一种高性能sbs改性沥青及其生产工艺
阅读说明：本技术 一种高性能sbs改性沥青及其生产工艺 (High-performance SBS (styrene butadiene styrene) modified asphalt and production process thereof ) 是由 顾宗金 陈铠 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本申请涉及改性沥青技术领域,具体公开了一种高性能SBS改性沥青及其生产工艺。本申请的高性能SBS改性沥青,主要由如下的原料制成：沥青、SBS、增溶剂、稳定剂、抗老化剂；抗老化剂为己二酸二丁酯、四丙基氯化铵中的至少一种与N,N-二(2-萘基)对苯二胺按质量比(3-7):(13-22)组成。本申请的高性能SBS改性沥青的生产工艺,包括如下的步骤：S1：将沥青加热至160-175℃,然后加入SBS、增溶剂、稳定剂混合均匀制得中间料；S2：将抗老化剂加入中间料内,再搅拌60-90min即得。本申请的高性能SBS改性沥青可用于建筑、道路桥梁等行业,具有抗老化、稳定性高的优点。(The application relates to the technical field of modified asphalt, and particularly discloses high-performance SBS modified asphalt and a production process thereof. The high-performance SBS modified asphalt is mainly prepared from the following raw materials: asphalt, SBS, solubilizer, stabilizer and anti-aging agent; the anti-aging agent is composed of at least one of dibutyl adipate and tetrapropylammonium chloride and N, N-di (2-naphthyl) p-phenylenediamine according to the mass ratio of (3-7) to (13-22). The production process of the high-performance SBS modified asphalt comprises the following steps: s1: heating the asphalt to the temperature of 160-175 ℃, and then adding SBS, solubilizer and stabilizer to be uniformly mixed to prepare an intermediate material; s2: adding the anti-aging agent into the intermediate material, and stirring for 60-90min to obtain the final product. The high-performance SBS modified asphalt can be used in industries such as buildings, roads and bridges, and has the advantages of ageing resistance and high stability.)
技术领域
本申请涉及改性沥青技术领域，更具体地说，它涉及一种高性能SBS改性沥青及其生产工艺。
背景技术
改性沥青是指加入了改性剂的沥青，可以全面地提升沥青在感温性、稳定性、耐久性、粘附性、抗老化性等方面的使用性能。目前应用较多的改性剂是弹性体或塑性体聚合物，能够起到抵抗永久变形的作用，其中SBS是应用最为广泛的弹性体改性剂。
SBS即苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，是以丁二烯和1,3-丁二烯为单体，采用阴离子聚合制得的嵌段共聚物，同时具备塑料和橡胶的物理以及机械性能的一种热塑性弹性体，与沥青的相容性也比较好，满足相应的高温和低温性能要求。
