一种反应再生的sbs改性沥青及其制备方法
阅读说明：本技术 一种反应再生的sbs改性沥青及其制备方法 (Reaction-regenerated SBS (styrene butadiene styrene) modified asphalt and preparation method thereof ) 是由 徐雄 沈炜力 陈旭勇 吴巧云 陈国夫 程书凯 屠艳平 程子扬 于 2021-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明属于道路工程材料资源化与再生循环利用领域,具体涉及一种反应再生的SBS改性沥青及其制备方法。该方法包括以下步骤：1)获取老化SBS改性沥青、二异氰酸酯类结构修复剂、二环氧类结构修复剂以及沥青再生剂；2)将老化SBS改性沥青加热至140-160℃,然后在200-400rpm的搅拌速度下加入沥青再生剂,搅拌；3)将二异氰酸酯类结构修复剂和二环氧类结构修复剂依次加入到步骤2)得到的混合物中,在140-160℃的温度和200-400rpm的搅拌速度下搅拌反应,制备得到反应再生的SBS改性沥青。发明人发现,同时添加这两种修复剂,可以避免SBS改性沥青的软化点过高,以接近原沥青,从而确保反应再生的SBS改性沥青的高温性能、低温性能和延度。(The invention belongs to the field of road engineering material recycling and regeneration recycling, and particularly relates to a reaction-regenerated SBS modified asphalt and a preparation method thereof. The method comprises the following steps: 1) obtaining aged SBS modified asphalt, diisocyanate structural repair agent, diepoxy structural repair agent and asphalt regenerant; 2) heating the aged SBS modified asphalt to 140-160 ℃, then adding the asphalt regenerant at the stirring speed of 200-400rpm, and stirring; 3) sequentially adding the diisocyanate structure repairing agent and the diepoxy structure repairing agent into the mixture obtained in the step 2), and stirring and reacting at the temperature of 140-. The inventor finds that the simultaneous addition of the two repairing agents can avoid the excessively high softening point of the SBS modified asphalt to be close to the original asphalt, thereby ensuring the high-temperature performance, the low-temperature performance and the ductility of the SBS modified asphalt regenerated by reaction.)
技术领域
本发明属于道路工程材料资源化与再生循环利用领域，具体涉及一种反应再生的SBS改性沥青及其制备方法。
背景技术
沥青路面因其具有表面平整、无伸缩缝、行车舒适、噪音低、易于施工和维护等优势在公路建设中受到了广泛应用。国内外早期主要采用普通石油沥青铺筑路面，但其高低温性能较差，路面极易出现车辙、坑槽以及裂缝等病害，尤其在重载交通条件下容易遭到严重破坏，服役寿命短。为延长沥青路面的服役寿命，自上个世纪九十年代开始，国内外开始将苯乙烯和丁二烯三嵌段热塑性弹性体(SBS)改性沥青应用于路面当中，以提高沥青路面的低温抗裂与高温抗车辙性能。
尽管SBS改性沥青具有优良的高低温性能，但改性沥青路面在服役过程中仍会受到强紫外光、热、氧气等因素的作用，使SBS改性沥青发生老化而导致路面病害的发生，同样需要对路面进行维修或重建，因此会产生大量的废旧SBS改性沥青混合料。对于废旧SBS改性沥青混合料进行再生循环利用，不仅能够节约大量的沥青、石料等原材料，而且减少了石料开采对环境的影响，有利于环境保护，具有十分显著的社会、经济和环境效益。
SBS在沥青中形成的交联网络结构是改性沥青具有优良高低温性能的主因。SBS改性沥青老化后，改性剂SBS的分子结构遭到破坏，失去原有的改性作用，导致SBS改性沥青的工程性能劣化。近十几年来，老化SBS改性沥青的再生主要还是采用传统的再生技术，如直接添加高芳香烃油、废弃植物油、废弃食用油及地沟油等有机油性成分，以补充沥青因老化而丧失的轻质组分，来提升老化SBS改性沥青的整体性能。尽管这些技术对老化SBS改性沥青低温、疲劳等特性有较好的提升效果，但其再生的SBS改性沥青高温性能与黏附性却难达或接近原SBS改性沥青的性能水平，导致反应再生的SBS改性沥青的高质量工程应用受到极大限制。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种反应再生的SBS改性沥青及其制备方法。
