一种基于SBR新工艺处理的沥青再生剂及其制备方法

一种基于sbr新工艺处理的沥青再生剂及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及沥青再生剂材料技术领域，特别涉及一种基于sbr新工艺处理的沥青再生剂及其制备方法。


背景技术：

2.路面废料的再生使用是路面工程中节约材料和促进可持续发展的重要手段，同时也在减少碳排放和碳足迹中具有极大的潜力。据交通运输部2022年统计，公路养护里程已达总里程的99.9％，这对再生路面在节约成本和提升耐久方面提出了更高的要求。因此研发高效恢复、提升耐久的沥青再生新材料是路面再生行业亟待解决的问题。
3.目前路面再生材料多面临耐久性不足的问题，表现为高低温性能的失调，并以低温拉裂为主。同时再生剂材料的使用不当也会造成泛油磨光及车辙压痕等问题。这些再生剂主要以油分为主，并难以与实际废料沥青实现良好配伍，导致材料性质差异过大，在渗透和拌和过程中无法达到预期深度和均匀性。在沥青老化过程中重质组分已发生缩聚和氧化等化学变化，导致其微观结构也产生了显著的物理团聚，仅采用非适配的油分和添加剂难以恢复其微观结构。其次，成分复杂的再生剂鲜对其具体作用组分进行分析，导致掺杂过多相容性较差的油类组分，对沥青再生性能没有实质性的帮助。