目前，SBS改性沥青在使用过程中受到光热等外界因素的作用，容易发生挥发、氧化、分解等物理化学变化，造成SBS改性沥青的胶体组成和结构发生改变，导致路用性能下降。
针对上述问题，申请公布号为CN108395711A的中国专利公开了一种抗老化SBS改性沥青及其制备方法，该改性沥青按重量份计包括以下原料组分：基质沥青100份；表面修饰介孔分子筛0.2～6份；SBS 1～8份；抗氧剂0.1～1份；其中，表面修饰介孔分子筛为氯代硅烷和四硫化二钠改性的介孔分子筛。通过氯代硅烷和四硫化二钠改性的介孔分子筛来改性沥青，与主抗氧剂产生协同作用，提高了抗老化性能。
针对上述的抗老化SBS改性沥青，发明人认为在较为恶劣的应用环境中，沥青的抗老化性能不够强。
发明内容
为了提升SBS改性沥青的抗老化性能，本申请提供一种高性能SBS改性沥青及其生产工艺。
第一方面，本申请提供一种高性能SBS改性沥青，采用如下的技术方案：
一种高性能SBS改性沥青，主要由如下重量份数的原料制成：沥青80-100份、SBS3-7份、增溶剂3-10份、稳定剂0.5-1.5份、抗老化剂5-10份；抗老化剂为己二酸二丁酯、四丙基氯化铵中的至少一种与N,N-二(2-萘基)对苯二胺按质量比(3-7):(13-22)组成。
通过采用上述技术方案，将沥青、SBS混合均匀后，SBS在增溶剂的协助下于沥青内进行分散、细化、微粒化、溶胀，与沥青形成稳定的网状交联胶体体系，提高沥青的软化点，改善沥青的性能。并且，抗老化剂中的己二酸二丁酯、四丙基氯化铵以及N,N-二(2-萘基)对苯二胺能够及时吸收沥青在高温和光照辐射条件下产生的自由基，降低链式反应的进行，大大提高了沥青的抗老化性能。另外，己二酸二丁酯和四丙基氯化铵能够降低N,N-二(2-萘基)对苯二胺的表面析出量，提高抗老化剂的效用时间，延长沥青在恶劣应用环境中的使用寿命。
优选的，主要由如下重量份数的原料制成：沥青85-97份、SBS 4-5.5份、增溶剂5-8份、稳定剂0.8-1.2份、抗老化剂6.5-8份；抗老化剂为己二酸二丁酯、四丙基氯化铵中的至少一种与N,N-二(2-萘基)对苯二胺按质量比(3-7):(13-22)组成。
通过采用上述技术方案，调整和优化各组分的配比，提高SBS、沥青交联体系的稳定性和均一性，使得各组分之间的配伍性更好，降低胶体体系出现凝聚、离析、分层现象的几率，进一步提高沥青的稳定性。
优选的，抗老化剂由己二酸二丁酯、四丙基氯化铵、N,N-二(2-萘基)对苯二胺按质量比(1-2):(2-5):(15-22)组成。
通过采用上述技术方案，按照上述比例进行复配的抗老化剂，在沥青胶体体系中的抗析出性更好，表面挥发率更低，进一步延长了沥青在恶劣环境中的使用寿命。
优选的，沥青与抗老化剂的质量比为(8.5-16):1。
通过采用上述技术方案，优化和调整沥青与抗老化剂的组成配比，使得在保证对沥青的抗老化性能的同时，不会对沥青的其他力学、结构性能产生不良影响，进一步提高沥青产品的使用性能。
优选的，稳定剂由氧化锌、二芳基二硫化物按质量比(1.5-3):(2-4)组成。
通过采用上述技术方案，氧化锌和二芳基二硫化物的加入能够进一步提升胶体体系中网络交联结构的稳定性和均一性，提高沥青的耐热性、耐候性以及机械性能，并且还减少了胶体系体中各组分之间发生聚集的几率，稳定SBS在沥青中的分散状态。
优选的，原料中还包括有(0.8-1.5)重量份数的EVA。
通过采用上述技术方案，EVA的加入能够进一步提高SBS与沥青之间的相容性，并且在交联过程中，EVA分子中引入酯键，提升胶体体系中的分子链段移动，提升沥青的抗高温性能、抗老化性能以及柔韧性。
优选的，EVA接枝有马来酸酐。
通过采用上述技术方案，接枝马来酸酐的EVA能够进一步提升SBS与沥青之间的相容性和界面结合强度，改善沥青的剪切性能，降低沥青出现应力集中造成结构微裂隙的几率。
第二方面，本申请提供一种高性能SBS改性沥青的生产工艺，采用如下的技术方案：
一种高性能SBS改性沥青的生产工艺，包括如下步骤：
S1：将沥青加热至160-175℃，然后加入SBS、增溶剂、稳定剂混合均匀制得中间料；
S2：将抗老化剂加入中间料内，再搅拌60-90min即得。
通过采用上述技术方案，先将沥青加热软化，提高沥青的流动性和反应活性，然后加入SBS、增溶剂和稳定剂混合均匀，在增溶剂和稳定剂的协助下使SBS与沥青交联形成稳定的三维网状胶体，然后再加入抗老化剂，提升沥青的抗老化性能和稳定性，延长沥青的使用寿命。
