本發(fā)明屬于道路工程領(lǐng)域，涉及瀝青及瀝青混合料領(lǐng)域，具體涉及一種長壽命POE-SBS復合改性瀝青及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，車流量越來越大，車荷載越來越重，氣候逐漸變暖，重交通道路瀝青已不能滿足高等級公路和特殊路段的使用要求，為了提高路面的抗永久變形、抗車轍、抗擁包、抗推移、抗疲勞、抗低溫開裂、抗老化、抗水侵害等病害能力，瀝青材料的研究部門和應用部門提出了對道路瀝青進行改性，以此來提高瀝青材料的綜合性能。而所謂瀝青的改性，就是通過組成設計和分子設計達到理想的性能。也就是說，改性瀝青就是在基質(zhì)瀝青中添加適當和適量的改性劑(一種或多種)，以提高或改善瀝青的某些性能，滿足瀝青混合料路用性能的要求。
當前瀝青改性劑主要有以下幾類：樹脂類，包括熱塑性塑料(PE、EVA等)和熱固性塑料(酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等)；橡膠類(NR、SBR、CR、BR、IIR等)；熱塑性彈性體(SBS、SIS、SEBS等)；天然瀝青(湖瀝青(TLA)、巖瀝青等)。材料的結(jié)構(gòu)決定了材料的使用性能及應用范圍，通常來說，彈性改性劑可以改善瀝青的彈性、低溫柔性和抗疲勞特性，而對瀝青的熱穩(wěn)定性和抗紫外老化性能會有一定的削弱；而塑性改性劑一般可以顯著提高瀝青的熱穩(wěn)定性和抗紫外老化的能力，但是對瀝青的低溫柔性和彈性恢復存在一定的負面影響。
SBS是一種熱塑性彈性體，是以丁二烯和苯乙烯為單體，環(huán)己烷為溶劑，正丁基鋰為引發(fā)劑，四氫呋喃為活化劑，采用陰離子聚合得到的線型或星型嵌段共聚物。SBS高分子鏈具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)的不同嵌段，即塑性段和橡膠段，形成類似合金的組織結(jié)構(gòu)。由于這種獨特的結(jié)構(gòu)，使其既具有塑料的剛性和塑性，又具有橡膠的柔性和彈性，目前在國內(nèi)外，SBS是應用量最多、最廣泛的瀝青改性劑。
隨著SBS應用范圍的擴大和研究的深入，SBS改性瀝青暴露出一定的缺陷。SBS可在一定程度上同時提高瀝青的高溫和低溫性能，但其對高溫性能的改善效果不如樹脂而對低溫性能的改善不如橡膠，而且SBS對瀝青疲勞性能的提升并不足夠理想。Lu和Isacsson使用動態(tài)熱機械分析、傅里葉紅外變換光譜和熒光顯微鏡研究了SBS改性瀝青的相分離特征，研究發(fā)現(xiàn)改性瀝青高溫熱儲存穩(wěn)定性較差。由于SBS存在不飽和鍵結(jié)構(gòu)，使得SBS的抗紫外線老化及抗氧化能力較差，錢春香等采用傅立葉紅外光譜分析了瀝青及SBS改性瀝青紫外光老化試驗前后結(jié)構(gòu)與性能的變化，結(jié)果表明SBS改性瀝青老化后性能下降主要是改性劑中雙鍵 斷裂所致。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，發(fā)明人通過試驗研究，從優(yōu)選高低溫性能穩(wěn)定、抗老化能力強的熱塑性彈性體材料入手，開發(fā)新型改性瀝青材料。本發(fā)明以POE(Polyolefin Elastomer)和SBS為復合瀝青改性劑，輔以相容劑和穩(wěn)定劑等物質(zhì)，加入基質(zhì)瀝青后通過膠體磨高速剪切制備POE/SBS復合改性瀝青。該瀝青除了具備SBS改性瀝青的優(yōu)點外，而且進一步改善瀝青的高低溫性能，大幅提高瀝青的疲勞壽命，同時還具有優(yōu)異的抗老化能力。本發(fā)明的瀝青制備方法基本類似于SBS改性瀝青的制備方法，增加改性劑POE后并不會使生產(chǎn)過程復雜化。
