專利名稱：一種合成橡膠瀝青及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合成橡膠浙青及其制備方法，特別涉及一種以有機(jī)硅漿渣為原料制備的合成橡膠浙青及其制備方法。
背景技術(shù)：
浙青是由不同分子量的碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘傺苌锝M成的黑褐色復(fù)雜混合物， 浙青是一種用于柔性路面施工的粘結(jié)劑，具有良好的粘接性、不透水性、絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性，是道路施工中不可缺少的材料。
浙青(基質(zhì)浙青)本身就是一種經(jīng)濟(jì)路面材料，但由于浙青的溫度敏感性，在高溫下其剛性和強(qiáng)度降低，路面軟化，低溫則容易產(chǎn)生收縮裂縫等路面開裂現(xiàn)象，必須對(duì)其進(jìn)行改性，以改善其在高、低溫下的機(jī)械性能，這屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。廢舊輪胎粉中含有丁苯橡膠、天然橡膠等多種高分子聚合物以及大量的炭黑、抗氧化劑、填料、處理油等， 因此，廢舊橡膠顆?；罨笠部梢宰鳛楦男詣┨砑拥秸闱嘀??；罨蟮南鹉z粉與浙青拌合而得到的產(chǎn)物，稱為橡膠浙青，也有稱浙青橡膠?；罨鹉z粉在浙青中發(fā)生溶脹，增加了浙青的粘接性，油膜厚度更大，橡膠浙青的整體性能明顯優(yōu)于基質(zhì)浙青。橡膠浙青的優(yōu)越性非常突出，但由于廢橡膠粉的活化較復(fù)雜及浙青的用量較大，使得橡膠浙青目前仍存在造價(jià)高、工藝復(fù)雜、要求嚴(yán)格的局限。一般情況下，浙青和硅橡膠、橡膠不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，普通的橡膠浙青是以基質(zhì)浙青為原料，加入橡膠粉拌合得到，橡膠粉在浙青中發(fā)生溶脹，增加了浙青的粘結(jié)性，但是該橡膠浙青是物理摻合的混合物，另外現(xiàn)有橡膠浙青是將活化橡膠粉在浙青中發(fā)生溶脹，增加浙青的粘結(jié)性，但是該橡膠浙青仍是物理摻合的混合物，其軟化點(diǎn)、針入度和延展度并不是很理想，25°C下的彈性恢復(fù)不好。
有機(jī)硅漿渣是有機(jī)硅單體特別是甲基氯硅烷單體合成過程中所產(chǎn)生的廢棄物，有機(jī)硅漿渣的主要成分是有機(jī)硅單體、氯硅烷以及高含量的金屬銅以及少量的其它金屬。有機(jī)硅漿渣如果暴露在空氣中，就會(huì)燃燒和(或)形成強(qiáng)酸霧和液體，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染， 不僅污染環(huán)境，也造成大量的氯損失，必須進(jìn)行無害化處理。目前對(duì)于有機(jī)硅廢漿渣，主要采用水解方法進(jìn)行處理，水解反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生鹽酸氣體、酸水和酸性固體廢渣三廢，對(duì)環(huán)境帶來的二次污染還非常的嚴(yán)重，不適于對(duì)有機(jī)硅生產(chǎn)行業(yè)的環(huán)保要求。然而目前除了水解沒有更好的漿渣環(huán)保處理技術(shù)，廢渣漿的處理問題已經(jīng)成為制約有機(jī)硅工業(yè)發(fā)展的瓶頸。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中有機(jī)漿渣難以處理、污染環(huán)境，橡膠浙青的性能有待于進(jìn)一步提高及有機(jī)硅漿渣處理的不足，提供一種合成橡膠浙青及其制備方法。本發(fā)明的合成橡膠浙青具有良好的粘彈性和流動(dòng)性，合成橡膠浙青技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案
一種合成橡膠浙青，包括改性橡膠浙青和有機(jī)硅漿渣，所述改性橡膠浙青與有機(jī)硅漿渣的重量比例為100 (0. 1-8)；