优选的，步骤S1中，混合均匀是先以1200-1500rpm的搅拌速度混合40-60min，然后再以5500-6500r/min的剪切速度处理20-45min制得中间料。
通过采用上述技术方案，先以1200-1500rpm的搅拌速度使中各组分之间进行预混合，使交联体系快速建立成型，然后再以较高的剪切速度提升胶体体系的均一性和各向同性，沥青产品的稳定性和均匀性更好。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用抗老化剂均匀分散在SBS、沥青的三维网络交联体系内，提升改性沥青的抗热氧稳定性，在抗老化试验中，老化后针入度能够达到49.2cm，软化点达到74.5。
2、本申请中在沥青内加入EVA，与抗老化剂产生协同作用，进一步提高了沥青的抗老化性能，老化后针入度能够达到52.2cm。
3、本申请中采用马来酸酐接枝EVA，提升SBS与沥青之间的交联结合强度，将老化后针入度提升至52.5cm。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请的高性能SBS改性沥青，主要由如下重量份数的原料制成：沥青80-100份、SBS 3-7份、增溶剂3-10份、稳定剂0.5-1.5份、抗老化剂5-10份；抗老化剂为己二酸二丁酯、四丙基氯化铵中的至少一种与N,N-二(2-萘基)对苯二胺按质量比(3-7):(15-22)组成。
优选的，当抗老化剂为己二酸二丁酯与四丙基氯化铵一起与N,N-二(2-萘基)对苯二胺复配时，抗老化剂由己二酸二丁酯和四丙基氯化铵的质量之和与N,N-二(2-萘基)对苯二胺按质量比(3-7):(15-22)组成。
优选的，SBS为线性SBS，拉伸强度25.36Mpa，熔体流动速率0.3-0.38g/10min，挥发份小于0.6％。
优选的，本申请的沥青可以为市售的60-70号石油沥青。进一步优选的，沥青为70号石油沥青。
优选的，增溶剂为芳烃油，芳烃含量大于80％，生产厂家为山东泰畅石化科技有限公司。
优选的，氧化锌为纳米氧化锌，纳米氧化锌的平均粒径为30nm，纯度99.9％。
本申请提供一种EVA接枝马来酸酐的制备方法，包括如下的步骤：
1)、将马来酸酐、引发剂、丙酮、EVA混合均匀后制得反应料；
2)、将混合料在螺杆挤出机中混炼、挤出、切粒、研磨即得。
优选的，EVA中乙酸乙烯的含量为14％，熔融指数为6。
优选的，引发剂为过硫酸铵、过氧化二异丙苯中的至少一种。进一步优选的，引发剂为过硫酸铵、过氧化二异丙苯按质量比为0.5:3组成。
优选的，马来酸酐的接枝率为1.5-3％。进一步优选的，马来酸酐的接枝率为2.6％。
优选的，混炼温度为165-180℃。进一步优选的，混炼温度为170℃。
本申请提供一种的高性能SBS改性沥青的生产工艺，包括如下步骤：
S1：将沥青加热至160-175℃，然后加入SBS、增溶剂、稳定剂混合均匀制得中间料；
S2：将抗老化剂加入中间料内，再搅拌60-90min即得。
优选的，步骤S1中，混合均匀是先以1200-1500rpm的搅拌速度混合40-60min，然后再以5500-6500r/min的剪切速度处理20-45min制得中间料。
进一步优选的，混合均匀是先以1350rpm的搅拌速度混合50min，然后再以6000r/min的剪切速度处理35min制得中间料。
本申请实施例及对比例主要原料信息如表1所示。
表1本申请实施例及对比例主要原料信息
原料
规格型号
来源厂家
沥青
70号
济南广宇化工有限公司
氧化锌
DK-ZnO-30
北京德科岛金科技有限公司
马来酸酐
分析纯
北京化学试剂公司
过硫酸铵
分析纯
天津市津东天正精细化学试剂厂
过氧化二异丙苯
工业级
上海阿拉丁生化科技股份有限公司
实施例
实施例1
本实施例的高性能SBS改性沥青，由如下重量的原料制成：沥青80kg、SBS 3kg、增溶剂3kg、稳定剂0.5kg、抗老化剂5kg；抗老化剂由己二酸二丁酯、N,N-二(2-萘基)对苯二胺按质量比3:13组成。
其中，沥青为70号石油沥青。SBS为线性SBS，拉伸强度25.36Mpa，熔体流动速率0.3-0.38g/10min，挥发份小于0.6％。稳定剂为硫磺。增溶剂为芳烃油，芳烃含量大于80％，生产厂家为山东泰畅石化科技有限公司。
本实施例的高性能SBS改性沥青的生产工艺，包括如下步骤：
S1：将沥青加热至160℃，然后加入SBS、增溶剂、稳定剂后先以1200rpm的搅拌速度混合40min，然后再以5500r/min的剪切速度处理20min制得中间料；
