生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于改性沥青技术领域，具体涉及一种生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青，还涉及一种生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青的制备方法。

背景技术

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(简称SBS)改性沥青一直以来是我国沥青路面的首选材料，其通过高温拌合并充分溶胀后，能改变沥青中轻组分的力学性能，在提高沥青的高温抗变形能力的同时，仍然具备优异的低温性能。

但由于二者密度差异较大，并且SBS与沥青的共混体系中，SBS与沥青处于两相结构，即：SBS颗粒为分散相、沥青为连续相，因此导致SBS与沥青的相容性较差，在长时间的高温储存中离析现象显著。此外，SBS改性剂的价格一般高于其它常用的沥青改性剂，导致SBS改性沥青造价较高。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青，解决现有SBS与沥青的相容性较差，在长时间的高温储存中离析现象显著，SBS进行改性成本较高的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青，其组分按照质量分数为：50份-99份石油沥青、1份-50份生物沥青、1份至6份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、0.01份-0.02份稳定剂、0.1份-3份多聚磷酸。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述石油沥青为道路石油沥青。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述生物沥青为经秸秆或淀粉质炼制而成的再生植物沥青。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为线型或星型，其重均分子质量为10万-100万。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物由苯乙烯与丁二烯嵌段组成，两者的质量比为2：(3-4)。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述的稳定剂由硫磺与过氧化二异丙苯组成，两者的质量比为(3-28)：7。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述多聚磷酸的相对质量分数为105％-117％。

本发明的第二个目的是提供一种生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青的制备方法，用于制备上述生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，对石油沥青与生物沥青进行加热混合剪切；

步骤2，向步骤1得到的产物中加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，并进行剪切搅拌；

步骤3，向步骤2得到的产物中加入稳定剂，并进行剪切搅拌；

步骤4，向步骤3得到的产物中加入多聚磷酸，并进行剪切搅拌。

作为本发明的一种优选的技术方案，在所述步骤1中，进行加热混合剪切的加热温度为110℃-160℃，剪切转速额为100rpm-5000rpm，搅拌时间为5min-60min。

作为本发明的一种优选的技术方案，在所述步骤2中，进行剪切搅拌的加热温度为160℃-180℃，剪切时间为10min-120min；在所述步骤3中，进行剪切搅拌的加热温度为160℃-180℃，剪切时间为1min-60min；在所述步骤4中，进行剪切搅拌的加热温度为160℃-180℃，剪切时间为10min-120min。

本发明的有益效果是：(1)本发明将生物沥青按一定比例替代石油沥青，不仅提高了沥青与SBS的相容性，具有显著的经济和环保效益；(2)本发明用PPA替代部分SBS改性剂，SBS掺量较低，具有良好的经济性，并且其高、低温性能较SBS改性沥青并没有明显的差异；(3)本发明具有良好的储存稳定性及施工和易性。

具体实施方式

本发明的一种生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青，其组分按照质量分数为：50份-99份石油沥青、1份-50份生物沥青、1份至6份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、0.01份-0.02份稳定剂、0.1份-3份多聚磷酸；石油沥青为道路石油沥青；生物沥青为经秸秆或淀粉质炼制而成的再生植物沥青；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为线型或星型，其重均分子质量为10万-100万，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物由苯乙烯与丁二烯嵌段组成，两者的质量比为2：(3-4)；稳定剂由硫磺与过氧化二异丙苯组成，两者的质量比为(3-28)：7；多聚磷酸的相对质量分数为105％-117％。

针对上述生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，对石油沥青与生物沥青进行加热混合剪切；进行加热混合剪切的加热温度为110℃-160℃，剪切转速额为100rpm-5000rpm，搅拌时间为5min-60min；

步骤2，向步骤1得到的产物中加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，并进行剪切搅拌；进行剪切搅拌的加热温度为160℃-180℃，剪切时间为10min-120min；