本发明所提供的技术方案如下:
一种反应再生的SBS改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
1)获取老化SBS改性沥青、二异氰酸酯类结构修复剂、二环氧类结构修复剂以及沥青再生剂；
2)将老化SBS改性沥青加热至140-160℃，然后在200-400rpm的搅拌速度下加入沥青再生剂，搅拌，其中，沥青再生剂与老化SBS改性沥青的重量百分比为4-6％；
3)将二异氰酸酯类结构修复剂和二环氧类结构修复剂依次加入到步骤2)得到的混合物中，在140-160℃的温度和200-400rpm的搅拌速度下搅拌反应，制备得到反应再生的SBS改性沥青，其中，二异氰酸酯类结构修复剂与老化SBS改性沥青的重量百分比为1-1.5％，二环氧类结构修复剂与老化SBS改性沥青的重量百分比为1-2％。
上述技术方案中，若单一的添加二异氰酸酯类结构修复剂，会使得反应再生的SBS改性沥青的软化点大幅升高，导致低温性能受损。若单一的添加二环氧类结构修复剂，只会提升反应再生的SBS改性沥青的延度。但是，发明人发现，同时添加这两种修复剂，可以避免SBS改性沥青的软化点过高，以接近原沥青，从而确保反应再生的SBS改性沥青的高温性能、低温性能和延度。
具体的，二异氰酸酯类结构修复剂为4,4-二苯甲烷二异氰酸酯。
本发明利用4,4-二苯甲烷二异氰酸酯分子结构中异氰酸酯端基的选择性反应能力，将SBS氧化降解产物部分键接起来，促使反应再生的SBS改性沥青分子量增大，同时基于苯环结构的位阻作用，致使反应再生的SBS改性沥青的高温性能明显提高。
具体的，二环氧类结构修复剂为1,4-丁二醇二缩水甘油醚。
本发明利用1,4-丁二醇二缩水甘油醚与普通沥青再生剂的添加，可促使老化SBS改性沥青在再生加工温度(150℃)下具有较高的流动性，并通过与老化SBS改性沥青的物理化学相互作用，达到改善老化SBS改性沥青的低温特性的目的。
具体的，沥青再生剂为芳烃油。
反应再生的SBS改性沥青的制备方法的具体步骤如下：
1)按上述原料的质量配比称量老化SBS改性沥青100g，4,4-二苯甲烷二异氰酸酯1～1.5g和/或1,4-丁二醇二缩水甘油醚1～2g及芳烃油5g，备用。
2)将老化沥青加热至150℃，在200～400rpm的搅拌速度下加入芳烃油，搅拌5min；
3)将4,4-二苯甲烷二异氰酸酯与1,4-丁二醇二缩水甘油醚依次加入到上述混合物中，保持温度和搅拌速度不变继续反应5min，制备得到反应再生的SBS改性沥青。
本发明还提供了上述反应再生的SBS改性沥青的制备方法得到的反应再生的SBS改性沥青。
本发明利用上述反应性化合物与普通沥青再生剂对老化SBS改性沥青进行协同再生，能制备出高质量、可应用的反应再生的SBS改性沥青，同时有利于实现废弃SBS改性沥青混合料的高性能再生利用，具有显著的工程价值、经济效益与环境效益。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明中，先将SBS改性沥青(5℃延度为36.8cm，软化点为70.5℃，25℃针入度为48.3dmm，135℃粘度为2.56Pa·s)置于薄膜烘箱(TFOT)中老化5h，然后在紫外光强为1300μW/cm-1和温度为40℃的紫外老化箱(紫外光波长为365nm)中继续辐照14d，获得老化SBS改性沥青。该老化过程主要模拟SBS改性沥青在混凝土拌合、摊铺中的热老化以及在服役过程中遭受长期紫外辐射的老化过程。老化后，SBS改性沥青的5℃延度为6.6cm，软化点为61.8℃，25℃针入度为30.8dmm，135℃粘度为4.04Pa·s。下列各实例中均采用该试验结果的老化SBS改性沥青。
实施例1
称取100g加热至熔融状态的老化SBS改性沥青，待温度稳定在150℃后，加入4,4-二苯甲烷二异氰酸酯1g，并以300rpm的搅拌速度搅拌5min，由此制备反应再生的SBS改性沥青。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJE20-2011)对反应再生的SBS改性沥青进行物理性能测试，反应再生的SBS改性沥青的软化点为69.8℃，5℃延度为6.8cm，25℃针入度为29.2dmm，135℃粘度为4.21Pa·s。
由试验结果可知，4,4-二苯甲烷二异氰酸酯主要具有对老化SBS改性沥青软化点的提升作用，但对低温延度和工作特性无改善作用。
实施例2
称取100g加热至熔融状态的老化SBS改性沥青，待温度稳定在150℃后，加入1g的1,4-丁二醇二缩水甘油醚，继续以300rpm的搅拌速度搅拌5min，由此制备反应再生的SBS改性沥青。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJE20-2011)对反应再生的SBS改性沥青进行物理性能测试，反应再生的SBS改性沥青的5℃延度为18.9cm，软化点为58.4℃，25℃针入度为39.8dmm，135℃粘度为2.29Pa·s。
由试验结果可知，1,4-丁二醇二缩水甘油醚主要具有对老化SBS改性沥青低温延展性和工作特性的改善作用，但会一定程度上降低老化SBS改性沥青的高温性能。
实施例3