S2：将抗老化剂加入中间料内，再搅拌60min即得。
实施例2-5
实施例2-5的高性能SBS改性沥青，由如下的原料制成：沥青、SBS、增溶剂、稳定剂、抗老化剂；抗老化剂由己二酸二丁酯、N,N-二(2-萘基)对苯二胺按质量比3:13组成。
实施例2-5中高性能SBS改性沥青的各原料的加入量如表2所示。
表2实施例2-5高性能SBS改性沥青的各原料的加入量
原料(kg)
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
沥青
80
100
90
97
85
SBS
3
5.5
4.5
4
7
增溶剂
3
8
6.5
5
10
稳定剂
0.5
1.5
1
0.8
1.2
抗老化剂
5
6.5
7.2
8
10
实施例2-5的高性能SBS改性沥青的生产工艺，包括如下步骤：
S1：将沥青加热至160℃，然后加入SBS、增溶剂、稳定剂后先以1200rpm的搅拌速度混合40min，然后再以5500r/min的剪切速度处理20min制得中间料；
S2：将抗老化剂加入中间料内，再搅拌60min即得。
实施例6
本实施例的高性能SBS改性沥青与实施例3的不同之处在于：高性能SBS改性沥青的原料中，抗老化剂由四丙基氯化铵、N,N-二(2-萘基)对苯二胺按质量比3:13组成，其余的与实施例3相同。
本实施例的高性能SBS改性沥青的生产工艺与实施例3相同。
实施例7
本实施例的高性能SBS改性沥青与实施例3的不同之处在于：高性能SBS改性沥青的原料中，抗老化剂由四丙基氯化铵、N,N-二(2-萘基)对苯二胺按质量比5:17组成，其余的与实施例3相同。
本实施例的高性能SBS改性沥青的生产工艺与实施例3相同。
实施例8
本实施例的高性能SBS改性沥青与实施例3的不同之处在于：高性能SBS改性沥青的原料中，抗老化剂由四丙基氯化铵、N,N-二(2-萘基)对苯二胺按质量比7:22组成，其余的与实施例3相同。
本实施例的高性能SBS改性沥青的生产工艺与实施例3相同。
实施例9
本实施例的高性能SBS改性沥青与实施例7的不同之处在于：高性能SBS改性沥青的原料中，抗老化剂由己二酸二丁酯、四丙基氯化铵、N,N-二(2-萘基)对苯二胺按质量比1:2:13组成，其余的与实施例7相同。
本实施例的高性能SBS改性沥青的生产工艺与实施例7相同。
实施例10
本实施例的高性能SBS改性沥青与实施例7的不同之处在于：高性能SBS改性沥青的原料中，抗老化剂由己二酸二丁酯、四丙基氯化铵、N,N-二(2-萘基)对苯二胺按质量比1.5:3.5:18组成，其余的与实施例7相同。
本实施例的高性能SBS改性沥青的生产工艺与实施例7相同。
实施例11
本实施例的高性能SBS改性沥青与实施例7的不同之处在于：高性能SBS改性沥青的原料中，抗老化剂由己二酸二丁酯、四丙基氯化铵、N,N-二(2-萘基)对苯二胺按质量比2:5:22组成，其余的与实施例7相同。
本实施例的高性能SBS改性沥青的生产工艺与实施例7相同。
实施例12
本实施例的高性能SBS改性沥青与实施例10的不同之处在于：高性能SBS改性沥青的原料中，稳定剂由氧化锌、二芳基二硫化物按质量比1.5:2组成，其余的与实施例10相同。
其中，氧化锌为纳米氧化锌，纳米氧化锌的平均粒径为30nm，纯度99.9％。
本实施例的高性能SBS改性沥青的生产工艺与实施例10相同。
实施例13
本实施例的高性能SBS改性沥青与实施例10的不同之处在于：高性能SBS改性沥青的原料中，稳定剂由氧化锌、二芳基二硫化物按质量比2.2:3组成，其余的与实施例10相同。
其中，氧化锌为纳米氧化锌，纳米氧化锌的平均粒径为30nm，纯度99.9％。
本实施例的高性能SBS改性沥青的生产工艺与实施例10相同。
实施例14
本实施例的高性能SBS改性沥青与实施例10的不同之处在于：高性能SBS改性沥青的原料中，稳定剂由氧化锌、二芳基二硫化物按质量比3:4组成，其余的与实施例10相同。
其中，氧化锌为纳米氧化锌，纳米氧化锌的平均粒径为30nm，纯度99.9％。
本实施例的高性能SBS改性沥青的生产工艺与实施例10相同。
实施例15
本实施例的高性能SBS改性沥青与实施例13的不同之处在于：高性能SBS改性沥青的原料中还包括有0.8kg的EVA，其余的与实施例13相同。
其中，EVA中乙酸乙烯的含量为14％，熔融指数为6。
本实施例的高性能SBS改性沥青的生产工艺与实施例13相同。