步骤3，向步骤2得到的产物中加入稳定剂，并进行剪切搅拌；进行剪切搅拌的加热温度为160℃-180℃，剪切时间为1min-60min；

步骤4，向步骤3得到的产物中加入多聚磷酸，并进行剪切搅拌；进行剪切搅拌的加热温度为160℃-180℃，剪切时间为10min-120min。

单掺多聚磷酸(简称PPA)改性沥青虽然有着优异的高温性能，但一般低温性能较差。因此可通过与SBS等弹性体沥青改性剂的复配来增加其低温变形能力，不仅互补了二者单掺情况下的缺点，并且降低了改性沥青的制备成本，具有显著的应用价值。秸秆作为一种农作物废料，其一般产量较大，不能完全进行二次利用及无害化处理，并且部分地区对废弃秸秆采取焚烧等处置方法，对周围环境污染较大。以加压脱氢等工艺将废弃秸秆炼化为生物沥青，并将其与石油沥青按一定比例掺合，不仅提高了沥青与SBS改性剂的相容性，而且在“双碳”背景下更为废弃秸秆的二次利用提供了一种有益的方式。

实施例1

本发明的一种生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青，其组分按照质量分数为：90份石油沥青、10份生物沥青、3.5份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、0.02份稳定剂、0.5份多聚磷酸。

上述生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，对石油沥青与生物沥青进行加热混合剪切；进行加热混合剪切的加热温度为140℃，剪切转速额为1000rpm，搅拌时间为20min；

步骤2，向步骤1得到的产物中加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，并进行剪切搅拌；进行剪切搅拌的加热温度为175℃，剪切时间为30min，剪切转速额为5000rpm；

步骤3，向步骤2得到的产物中加入稳定剂，并进行剪切搅拌；进行剪切搅拌的加热温度为175℃，剪切时间为10min，剪切转速额为5000rpm；

步骤4，向步骤3得到的产物中加入多聚磷酸，并进行剪切搅拌，最后进行真空干燥；进行剪切搅拌的加热温度为175℃，剪切时间为30min，剪切转速额为5000rpm。

实施例2

本发明的一种生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青，其组分按照质量分数为：90份石油沥青、10份生物沥青、3份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、0.02份稳定剂、1份多聚磷酸。

上述生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，对石油沥青与生物沥青进行加热混合剪切；进行加热混合剪切的加热温度为140℃，剪切转速额为1000rpm，搅拌时间为20min；

步骤2，向步骤1得到的产物中加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，并进行剪切搅拌；进行剪切搅拌的加热温度为175℃，剪切时间为30min，剪切转速额为5000rpm；

步骤3，向步骤2得到的产物中加入稳定剂，并进行剪切搅拌；进行剪切搅拌的加热温度为175℃，剪切时间为10min，剪切转速额为5000rpm；

步骤4，向步骤3得到的产物中加入多聚磷酸，并进行剪切搅拌，最后进行真空干燥；进行剪切搅拌的加热温度为175℃，剪切时间为30min，剪切转速额为5000rpm。

实施例3

本发明的一种生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青，其组分按照质量分数为：90份石油沥青、15份生物沥青、2.5份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、0.02份稳定剂、1.5份多聚磷酸。

上述生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，对石油沥青与生物沥青进行加热混合剪切；进行加热混合剪切的加热温度为140℃，剪切转速额为1000rpm，搅拌时间为20min；

步骤2，向步骤1得到的产物中加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，并进行剪切搅拌；进行剪切搅拌的加热温度为175℃，剪切时间为30min，剪切转速额为5000rpm；

步骤3，向步骤2得到的产物中加入稳定剂，并进行剪切搅拌；进行剪切搅拌的加热温度为175℃，剪切时间为10min，剪切转速额为5000rpm；

步骤4，向步骤3得到的产物中加入多聚磷酸，并进行剪切搅拌，最后进行真空干燥；进行剪切搅拌的加热温度为175℃，剪切时间为30min，剪切转速额为5000rpm。

实施例4

本发明的一种生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青，其组分按照质量分数为：50份石油沥青、1份生物沥青、1份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、0.01份稳定剂、0.1份多聚磷酸。

