岩瀝青複合改性劑及其製備方法以及用途

《岩瀝青複合改性劑及其製備方法以及用途》是交通部公路科學研究院、上海交通大學於2007年8月23日申請的發明專利，該專利的申請號為2007101206779，公布號為CN101104742，專利公布日為2008年1月16日，發明人是曹東偉、劉清泉、王仕峰。該發明涉及岩瀝青複合改性劑及其製備方法，以及岩瀝青複合改性劑的用途。

岩瀝青複合改性劑由岩瀝青和聚合物組成，按重量百分比，岩瀝青用量為10~90％，聚合物用量為10~90％。其製備方法是將所述岩瀝青與聚合物按比例經雙螺桿擠出機共混，再通過冷拉條切粒設備造粒。其用途是，將岩瀝青複合改性劑投入到瀝青混合料拌合設備中與熱礦料拌和5~20秒，再噴入基質瀝青拌和20-60秒，得到複合改性瀝青混合料。岩瀝青複合改性劑呈顆粒狀，添加計量準確，分散優良，拌和均勻，施工方便。複合改性的瀝青混合料性能進一步提高，可供高等級道路鋪設使用。

2014年3月，《岩瀝青複合改性劑及其製備方法以及用途》獲得第十二屆專利獎優秀獎。

基本介紹

• 中文名：岩瀝青複合改性劑及其製備方法以及用途
• 公布號：CN101104742
• 公布日：2008年1月16日
• 申請號：2007101206779
• 申請日：2007年8月23日
• 申請人：交通部公路科學研究院、上海交通大學
• 發明人：曹東偉、劉清泉、王仕峰
• 代理人：張玫
• 地址：北京市海淀區西土城路8號
• Int.Cl：C08L95/00（2006.01）I、C08L23/04（2006.01）I、C08L27/06（2006.01）I、B29C47/40（2006.01）I、B29B9/12（2006.01）I
• 代理機構：北京金碩果智慧財產權代理事務所
• 類別：發明專利

專利背景

岩瀝青是石油在地殼運動的擠壓下，從地殼中冒出，存在於山體、岩石裂隙中，經過億萬年的蒸發凝固而形成的固體形態的天然瀝青。

岩瀝青是以分子量高達一萬的瀝青質為主要組成成份，其化學構成為碳（C）81.7％，氫（H）7.5％，氧（O）2.3％，氮（N）1.95％，硫（S）4.4％，鋁（Al）1.1％，矽（Si）0.18％及其他金屬0.87％。不同地方的岩瀝青，其化學構成會有一定的變化。

由於岩瀝青聚合程度很高，分子量很大，軟化點較高。將其與基質瀝青混合改性後用於鋪築瀝青路面，具有以下特性：

1. 抗車轍：使用岩瀝青混合改性後可有效提高瀝青路面的抗車轍能力，推遲路面車轍的產生，降低車轍深度和疲勞剪下裂紋的出現。
2. 抗剝落：岩瀝青含氮量高，一般為2％左右，較普通道路石油瀝青高出幾倍至幾十倍不等。在天然瀝青中，氮元素以官能團形式存在，這種存在使天然瀝青具有很強的浸潤性和對自由氧化基的高抵抗性，特別是與集料的粘附性及抗水剝離性得到明顯改善。
3. 抗老化、抗高溫：岩瀝青本身的軟化點達到100℃以上，加入到基質瀝青後，使其具有良好的抗高溫、抗老化性能。

研究表明岩瀝青在矽酸岩、石英岩、石灰岩、高嶺石和矽鋁酸岩表面的吸附能量，都比基質瀝青高出數倍，具有良好的抗剝落能力。岩瀝青中的活性基團（羧基、羰基、醛、萘）還能增強基質瀝青的內聚力，與基質瀝青相比其抗流動性、抗氧化性、粘附性都得到了明顯的提高。

