一种膨润土组合物改性沥青及其制备方法.pdf

一种膨润土组合物改性沥青由94～98份基质沥青，1～3份膨润土，1～3份粉末丁苯橡胶组成。膨润土至少是钙基膨润土、钠化的膨润土和有机膨润土中的一种。其制备方法是：先将膨润土进行原土除砂，把除砂后膨润土进行干燥，干燥后的膨润土进行研磨，用325目的筛子过筛后加入到熔融的基质沥青中，在缓慢搅拌中加入粉末丁苯橡胶，经高速剪切使其共混均匀而制成。有益效果是该方法是以蜡含量比较高的国产沥青为基质沥青，通过添加膨润土和粉末丁苯橡胶，高速剪切共混均匀制备而成。改性后的沥青具有高温稳定、抗低温开裂和抗老化性能良好等特点，综合地改善了国产沥青的路用性能，能够降低改性沥青的成本。

1、  一种膨润土组合物改性沥青，其特征在于：是由下述重量份数的原料组成：
基质沥青      94～98，
膨润土        1～3，
粉末丁苯橡胶  1～3。

2、  权利要求1所述的一种膨润土组合物改性沥青，其特征在于：所述的膨润土至少是钙基膨润土或钠化的膨润土或有机膨润土中的一种；丁苯橡胶为粉末状。

3、  一种膨润土组合物改性沥青制备方法，其特征在于：先将膨润土进行原土除砂，把除砂后膨润土进行干燥，然后把干燥后的膨润土进行研磨，用325目的筛子过筛，再将325目的膨润土加入到熔融的基质沥青中，在搅拌中加入粉末丁苯橡胶，维持温度为170～190℃，并在4000～6000rpm/min转速下，高速剪切30～50min，使其共混均匀而制成。

4、  权利要求3所述的一种膨润土组合物改性沥青制备方法，其特征在于：有将除砂后的膨润土用钠盐Na₂CO₃或NaHCO₃进行钠化或用季铵盐进行有机活性化处理的步骤和在沥青乳化机中加入粉末丁苯橡胶，维持温度为170～190℃，并在4000～6000rpm/min转速下，高速剪切30～50min，使其混合均匀的步骤。