上述生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，对石油沥青与生物沥青进行加热混合剪切；进行加热混合剪切的加热温度为110℃，剪切转速额为100rpm，搅拌时间为60min；

步骤2，向步骤1得到的产物中加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，并进行剪切搅拌；进行剪切搅拌的加热温度为160℃，剪切时间为120min；

步骤3，向步骤2得到的产物中加入稳定剂，并进行剪切搅拌；进行剪切搅拌的加热温度为160℃，剪切时间为60min；

步骤4，向步骤3得到的产物中加入多聚磷酸，并进行剪切搅拌，最后进行真空干燥；进行剪切搅拌的加热温度为160℃，剪切时间为120min。

实施例5

本发明的一种生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青，其组分按照质量分数为：99份石油沥青、50份生物沥青、6份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、0.02份稳定剂、3份多聚磷酸。

上述生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，对石油沥青与生物沥青进行加热混合剪切；进行加热混合剪切的加热温度为160℃，剪切转速额为5000rpm，搅拌时间为5min；

步骤2，向步骤1得到的产物中加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，并进行剪切搅拌；进行剪切搅拌的加热温度为180℃，剪切时间为10min；

步骤3，向步骤2得到的产物中加入稳定剂，并进行剪切搅拌；进行剪切搅拌的加热温度为180℃，剪切时间为1min；

步骤4，向步骤3得到的产物中加入多聚磷酸，并进行剪切搅拌，最后进行真空干燥；进行剪切搅拌的加热温度为180℃，剪切时间为120min。

对比实施例

本发明的一种生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青，其组分按照质量分数为：100份石油沥青、0份生物沥青、4份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、0.02份稳定剂、0份多聚磷酸。

上述生物沥青、SBS、PPA复合改性沥青的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，对石油沥青进行加热剪切；进行加热剪切的加热温度为140℃，剪切转速额为1000rpm，搅拌时间为20min；

步骤2，向步骤1得到的产物中加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，并进行剪切搅拌；进行剪切搅拌的加热温度为175℃，剪切时间为30min，剪切转速额为5000rpm；

步骤3，向步骤2得到的产物中加入稳定剂，并进行剪切搅拌；进行剪切搅拌的加热温度为175℃，剪切时间为10min，剪切转速额为5000rpm，最后进行真空干燥。

分析实施例1～3及对比实施例

石油沥青为壳牌90#道路石油沥青。

生物沥青为淀粉质及秸秆通过高温高压氢化等工艺炼制的再生植物沥青，其具体性能指标如表1所示。

表1生物沥青性能指标

SBS为线形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，具体指标如表2所示。

表2 SBS性能指标

硫磺采用工业硫磺，指标符合(GB/T2449-2006)中一等品及以上要求。过氧化二异丙苯满足一等品要求，即外观为无色或白色菱形结晶，熔点≥38.5℃，过氧化二异丙苯的质量分数≥99.0％，总挥发物含量≤0.3％。二者按质量比60：40混合而得所述稳定剂。

多聚磷酸采用相对质量分数为115％级，具体性能指标如表3所示。

表3多聚磷酸指标

针对上表实施例1～3及对比实施例所制备的改性沥青，进行性能测试。测试方法按照交通部《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)相关测试方法进行。测试结果见表3。

表3实施例1～3及对比实施例测试结果

由以上检测结果可见，本发明的生物沥青/SBS/PPA复合改性沥青具有较好的储存稳定性，在添加1.5份PPA及15份生物沥青的实施例3上下软乎点差仅为-0.17℃。此外，本发明具有较低的黏度，其施工和易性较好。尤其是本发明在SBS掺量较低的条件下，仍然有着优异的力学性能。

上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。