直接將天然岩瀝青摻入基質瀝青進行改性，然後鋪築瀝青路面，這在全球都獲得了良好套用，可以提高路面的抗車轍性和耐久性等。

岩瀝青雖具有以上良好的性能，但是其套用於路面還具有一定的缺陷和不足：

1. 岩瀝青成塊狀或粉末狀，且形狀不規則，若直接添加，計量及拌和不方便，不宜拌合均勻。
2. 岩瀝青提高高溫抗車轍性還不夠顯著，表現為用其改性瀝青的軟化點還不太高（10質量百分比岩瀝青改性軟化點小於60℃），改性後瀝青混合料的動穩定度也不是很高。

發明內容

專利目的

《岩瀝青複合改性劑及其製備方法以及用途》的第一個目的是提供一種岩瀝青複合改性劑，它呈顆粒狀，添加計量準確，分散優良，拌和均勻，施工方便，改性後瀝青混合料抗車轍性能、抗水損壞性能好。該發明的第二個目的是提供上述岩瀝青複合改性劑的製備方法，該發明的第三個目的是提供上述岩瀝青複合改性劑的用途，將岩瀝青複合改性劑加入到基質瀝青中得到複合改性瀝青混合料，可使其性能進一步提高，供高等級道路鋪設使用。

技術方案

實現《岩瀝青複合改性劑及其製備方法以及用途》的技術方案是：一種岩瀝青複合改性劑，它由岩瀝青和聚合物組成，其中按重量百分比，岩瀝青用量為10~90％，聚合物用量為10~90％。

上述岩瀝青複合改性劑中，所述岩瀝青採用天然條件下生成的固體瀝青類物質，其瀝青含量大於90％，軟化點大於100℃。

上述岩瀝青複合改性劑中，所述聚合物是聚乙烯（PE）、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）或聚氯乙烯（PVC）。

上述岩瀝青複合改性劑中，所述聚乙烯是低密度聚乙烯（LDPE）或回收聚乙烯（RPE）。

上述岩瀝青複合改性劑的製備方法，將所述岩瀝青與聚合物按比例經雙螺桿擠出機共混，再通過冷拉條切粒設備造粒。

上述岩瀝青複合改性劑的製備方法中，加工擠出溫度為100-200℃，擠出後冷卻造粒。

上述岩瀝青複合改性劑的用途，是將岩瀝青複合改性劑投入到瀝青混合料拌合設備中與熱礦料拌和5~20秒，再噴入基質瀝青拌和20-60秒，得到複合改性瀝青混合料。

改善效果

《岩瀝青複合改性劑及其製備方法以及用途》與2007年8月之前的技術相比，其有益效果是：

1. 岩瀝青複合改性劑呈顆粒狀，添加計量準確，分散優良，拌和均勻，施工方便。
2. 省去一般改性瀝青加工工藝中的強剪下和穩定化過程，簡化了施工工藝，將瀝青改性和瀝青混合料的拌合融為一體，不僅降低了改性工藝的成本，而且節約能源消耗、減少排放。
3. 顯著提高了瀝青混合料的高溫穩定性和瀝青與集料間的粘附性，從而增強路面抗車轍性能和抗水損壞性能，延長路面壽命。

權利要求

1. 《岩瀝青複合改性劑及其製備方法以及用途》其特徵在於它由岩瀝青和聚合物組成，其中按重量百分比，岩瀝青用量為10~90％，聚合物用量為10~90％。
2. 根據權利要求1所述的岩瀝青複合改性劑，其特徵在於所述岩瀝青採用天然條件下生成的固體瀝青類物質，其瀝青含量大於90％，軟化點大於100℃。
3. 根據權利要求1或2所述的岩瀝青複合改性劑，其特徵在於所述聚合物是聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或聚氯乙烯。
4. 根據權利要求3所述的岩瀝青複合改性劑，其特徵在於所述聚乙烯是低密度聚乙烯或回收聚乙烯。
5. 一種岩瀝青複合改性劑的製備方法，其特徵在於將所述岩瀝青與聚合物按比例經雙螺桿擠出機共混，再通過冷拉條切粒設備造粒。
6. 根據權利要求5所述的岩瀝青複合改性劑的製備方法，其特徵在於加工擠出溫度為100-200℃，擠出後冷卻造粒。
7. 一種岩瀝青複合改性劑的用途，其特徵在於將岩瀝青複合改性劑投入到瀝青混合料拌合設備中與熱礦料拌和5~20秒，再噴入基質瀝青拌和20-60秒，得到複合改性瀝青混合料。