具體的，本發(fā)明涉及以下技術(shù)方案：
1、POE在提高SBS改性瀝青的高溫性能、低溫性能、抗老化性能或疲勞性能中的應用。
2、POE和SBS作為改性劑在提高瀝青抗老化性能、疲勞性能中的應用。
優(yōu)選的，所述瀝青為重交瀝青；
更優(yōu)選的，在該應用中，各組分比例為：93-95份重交瀝青，3-4份SBS，1-2份POE，2-4份相容劑，0.1-0.3份穩(wěn)定劑。
上述重交瀝青優(yōu)選為70#或90#優(yōu)質(zhì)石油瀝青。重交瀝青是改性瀝青膠結(jié)料的主要成分，可用于生產(chǎn)高路用性能的瀝青混合料，同時可溶解和分散改性劑及其他添加劑。
SBS熱塑性彈性體，是主要改性劑，將其加入瀝青中可提高瀝青的性能。其摻量應控制在適宜的范圍內(nèi)，摻量過小則改善效果不明顯，摻量過多則與瀝青相容性差，產(chǎn)品粘度太大不利于制備，施工和易性差。
POE(Polyolefin Elastomer)是乙烯和辛烯的共聚物熱塑性彈性體，兼具辛烯的柔軟鏈卷曲結(jié)構(gòu)和乙烯鏈的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，因此既具有優(yōu)異的韌性又具有良好的加工性。由于POE有窄分子量分布和均勻的短支鏈分布，賦予較高的拉伸強度和抗沖擊性能，且主鏈不含不飽和鍵，因此具有優(yōu)異的抗紫外線性能和耐老化性能。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將適量的POE與SBS和瀝青進行交聯(lián)，可進一步提高瀝青的高溫、低溫性能和抗老化性能，且可大幅提高瀝青的疲勞性能。
相容劑，優(yōu)選糠醛抽出油，其為潤滑油精制過程的副產(chǎn)物，一般芳烴含量大于70％，對彈性體SBS和POE具有良好的相容性,閃點大于230℃安全性好。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，改性劑與瀝青的相容性愈好，相應的改性效果越好。相容劑可以增進改性劑SBS和POE與瀝青的相容性，便于改性劑在瀝青中分散。其摻量不宜過多，過多則對瀝青高溫性能造成不利影響。
穩(wěn)定劑，是橡膠交聯(lián)劑，優(yōu)選為硫磺、多硫化物類硫化劑如二硫化二嗎啡啉，或有機過氧化物硫化劑如過氧化甲酰等中的至少一種。在穩(wěn)定劑的作用下改性劑之間、改性劑與瀝青 中的烯鍵、官能團發(fā)生交聯(lián)反應，形成良好力學性能的空間立體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的膠體體系，從而達到改善瀝青性能和長期熱儲存的目的。其摻量不宜過高，過高則會交聯(lián)過度出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象，摻量也不能太少，太少瀝青與改性劑交聯(lián)不完全，一是體系不穩(wěn)定，發(fā)生改性劑與瀝青分離現(xiàn)象，二是改性劑交聯(lián)度不夠，影響改性瀝青的高溫性能。
3、一種瀝青改性劑，由以下重量份組分組成：3-4份SBS，1-2份POE。
4、一種改性瀝青，該瀝青的組成及其重量份數(shù)為：93-95份重交瀝青，3-4份SBS，1-2份POE，2-4份相容劑，0.1-0.3份穩(wěn)定劑。