技术实现要素：

4.本发明要解决现有技术中沥青再生后性能失调及耐久性不足的技术问题，提供一种基于sbr新工艺处理的沥青再生剂及其制备方法。
5.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
6.一种基于sbr新工艺处理的沥青再生剂，包括以下质量比的组分：sbr 95-100份；断链剂0.4-0.6份；再生油140-180份；增塑剂9-12份；抗氧化剂0.1-0.15份。
7.在上述技术方案中，所述断链剂为：二叔丁基过氧化物、亚磷酸三苯酯、以及二羟基二苯甲酮中的一种。
8.在上述技术方案中，所述再生油为：妥尔油、芳烃油、环氧大豆油、废植物油、以及减四线抽出油中的一种或多种的组合。
9.在上述技术方案中，所述增塑剂为：乙酰柠檬酸三丁酯、马来酸二辛酯、己二酸二辛酯、以及三甲基戊二醇二异丁酸酯中的一种。
10.在上述技术方案中，所述抗氧化剂为：受阻酚类抗氧剂1010、亚磷酸酯类抗氧剂168、非对称受阻酚抗氧剂245、以及环保型受阻酚类抗氧剂1076中的一种或多种的组合。
11.一种上述的沥青再生剂的制备方法，包括以下步骤：
12.步骤s1、sbr部分断链处理：
13.将sbr加热至热熔状态后加入断链剂，搅拌冷却后得到sbr部分断链弹性体；
14.步骤s2、氧化修饰侧链：
15.用胶体磨研磨剪切sbr部分断链的sbr弹性体，将其浸泡在h2o2+feso4体系中进行
氧化处理，得到颗粒；
16.步骤s3、制备颗粒分散液：
17.将步骤s2中的sbr颗粒过滤烘干后加入至再生油中，进行搅拌，发育后得到分散液；
18.步骤s4、制备高效再生剂混合液：
19.向步骤s3发育完成的分散液中加入增塑剂和抗氧化剂，高速剪切机搅拌后形成高效再生剂混合液。
20.在上述技术方案中，步骤s1中的断链过程中体系的真空度应不低于0.06～0.08mpa。
21.在上述技术方案中，步骤s2中的h2o2+feso4体系用fenton试剂或加照紫外光进行加速氧化修饰。
22.在上述技术方案中，步骤s2中的h2o2+feso4体系的配置方法为：将50g的sbr颗粒加入到150ml的水与20ml的h2o2+feso4混合液中。
23.在上述技术方案中，步骤s1中的搅拌冷却，具体是在245～255℃下用200r/min的搅拌机搅拌10min，冷却后得到sbr部分断链弹性体；
24.步骤s2中的氧化处理，具体是在40℃下处理3h；
25.步骤s3中的搅拌和发育，具体是在110～130℃下用高速剪切机进行搅拌30min，并发育1h；
26.步骤s4中再生剂混合液采用高速剪切机在110～130℃下以2500r/min的转速剪切45min。
27.本发明具有以下有益效果：
28.(1)本发明的沥青再生剂的制备方法新颖、简单环保，选用材料经济普遍，且产物品质较好把控。
29.(2)本发明制备的沥青再生剂对恢复沥青微观结构具有显著作用，且可以大幅提高沥青低温性能和耐久性能，并对沥青高温性能无显著影响。
30.(3)本发明制备的沥青再生剂在老化沥青中取得良好的渗透效果和混合均匀性，可以保障再生沥青的性质和品控。
附图说明
31.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
32.图1是本发明的基于sbr新工艺处理的沥青再生剂的制备方法流程图。
33.图2是本发明的基于sbr新工艺处理的沥青再生剂的产物图。
34.图3是原状、老化和再生沥青的基础性能变化图。
35.图4是原状、老化和再生沥青的高温粘度变化图。
36.图5是原状、老化和再生沥青的低温弯曲梁流变m值变化图。
37.图6是原状、老化和再生沥青的微观结构尺寸变化图。
具体实施方式
38.本发明的发明思想是：基于裂解和氧化处理技术制备沥青解聚再生剂的方法、解
聚再生剂、应用，提高再生剂在沥青中的渗透性和分布均匀性，并恢复沥青微观结构。本发明的应用可有效解决老化沥青内部微观结构的劣化问题，打破了传统再生剂对微观结构恢复的局限性，对于提升沥青再生水平、保证沥青耐久性具有重要意义。
39.本发明的基本原理：
40.丁苯橡胶，简称sbr，是polymerized styrene butadiene rubber的缩写。
41.断链sbr恢复沥青微观结构机理：常规sbr的链状结构是提高沥青体系宏观拉伸性能的主要原因，而断链后的sbr以小分子形式存在，以其芳香环和长链结构可以在沥青中团聚的重质组分形成的微观结构中形成良好π-π吸附和空间阻碍作用，削弱沥青组分分子间的次价键力，从而分散团聚体系，恢复沥青微观结构至原始状态并避免局部密集团聚，改善宏观耐久性能；
42.sbr氧化修饰机理：沥青重质组分在老化作用下会发生缩聚和氧化反应，组分分子出现大量羧基、羰基和亚砜基等官能团，而导致体系极性显著上升。在这些极性官能团的加持下，沥青重质组分与轻质组分化学性质差异变大，且与sbr这类弱极性添加剂间的相互作用减弱，在氧化修饰后其与沥青组分产生静电相互作用而提高二者共混的稳定性。