称取100g加热至熔融状态的老化SBS改性沥青，待温度稳定在150℃后，在300rpm的搅拌速度下加入4,4-二苯甲烷二异氰酸酯1g，5min后加入1g的1,4-丁二醇二缩水甘油醚，继续搅拌5min，制得反应再生的SBS改性沥青。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJE20-2011)对反应再生的SBS改性沥青进行物理性能测试，反应再生的SBS改性沥青的5℃延度为18.1cm，软化点为67.2℃，25℃针入度为34.6dmm，135℃粘度为3.02Pa·s。
由试验结果可知，对比实施例1和2，4,4-二苯甲烷二异氰酸酯与1,4-丁二醇二缩水甘油醚对老化SBS改性沥青的再生具有优势互补的作用，同时改善老化SBS改性沥青的高低温性。
实施例4
称取100g加热至熔融状态的老化SBS改性沥青，待温度稳定在150℃后，在300rpm的搅拌速度下加入4,4-二苯甲烷二异氰酸酯1g，5min后加入1.5g的1,4-丁二醇二缩水甘油醚，继续搅拌5min，由此制得反应再生的SBS改性沥青。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJE20-2011)对反应再生的SBS改性沥青进行物理性能测试，反应再生的SBS改性沥青的5℃延度为23.3cm，软化点为65.1℃，25℃针入度为42.4dmm，135℃粘度为2.56Pa·s。
由试验结果可知，对比实施例3，1,4-丁二醇二缩水甘油醚掺量的增加可进一步提高由4,4-二苯甲烷二异氰酸酯再生的老化SBS改性沥青的低温延展性和工作特性，且不会严重造成高温性能的劣化。
实施例5
称取100g加热至熔融状态的老化SBS改性沥青，待温度稳定在150℃后，在300rpm的搅拌速度下加入4,4-二苯甲烷二异氰酸酯1g，5min后加入2g的1,4-丁二醇二缩水甘油醚，继续搅拌5min，由此制得反应再生的SBS改性沥青。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJE20-2011)对反应再生的SBS改性沥青进行物理性能测试，反应再生的SBS改性沥青的5℃延度为27.8cm，软化点为63.5℃，25℃针入度为46.5dmm，135℃粘度为2.21Pa·s。
由试验结果可知，对比实施例3和4，随着1,4-丁二醇二缩水甘油醚掺量的进一步增加，再生改性SBS改性沥青的低温性能与工作特性得到提高，且软化点仍能保持较高水平。
实施例6
称取100g加热至熔融状态的老化SBS改性沥青，待温度稳定在150℃后，在300rpm的搅拌速度下加入4,4-二苯甲烷二异氰酸酯1.5g，5min后加入2g的1,4-丁二醇二缩水甘油醚，继续搅拌5min，由此制得反应再生的SBS改性沥青。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJE20-2011)对反应再生的SBS改性沥青进行物理性能测试，反应再生的SBS改性沥青的5℃延度为25.2cm，软化点为65.8℃，25℃针入度为34.9dmm，135℃粘度为2.83Pa·s。
由试验结果可知，对比实施例5，在上述两种反应性化合物的作用下，4,4-二苯甲烷二异氰酸酯主要体现为对协同再生后的老化SBS改性沥青高温性能下降的抑制作用。
实施例7
称取100g加热至熔融状态的老化SBS改性沥青，待温度稳定在150℃后，在300rpm的搅拌速度下加入5g芳烃油，5min后加入4,4-二苯甲烷二异氰酸酯1g，随后加入1g的1,4-丁二醇二缩水甘油醚继续搅拌5min，由此制得反应再生的SBS改性沥青。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJE20-2011)对反应再生的SBS改性沥青进行物理性能测试，反应再生的SBS改性沥青的5℃延度为24.5cm，软化点为65.1℃，25℃针入度为43.9dmm，135℃粘度为2.53Pa·s。
由试验结果可知，对比实施例3，芳烃油主要表现为对老化沥青的软化作用，致使协同反应再生的SBS改性沥青低温延度与工作特性均有所改善。
实施例8
称取100g加热至熔融状态的老化SBS改性沥青，待温度稳定在150℃后，在300rpm的搅拌速度下加入5g芳烃油，5min后加入4,4-二苯甲烷二异氰酸酯1.5g，随后加入2g的1,4-丁二醇二缩水甘油醚继续搅拌5min，由此制得反应再生的SBS改性沥青。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJE20-2011)对反应再生的SBS改性沥青进行物理性能测试，反应再生的SBS改性沥青的5℃延度为32.5cm，软化点为63.1℃，25℃针入度为42.8dmm，135℃粘度为2.13Pa·s。
由试验结果可知，对比实施例6和7，在4,4-二苯甲烷二异氰酸酯、1,4-丁二醇二缩水甘油醚与芳烃油的协同作用下，老化SBS改性沥青的高低温性能均有所提升，接近原SBS改性沥青的性能水平。
由上述实施例可以看出，4,4-二苯甲烷二异氰酸酯与1,4-丁二醇二缩水甘油醚对老化SBS改性沥青高低温性能的影响显著不同。如果单纯地增加某一种SBS分子结构修复剂用量，老化SBS改性沥青高温性能或低温性能可以得到单方面提升，但无法得到同时兼顾的效果。为此，将4,4-二苯甲烷二异氰酸酯、1,4-丁二醇二缩水甘油醚协同使用，同时添加芳烃油对老化基质沥青组分进行调节，可以促使老化SBS改性沥青的整体性能接近原沥青水平，符合高质量工程应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种高性能SBS改性沥青及其生产工艺