上述重交瀝青優(yōu)選為70#或90#優(yōu)質(zhì)石油瀝青；相容劑，優(yōu)選糠醛抽出油，其為潤滑油精制過程的副產(chǎn)物，一般芳烴含量大于70％，對彈性體SBS和POE具有良好的相容性,閃點大于230℃安全性好；穩(wěn)定劑，是橡膠交聯(lián)劑，優(yōu)選為硫磺、多硫化物類硫化劑如二硫化二嗎啡啉，或有機過氧化物硫化劑如過氧化甲酰等中的至少一種。
5、POE/SBS復合改性瀝青的制備方法，包括如下步驟：
(1)按重量份將瀝青置于搪瓷缸內(nèi)，加入相容劑，加熱至160-180℃并保持溫度；
(2)將瀝青放置于高速剪切機下，并保證瀝青液面沒過剪切機膠體磨磨頭，待溫度穩(wěn)定后開動剪切機，優(yōu)選的，調(diào)整轉(zhuǎn)速為3000r/min；
(3)向瀝青中緩慢加入SBS改性劑，高速剪切，優(yōu)選20-30min；
(4)然后繼續(xù)緩慢加入POE改性劑，高速剪切，優(yōu)選20-30min；
(5)加入穩(wěn)定劑，繼續(xù)剪切(20-30min)后，即獲得POE/SBS復合改性瀝青。
本發(fā)明所述技術(shù)方案取得了以下有益效果：
(1)本發(fā)明通過POE的加入，提高了SBS改性瀝青的高溫性能、低溫性能、抗老化能力和疲勞性能。
(2)本發(fā)明的長壽命POE/SBS復合改性劑提高了瀝青的抗氧化和熱老化能力，以及優(yōu)異的抗疲勞性能。
(3)本發(fā)明的長壽命POE/SBS復合改性瀝青以石油道路瀝青為基礎(chǔ)原料，以SBS和POE為主要改性劑，輔助品為相容劑和穩(wěn)定劑，該復合改性瀝青較SBS改性瀝青具有更好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗開裂性能；而且其成本低于同摻量的SBS改性瀝青，可代替部分SBS改性瀝青應用于大部分地區(qū)，尤其適用于易發(fā)生疲勞破壞的部位，例如永久路面的抗疲勞層，還可以應用于高寒和高紫外線輻射等一些極端氣候地區(qū)，復合改性瀝青混合料具有良好的耐久性，可有效延長路面的使用壽命。
具體實施方式：
本發(fā)明采用的POE/SBS復合改性瀝青的制備設備與SBS改性瀝青生產(chǎn)設備相同。
實施方案1：
POE/SBS復合改性瀝青制備流程：
(1)將92份瀝青置于搪瓷缸內(nèi)，加入2.5份相容劑，加熱至175℃并保持溫度；
(2)將瀝青放置于高速剪切機下，并保證瀝青液面沒過剪切機膠體磨磨頭。待溫度穩(wěn)定至175℃后開動剪切機，調(diào)整轉(zhuǎn)速為3000r/min；
(3)向瀝青中緩慢加入3.0份SBS改性劑，高速剪切20-30min；
(4)然后繼續(xù)緩慢加入2.0份POE改性劑，高速剪切30min；
(5)加入0.2份穩(wěn)定劑，繼續(xù)剪切30min，即獲得POE/SBS復合改性瀝青。
按照上述方法制備的POE/SBS復合改性瀝青的常規(guī)技術(shù)指標見表1，PG分級見表2，疲勞壽命見表3(其中SBS改性瀝青為參比試驗組，SBS摻量為5.0份，其他各組分及比例同于POE/SBS復合改性瀝青；PE/SBS復合改性瀝青亦為參比試驗組，SBS摻量為3.0份，PE摻量為2.0份，其他各組分及比例同于POE/SBS復合改性瀝青)。
表1 SBS改性瀝青、PE/SBS復合改性瀝青與POE/SBS復合改性瀝青的常規(guī)技術(shù)指標對比
從表1試驗數(shù)據(jù)可以看出，在SBS+PE與SBS+POE復合改性瀝青中，PE和POE對高溫性能都有所改善，軟化點分別提高10℃和3℃。但是PE與SBS復合改性瀝青的低溫性能有所下降(低溫延度降低11cm)，抗熱老化性能有所下降(針入度比降低4％)；而POE與SBS復合改性瀝青的低溫性能(延度增加3cm)和抗熱老化性能(針入度比提高10％)都有所提高，說明POE改性劑與SBS復合后，不但可以改善改性瀝青的高低溫性能，還可以提高改性瀝青的抗熱老化能力。