一种膨润土组合物改性沥青及其制备方法
所属技术领域
本发明涉及一种膨润土组合物改性沥青及其制备方法。
背景技术
用聚合物改性沥青在国外已有多年的历史，可作为沥青改性剂的聚合物也有多种，一般分为橡胶类、树脂类和橡胶树脂类。橡胶类改性剂包括天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)、聚氯丁二烯(CR)、丙烯腈—丁二烯高聚物(ABR)、聚苯乙烯—异戊二烯共聚物等，对于硫化橡胶，则必须再生后才能作改性剂使用。树脂类改性剂分为热固性和热塑性树脂两种，前者有乙烯—醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯等，后者有环氧树脂、酚醛树脂等。橡胶树脂类改性剂有苯乙烯—丁二烯—苯乙烯共聚物(SBS)、苯乙烯—异戊二烯—苯乙烯共聚物(SIS)、SIS加氢改性共聚物(SEBS)、SBS加氢改性共聚物(SEPS)等。
西方发达国家自20世纪60年代开始了聚合物改性沥青的研究工作，国内如交通部公路科研所、同济大学、上海交通大学等单位也较早地开展了聚合物改性沥青的工作。国内外研究表明，利用高聚物材料对沥青进行改性具有降低沥青材料的温度敏感性、提高软化点以及改善抗老化性能等特点；如SBS改性沥青，由于SBS材料的优良弹性、耐低温性能和在高温下呈塑性，易于沥青共混，使得SBS改性沥青延伸率为150％，御载后能自行恢复，对结构变形有很好的适应性，明显提高了抗裂性；但国内外所生产的SBS成品均为粒状，然而对这种塑性很高的物料，即使加热到很高温度，其固有弹性仍在很大程度上影响经过反复搅拌的沥青均匀性；另一方面，SBS改性沥青的价格昂贵。用SBR改性沥青，虽然能使改性沥青的低温性能有明显的改善，但是对高温性能的改善却不明显，再加上SBR的价格也较昂贵。
膨润土是一种重要的非金属矿产，世界总储量为13亿吨，主要生产膨润土的国家有美国、中国、俄罗斯、意大利、希腊、印度和德国等；而我国的膨润土储量仅次于美国居世界第二位，现开采量为200万吨左右。据考察膨润土资源遍布22个省近80个县，有400多个采矿点，如辽宁、吉林、浙江、山东、江苏、新疆、四川、广西、河南、甘肃；因为膨润土资源丰富，价格便宜。如果用其组合物改性沥青，能够改善改性沥青的高温以及抗老化性能，尤其对高温性能的改善最为明显；而且能够降低改性沥青的成本。
发明内容
为了克服现有改性沥青的技术问题，本发明提供一种膨润土组合物改性沥青及其制备方法，改性后的沥青具有高温和低温性能相对于基质沥青而言有大幅度提高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种膨润土组合物改性沥青是由下述重量份数的原料组成：
基质沥青       94～98，
膨润土         1～3，
粉末丁苯橡胶   1～3。
上述的膨润土至少是钙基膨润土或钠化的膨润土或有机膨润土中的一种。
一种膨润土组合物改性沥青的制备方法是：先将膨润土进行原土除砂，把除砂后膨润土进行干燥，然后把干燥后的膨润土进行研磨，用325目的筛子过筛，再将过筛的膨润土加入到熔融的基质沥青中，在缓慢搅拌中加入粉末丁苯橡胶，经高速剪切使其共混均匀而制成。
本发明的优点及有益效果是：
1、用膨润土、粉末SBR的组合物改性沥青，扫描电镜分析表明改性后沥青的结构呈现波浪形层状结构，使得改性剂和沥青之间具有较大的表面接触面积，这种层状结构既有“刚性”又具有“柔性”，使基质沥青的高低温性能得到改善；由于膨润土的层状结构特点，通过用X光衍射和透射电镜分析表明沥青中的部分物质插入膨润土的层间，使得膨润土的层状结构部分剥离后形成剥离型纳米粒子，其最小粒径5nm；纳米粒子所具有的特殊性能，如热稳定性、高强度和抗老化性能反映在改性沥青中。
2、由于膨润土是一种矿产资源且无污染，用膨润土改性沥青时刺激性气体放出较少，所以对改性沥青生产地周围的环境影响较小。
3、本发明在基质沥青中加入膨润土后，再加入粉末丁苯橡胶(SBR)，高速剪切共混均匀，综合的提高了沥青的各项路用性能；改性后沥青具有高温稳定性、低温抗开裂性能和抗老化性能良好等特点，又降低了改性沥青的成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所用的改性剂(膨润土1份、粉末SBR3份)对沥青性能的影响；
图2是本发明所用的改性剂(膨润土1份、粉末SBR3份)改性沥青后，对旋转薄膜烘箱老化实验后沥青性能的影响；
具体实施方式
实施例1：先将钙基膨润土进行选土除砂，除砂后的膨润土进行干燥，干燥后研磨并用325目筛子过筛，再将1份过筛的膨润土加入94份熔融的基质沥青中，并不断的搅拌避免局部过热。在搅拌的同时，加入3份的粉末丁苯橡胶，保持温度为170℃、4000rpm/min剪切速率下的高剪切，沥青乳化机中搅拌50min，使其混合均匀，即得到改性沥青。经测定5度延度(5cm/min、5℃、cm)为164，25度针入度(25℃、100g、5s、0.1mm)为63，软化点(℃)为56；旋转薄膜烘箱实验(RTFOT)后5度延度(5cm/min、5℃、cm)为67，针入度比(％)为84。
由图1可知沥青的软化点和低温延度提高，沥青的高低温性能均得到改善
由图2可知改性沥青在旋转薄膜烘箱老化实验之后不仅保持了很好的低温延度，而且针入度损失小，说明其抗老化性能良好。
实施例2：先将钙基膨润土进行选土除砂，除砂后的膨润土进行干燥，干燥后研磨并用325目筛子过筛，将过筛所制得的膨润土用季铵盐进行有机活性化处理，使得其层间距增大，有利于沥青中的部分物质更容易插入，然后将3份过筛的有机膨润土加入96份熔融的基质沥青中，并不断的搅拌避免局部过热。在搅拌的同时，加入1份的粉末丁苯橡胶，保持温度为180℃、4500rpm/min剪切速率下的高剪切，沥青乳化机中搅拌40min，使其混合均匀，即得到改性沥青。经测定5度延度(5cm/min、5℃、cm)为160，25度针入度(25℃、100g、5s、0.1mm)为62，软化点(℃)为56；旋转薄膜烘箱实验(RTFOT)后5度延度(5cm/min、5℃、cm)为69，针入度比(％)为85。
实施例3：先将钙基膨润土进行选土除砂，将除砂后的膨润土用钠盐(Na₂CO₃或NaHCO₃等)进行钠化，干燥后研磨并用325目筛子过筛，再将1.5份过筛的膨润土加入98份熔融的基质沥青中，并不断地搅拌避免局部过热。在搅拌的同时，加入2.5份的粉末丁苯橡胶，保持温度为190℃、6000rpm/min剪切速率下的高剪切，沥青乳化机中搅拌30min，使其混合均匀，即得到改性沥青。经测定5度延度(5cm/min、5℃、cm)为65，25度针入度(25℃、100g、5s、0.1mm)为67，软化点(℃)为55；旋转薄膜烘箱实验(RTFOT)后5度延度(5cm/min、5℃、cm)为45，针入度比(％)为80。
实施例4：同上述的实施例步骤，不同的是采用2份膨润土、3份粉末丁苯橡胶，效果是改性剂在沥青中分散比较均匀，其最大粒径为0.8um，并有部分纳米粒子存在，最小粒径为5nm。改性后的沥青呈波浪形层状结构，而且还具有立体规整性。