43.本发明的基于sbr新工艺处理的沥青再生剂，以再生油为载体可以避免sbr改性颗粒的局部密集堆积并促进其在沥青中的流动，加入增塑剂可以提高再生剂混合液的分布均匀性和在沥青中的渗入能力，加入抗氧化剂防止体系中部分链状结构完好的sbr及沥青组分的二次氧化，以进一步提高耐久性能。
44.下面结合附图对本发明做以详细说明。
45.实施例1再生剂混合液1的制备：
46.如图1和2所示，本发明的基于sbr新工艺处理的沥青再生剂的制备方法包括以下步骤：
47.(1)sbr部分断链处理：将100g的sbr胶粉加热至热熔状态后加入0.5g的二叔丁基过氧化物断链剂，在255℃下用200r/min的搅拌机搅拌10min，冷却后得到sbr部分断链弹性体；
48.(2)氧化修饰侧链：用胶体磨研磨步骤(1)中得到的弹性体，将磨出的粉粒浸泡在300ml的水和40ml的h2o2+feso4的混合液中进行氧化处理，在0.08mpa的真空度和40℃下处理3h得到氧化处理后的颗粒；
49.(3)制备颗粒分散液：将步骤(2)中的sbr颗粒经过滤、烘干，然后加入至160g的妥尔油中，在120℃下用高速剪切机以2000r/min的速率进行搅拌30min，并发育1h得到分散液；
50.(4)制备高效再生剂混合液：向步骤(3)中发育完成的分散液中加入10g的乙酰柠檬酸三丁酯、0.1g的受阻酚类抗氧剂1010，在120℃下用高速剪切机以2500r/min的速率进行搅拌45min形成高效再生剂混合液。
51.对比例1
52.本对比例与实施例1的不同点在于，本对比例未进行步骤(1)的断链处理，制备再生剂混合液c1。
53.对比例2
54.本对比例与实施例1的不同点在于，本对比例未进行步骤(2)的氧化修饰处理，制
备再生剂混合液c2。
55.对比例3
56.本对比例与实施例1的不同点在于，本对比例未添加步骤(4)中的增塑剂和抗氧化剂，制备再生剂混合液c3。
57.实施例2再生剂混合液2的制备：
58.(1)sbr部分断链处理：将100g的sbr胶粉加热至热熔状态后加入0.6g的亚磷酸三苯酯断链剂，在245℃下用200r/min的搅拌机搅拌10min，冷却后得到sbr部分断链弹性体；
59.(2)氧化修饰侧链：用胶体磨研磨步骤(1)中得到的弹性体，将磨出的粉粒浸泡在300ml的水和40ml的h2o2+feso4的混合液中进行氧化处理，在0.06mpa的真空度和40℃下处理3h得到氧化处理后的颗粒；
60.(3)制备颗粒分散液：将步骤(2)中的sbr颗粒经过滤、烘干，然后加入至180g的芳烃油中，在130℃下用高速剪切机以2000r/min的速率进行搅拌30min，并发育1h得到分散液；
61.(4)制备高效再生剂混合液：向步骤(3)中发育完成的分散液中加入9g的马来酸二辛酯、0.1g的环保型受阻酚类抗氧剂1076，在130℃下用高速剪切机以2500r/min的速率进行搅拌45min形成高效再生剂混合液。
62.实施例3再生剂混合液3的制备：
63.(1)sbr部分断链处理：将95g的sbr胶粉加热至热熔状态后加入0.4g的亚磷酸三苯酯断链剂，在250℃下用200r/min的搅拌机搅拌10min，冷却后得到sbr部分断链弹性体；
64.(2)氧化修饰侧链：用胶体磨研磨步骤(1)中得到的弹性体，将磨出的粉粒浸泡在300ml的水和40ml的h2o2+feso4的混合液中进行氧化处理，在0.07mpa的真空度和40℃下处理3h得到氧化处理后的颗粒；
65.(3)制备颗粒分散液：将步骤(2)中的sbr颗粒经过滤、烘干，然后加入至180g的环氧大豆油和废植物油配比形成的组合再生油(比例为4：3)中，在110℃下用高速剪切机以2000r/min的速率进行搅拌30min，并发育1h得到分散液；
66.(4)制备高效再生剂混合液：向步骤(3)中发育完成的分散液中加入12g的己二酸二辛酯、0.15g的亚磷酸酯类抗氧剂168和非对称受阻酚抗氧剂245配比形成的组合抗氧化剂(比例为2：1)，在110℃下用高速剪切机以2500r/min的速率进行搅拌45min形成高效再生剂混合液。
67.本实施例中沥青标号为70#，老化过程为按照标准的一次薄膜烘箱老化结合和一次压力老化过程。结合实施例1-3，可以说明本发明在老化沥青再生中的高效作用。结合对比例1-3，可以说明本发明中各步骤在恢复微观结构、提高相容性和改善沥青性能方面充分发挥的作用。实施例1-3和对比例1-3的基础性能、高温粘度、低温弯曲梁流变m值和微观结构的尺寸变化结果如表1所示。
68.表1
[0069][0070][0071]
如图3所示，实施例1-3均显著恢复老化沥青的基础性能至原状沥青的水平，并部分提升再生沥青的基础性能优于原状沥青。而对比例1-3的试验结果均无法达到实施例或原状沥青的水平，说明本发明可以恢复老化沥青的基础性能至原始状态，也说明了其对基础性能的再生作用。
[0072]
如图4所示，实施例1-3均显著降低老化沥青的高温粘度至原状沥青的水平，改善了老化沥青的硬化状态而利于施工拌和。而对比例1-3的试验结果均无法达到实施例或原状沥青的水平，说明本发明可以恢复老化沥青的高温粘度至原始状态，也说明了其对高温性能的再生作用。
[0073]