实施例16
本实施例的高性能SBS改性沥青与实施例13的不同之处在于：高性能SBS改性沥青的原料中还包括有1.3kg的EVA，其余的与实施例13相同。
其中，EVA中乙酸乙烯的含量为14％，熔融指数为6。
本实施例的高性能SBS改性沥青的生产工艺与实施例13相同。
实施例17
本实施例的高性能SBS改性沥青与实施例13的不同之处在于：高性能SBS改性沥青的原料中还包括有1.5kg的EVA，其余的与实施例13相同。
其中，EVA中乙酸乙烯的含量为14％，熔融指数为6。
本实施例的高性能SBS改性沥青的生产工艺与实施例13相同。
实施例18
本实施例的高性能SBS改性沥青与实施例13的不同之处在于：高性能SBS改性沥青的原料中，EVA接枝有马来酸酐，马来酸酐的接枝率为2.6％，其余的与实施例13相同。
其中，EVA中乙酸乙烯的含量为14％，熔融指数为6。
本实施例的EVA接枝马来酸酐的制备方法，包括如下的步骤：
1)、将马来酸酐、引发剂、丙酮、EVA混合均匀后制得反应料；
2)、将混合料在螺杆挤出机中混炼、挤出、切粒、研磨即得。
引发剂为过硫酸铵、过氧化二异丙苯按质量比为0.5:3组成。
本实施例的高性能SBS改性沥青的生产工艺与实施例13相同。
实施例19
本实施例的高性能SBS改性沥青的生产工艺，包括如下步骤：
S1：将沥青加热至170℃，然后加入SBS、增溶剂、稳定剂后先以1350rpm的搅拌速度混合50min，然后再以6000r/min的剪切速度处理35min制得中间料；
S2：将抗老化剂加入中间料内，再搅拌80min即得。
本实施例的高性能SBS改性沥青的原料组成与实施例18相同。
本实施例的EVA接枝马来酸酐的制备方法与实施例18相同。
实施例20
本实施例的高性能SBS改性沥青的生产工艺，包括如下步骤：
S1：将沥青加热至175℃，然后加入SBS、增溶剂、稳定剂后先以1350rpm的搅拌速度混合60min，然后再以6500r/min的剪切速度处理45min制得中间料；
S2：将抗老化剂加入中间料内，再搅拌90min即得。
本实施例的高性能SBS改性沥青的原料组成与实施例18相同。
本实施例的EVA接枝马来酸酐的制备方法与实施例18相同。
对比例
本对比例的高性能SBS改性沥青，由如下重量的原料制成：沥青80kg、SBS 3kg、增溶剂3kg、稳定剂0.5kg、抗老化剂5kg；抗老化剂为硫磷双辛基碱性锌盐。
其中，沥青为70号石油沥青。SBS为线性SBS，拉伸强度25.36Mpa，熔体流动速率0.3-0.38g/10min，挥发份小于0.6％。稳定剂为硫磺。增溶剂为芳烃油，芳烃含量大于80％，生产厂家为山东泰畅石化科技有限公司。
本对比例的高性能SBS改性沥青的生产工艺，包括如下步骤：
S1：将沥青加热至160℃，然后加入SBS、增溶剂、稳定剂后先以1200rpm的搅拌速度混合40min，然后再以5500r/min的剪切速度处理20min制得中间料；
S2：将抗老化剂加入中间料内，再搅拌60min即得。
性能检测试验
检测方法
取实施例1-20以及对比例的高性能SBS改性沥青进行加速老化实验，设定实验条件为：老化温度65℃，紫外辐照100μw/c㎡，老化时间7d，然后按GB/T4509、GB/T4507、JTGE20-2011测试软化点、老化后针入度，测试结果如表3所示。
表3实施例1-20以及对比例的高性能SBS改性沥青的性能测试结果
序号
软化点℃
老化后针入度cm
实施例1
71.6
48.9
实施例2
72.7
48.6
实施例3
74.5
49.2
实施例4
73.6
48.35
实施例5
72.2
48.7
实施例6
77.1
49.6
实施例7
75.8
50.3
实施例8
78.0
49.8
实施例9
78.5
50.5
实施例10
78.2
50.8
实施例11
79.3
50.65
实施例12
79.8
51.1
实施例13
79.9
51.5
实施例14
80.7
51.3
实施例15
81.3
51.9
实施例16
82.6
52.2
实施例17
83.2
52
实施例18
84.6
52.5
实施例19
88.9
53.1
实施例20
88.0
52.8
对比例
66.5
39
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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