實施方式

• 實施例1

先取岩瀝青1000克、低密度聚乙烯（LDPE）9000克，經雙螺桿擠出機共混，再通過冷拉條切粒設備造粒，加工擠出溫度為100℃，得到岩瀝青複合改性劑。然後將所述岩瀝青複合改性劑投入到有150℃熱礦料的拌合機中，進行乾法拌和10秒，再噴入基質瀝青拌和50秒，得到複合改性瀝青混合料。

• 實施例2

先取岩瀝青9000克、回收聚乙烯（RPE）1000克，經雙螺桿擠出機共混，再通過冷拉條切粒設備造粒，加工擠出溫度為150℃，得到岩瀝青複合改性劑。然後將所述岩瀝青複合改性劑投入到180℃熱礦料中進行乾法拌和5秒，再噴入基質瀝青拌和60秒，得到複合改性瀝青混合料。

• 實施例3

先取岩瀝青6000克、聚氯乙稀（PVC）4000克，經雙螺桿擠出機共混，再通過冷拉條切粒設備造粒，加工擠出溫度為250℃，得到岩瀝青複合改性劑。然後將所述岩瀝青複合改性劑投入到200℃熱礦料中進行乾法拌和20秒，再噴入基質瀝青拌和20秒，得到複合改性瀝青混合料。

• 實施例4

將1000克乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、500克岩瀝青預先混合均勻後，在雙螺桿擠出機中混合，通過冷拉條切粒設備均勻造粒後，製得岩瀝青複合改性劑顆粒。再將一定量的改性劑顆粒加入到190℃的熱石料中，用拌和機拌和15秒，然後噴入基質瀝青拌和30秒，得到了複合改性瀝青混合料。

作為對比實驗，岩瀝青直接與石料進行拌和，再與基質瀝青混合，得到改性瀝青混合料，然後測試其性能。

改性瀝青混合料（岩瀝青為改性劑）和複合改性瀝青混合料（岩瀝青複合改性劑為改性劑）性能對比見表1，後者的軟化點有了明顯提高，且加入量越大，提高越明顯。表2是標準配比瀝青混合料的車轍試驗結果，從表中數據可見，後者更顯著地增強瀝青混合料的高溫穩定性，從而更明顯地提高瀝青路面的抗車轍性能。

表1 軟化點對比

岩瀝青用量（%）	軟化點（℃）	岩瀝青複合改性劑用量（%）	軟化點（℃）
0	47	0	47
5	51	5	52
10	54	10	＞80
15	56	15	＞80

表2 性能對比

岩瀝青用量（%）	動穩定度（次/毫米）	岩瀝青複合改性劑用量（%）	動穩定度（次/毫米）
0	806.1	0	806.1
5	1656.4	5	4137.2
10	2707.5	10	9318.2
15	3764.5	15	16127.3

• 實施例5

將500克聚乙烯（PE）、500克岩瀝青加入到螺桿擠出機上混合，等兩種物質加入完成，混煉均勻後，製得岩瀝青複合改性劑。再將一定量的改性劑顆粒加入到150℃的熱石料中，用拌和機拌和10秒，然後噴入基質瀝青拌和40秒，得到了複合改性瀝青混合料。

對比實驗，軟化點對比見表3，性能對比見表4。試驗結果表明，複合改性瀝青混合料（岩瀝青複合改性劑為改性劑）比改性瀝青混合料（岩瀝青為改性劑）更明顯地增強了抗車轍性能。

表3 軟化點對比

岩瀝青用量（%）	軟化點（℃）	岩瀝青複合改性劑用量（%）	軟化點（℃）
0	47	0	47
5	51	5	52
10	54	10	74
15	56	15	＞80

表4 性能對比

岩瀝青用量（%）	動穩定度（次/毫米）	岩瀝青複合改性劑用量（%）	動穩定度（次/毫米）
0	1048.5	0	1048.5
5	1950.3	5	3664.7
10	2921.7	10	7679.2
15	3340.3	15	14962.4

榮譽表彰

2014年3月，《岩瀝青複合改性劑及其製備方法以及用途》獲得第十二屆專利獎優秀獎。