表2 SBS改性瀝青、PE/SBS復合改性瀝青與POE/SBS復合改性瀝青PG分級
表3 SBS改性瀝青、PE/SBS復合改性瀝青與POE/SBS復合改性瀝青疲勞壽命對比
表2為三種瀝青SHRP性能分級試驗數(shù)據(jù)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)SBS改性瀝青符合PG70-22的規(guī)定，PE/SBS復合改性瀝青符合PG76-22的規(guī)定，POE/SBS復合改性瀝青符合PG76-28的規(guī)定，PE/SBS復合改性瀝青較SBS改性瀝青高溫性能提高了一個等級，而POE/SBS復合改性瀝青較SBS改性瀝青高溫性能和低溫性能都提高了一個等級，說明PE的加入改善了改性瀝青的高溫性能，POE的加入同時改善了改性瀝青的高溫性能和低溫性能。
而表3數(shù)據(jù)顯示，POE/SBS復合改性瀝青的疲勞壽命幾乎是同摻量SBS改性瀝青的兩倍，是同摻量同比例PE/SBS復合改性瀝青的三倍，說明加入的PE降低了瀝青的抗疲勞性能，而POE則可以大幅提高改性瀝青的抗疲勞性能，以此生產(chǎn)的改性瀝青混合料具有良好的耐久性，可有效延長路面的使用壽命。
實施方案2：
POE/SBS復合改性瀝青制備流程
(1)將93份瀝青置于搪瓷缸內(nèi)，加入2.5份相容劑，加熱至175℃并保持溫度。
(2)將瀝青放置于高速剪切機下，并保證瀝青液面沒過剪切機膠體磨磨頭。待溫度穩(wěn)定至175℃后開動剪切機，調(diào)整轉(zhuǎn)速為3000r/min。
(3)向瀝青中緩慢加入3.5份SBS改性劑，高速剪切20-30min。
(4)然后繼續(xù)緩慢加入1.5份POE改性劑，高速剪切30min。
(5)加入0.2份穩(wěn)定劑，繼續(xù)剪切30min，即獲得POE/SBS復合改性瀝青。
按照上述方法制備的POE/SBS復合改性瀝青符合我國《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》F40-2004的要求，其PG分級同樣達到了PG76-28的標準，疲勞壽命達到4萬次左右。
實施方案3：
POE/SBS復合改性瀝青制備流程
(1)將93份瀝青置于搪瓷缸內(nèi)，加入2.5份相容劑，加熱至175℃并保持溫度。
(2)將瀝青放置于高速剪切機下，并保證瀝青液面沒過剪切機膠體磨磨頭。待溫度穩(wěn)定至175℃后開動剪切機，調(diào)整轉(zhuǎn)速為3000r/min。
(3)向瀝青中緩慢加入4.0份SBS改性劑，高速剪切20-30min。
(4)然后繼續(xù)緩慢加入1.0份POE改性劑，高速剪切30min。
(5)加入0.2份穩(wěn)定劑，繼續(xù)剪切30min，即獲得POE/SBS復合改性瀝青。
按照上述方法制備的POE/SBS復合改性瀝青符合我國《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》F40-2004的要求，其PG分級同樣達到了PG76-28的標準，疲勞壽命也達到4萬次左右。
以上說明描述了本發(fā)明的主要內(nèi)容和優(yōu)點。上述說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明主要內(nèi)容的前提條件下，本發(fā)明還會根據(jù)各地的具體情況進行變化和改進，這些變化和改進都要落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。