如图5所示，实施例1-3均显著提高老化沥青的低温弯曲梁流变m值至原状沥青的水平，使得再生沥青的低温抗裂性能明显提高。而对比例1-3的试验结果仅能接近原状沥青的水平，无法进一步提高再生沥青的低温抗裂性，说明本发明可以显著提高再生沥青的低温弯曲梁流变m值，也说明了其对低温性能的再生作用。
[0074]
如图6所示，实施例1-3均显著恢复老化沥青的微观结构尺寸至原状沥青的水平，并进一步改善，使得老化沥青的微观结构明显消解。而对比例1-3的试验结果仅能原状沥青的水平，因为其成分中虽含可消解微观结构的sbr小分子成分，但未使用完整工艺以使这一成分含量达到足量水平或与老化沥青有足够的相容性，因此微观结构恢复程度有限，说明本发明可以显著降低老化沥青中微观结构的尺寸，也说明了其对微观结构的再生作用。
[0075]
本发明的沥青再生剂的制备方法新颖、简单环保，选用材料经济普遍，且产物品质较好把控。本发明制备的沥青再生剂对恢复沥青微观结构具有显著作用，且可以大幅提高沥青低温性能和耐久性能，并对沥青高温性能无显著影响；在老化沥青中取得良好的渗透效果和混合均匀性，可以保障再生沥青的性质和品控。
[0076]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种基于sbr新工艺处理的沥青再生剂，其特征在于，包括以下质量比的组分：sbr 95-100份；断链剂0.4-0.6份；再生油140-180份；增塑剂9-12份；抗氧化剂0.1-0.15份。2.根据权利要求1所述的基于sbr新工艺处理的沥青再生剂，其特征在于，所述断链剂为：二叔丁基过氧化物、亚磷酸三苯酯、以及二羟基二苯甲酮中的一种。3.根据权利要求1所述的基于sbr新工艺处理的沥青再生剂，其特征在于，所述再生油为：妥尔油、芳烃油、环氧大豆油、废植物油、以及减四线抽出油中的一种或多种的组合。4.根据权利要求1所述的基于sbr新工艺处理的沥青再生剂，其特征在于，所述增塑剂为：乙酰柠檬酸三丁酯、马来酸二辛酯、己二酸二辛酯、以及三甲基戊二醇二异丁酸酯中的一种。5.根据权利要求1所述的基于sbr新工艺处理的沥青再生剂，其特征在于，所述抗氧化剂为：受阻酚类抗氧剂1010、亚磷酸酯类抗氧剂168、非对称受阻酚抗氧剂245、以及环保型受阻酚类抗氧剂1076中的一种或多种的组合。6.一种权利要求1-5中的任意一项所述的沥青再生剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1、sbr部分断链处理：将sbr加热至热熔状态后加入断链剂，搅拌冷却后得到sbr部分断链弹性体；步骤s2、氧化修饰侧链：用胶体磨研磨剪切sbr部分断链的sbr弹性体，将其浸泡在h2o2+feso4体系中进行氧化处理，得到颗粒；步骤s3、制备颗粒分散液：将步骤s2中的sbr颗粒过滤烘干后加入至再生油中，进行搅拌，发育后得到分散液；步骤s4、制备高效再生剂混合液：向步骤s3发育完成的分散液中加入增塑剂和抗氧化剂，高速剪切机搅拌后形成高效再生剂混合液。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中的断链过程中体系的真空度应不低于0.06～0.08mpa。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中的h2o2+feso4体系用fenton试剂或加照紫外光进行加速氧化修饰。9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中的h2o2+feso4体系的配置方法为：将50g的sbr颗粒加入到150ml的水与20ml的h2o2+feso4混合液中。10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中的搅拌冷却，具体是在245～255℃下用200r/min的搅拌机搅拌10min，冷却后得到sbr部分断链弹性体；步骤s2中的氧化处理，具体是在40℃下处理3h；步骤s3中的搅拌和发育，具体是在110～130℃下用高速剪切机进行搅拌30min，并发育1h；步骤s4中再生剂混合液采用高速剪切机在110～130℃下以2500r/min的转速剪切45min。

技术总结
本发明涉及一种基于SBR新工艺处理的沥青再生剂及其制备方法，该沥青再生剂包括以下质量比的组分：SBR 95-100份；断链剂0.4-0.6份；再生油140-180份；增塑剂9-12份；抗氧化剂0.1-0.15份。本发明的沥青再生剂的制备方法新颖、简单环保，选用材料经济普遍，且产物品质较好把控。本发明制备的沥青再生剂对恢复沥青微观结构具有显著作用，且可以大幅提高沥青低温性能和耐久性能，并对沥青高温性能无显著影响；在老化沥青中取得良好的渗透效果和混合均匀性，可以保障再生沥青的性质和品控。可以保障再生沥青的性质和品控。可以保障再生沥青的性质和品控。


技术研发人员：包崇昊 郑传峰 徐燕 张婷 杨雪 宋振丰 陈爽
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/10/11