所述改性橡膠浙青包括基質(zhì)浙青和橡膠粉改性劑，所述基質(zhì)浙青與橡膠粉改性劑的重量比例為6 (3-8)。
上述合成橡膠浙青中，不僅加入了橡膠粉改性劑對(duì)基質(zhì)浙青進(jìn)行改性，而且加入了有機(jī)硅漿渣，由于有機(jī)硅漿渣中含有有機(jī)硅單體、氯硅烷以及單質(zhì)金屬銅，而活化橡膠粉中含有廢舊輪胎粉及活化劑，在單質(zhì)金屬銅、活化劑存在的情況下，有機(jī)硅漿渣中的有機(jī)硅單體與改性橡膠粉發(fā)生嵌合反應(yīng)，有助于增加橡膠顆粒的彈性；同時(shí)，氯硅烷與橡膠顆粒發(fā)生氯化反應(yīng)，有助于增加橡膠顆粒的強(qiáng)度；在上述兩種反應(yīng)的協(xié)同作用下，所得橡膠浙青的整體性能得以改善。另一方面，基質(zhì)浙青不僅具有活化橡膠粉的作用，而且可作為柔軟劑和粘合劑，對(duì)有機(jī)硅漿渣進(jìn)行吸附、包裹以隔離空氣，從而防止機(jī)硅漿渣吸附空氣中的水份而分解氯化氫氣體。
進(jìn)一步的，上述合成橡膠浙青中，所述改性橡膠浙青與有機(jī)硅漿渣的重量比例為 100 (0.1-4)。由于氯化過度容易導(dǎo)致橡膠浙青的脆性增加,在上述優(yōu)選的改性橡膠浙青與有機(jī)硅漿渣=100 (0. 1-4)范圍內(nèi)，可適宜的控制有機(jī)硅漿渣的量，有助于改善合成橡膠浙青的彈性和強(qiáng)度而避免橡膠浙青脆性的增加；在上述比例范圍內(nèi)，本發(fā)明的有機(jī)硅活化橡膠浙青的5°C下延伸度為17-29cm，軟化點(diǎn)為58-99°C，25°C下的針入度為76-106，彈性恢復(fù)為66-90%，180°C旋轉(zhuǎn)粘度為2. 78-4. 30，本發(fā)明的合成橡膠浙青的性能較佳。
進(jìn)一步的優(yōu)選的，上述合成橡膠浙青中，所述改性橡膠浙青與有機(jī)硅漿渣的重量比例為100 (0.5-4)。在上述比例范圍內(nèi)，本發(fā)明的有機(jī)硅活化橡膠浙青的5°C下延伸度為20-32cm，軟化點(diǎn)為73-105°C，25°C下的針入度為83-110，彈性恢復(fù)為72-95%, 180°CM 轉(zhuǎn)粘度為3. 11-4. 83，本發(fā)明的合成橡膠浙青整體性能效果最佳。
進(jìn)一步的，上述合成橡膠浙青中，所述橡膠粉改性劑由廢舊輪胎粉和改性劑組成， 所述廢舊輪胎粉與改性劑的重量比例為(94-100) (3-10)。
進(jìn)一步的，上述合成橡膠浙青中，所述改性劑優(yōu)選為四甲基葵炔二醇或己二醇。上述兩種改性劑有助于提高橡膠粉的粘著性，而且有助于有機(jī)硅單體與廢舊輪胎粉發(fā)生嵌合反應(yīng)、氯娃燒與改性橡膠浙青發(fā)生氯化反應(yīng)，有助于改善合成橡膠浙青的整體性能。
進(jìn)一步的優(yōu)選的，上述合成橡膠浙青中，所述改性劑為己二醇，所述廢舊輪胎粉 己二醇的重量比例優(yōu)選為(94-96) (4-6)。上述橡膠粉改性劑由廢舊輪胎粉和己二醇組成，其中，己二醇是一種橡膠交聯(lián)劑，化學(xué)組份為2，5- 二甲基-2，5-己二醇，英文名2， 5-dimethyl-2,5_hexanediol,分子式為C8H18O2,為白色粉狀或片狀,具有促進(jìn)基質(zhì)浙青和橡膠碳?xì)浞肿拥蜏睾铣烧闱嗟墓δ?，能增加橡膠粉活化劑的滲透性。而且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在上述比例范圍內(nèi)，己二醇對(duì)廢舊輪胎粉發(fā)生嵌合反應(yīng)、氯硅烷與改性橡膠浙青發(fā)生氯化反應(yīng)的促進(jìn)作用較佳。
進(jìn)一步的優(yōu)選的，上述合成橡膠浙青中，所述改性劑為四甲基葵炔二醇，所述廢舊輪胎粉四甲基葵炔二醇的重量比例優(yōu)選為100 (3-10)。上述橡膠粉改性劑由廢舊輪胎粉和四甲基葵炔二醇組成，其中，活化劑四甲基葵炔二醇，是一種多功能非離子表面活性劑，化學(xué)組分為2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7- 二醇，分子式C14H26O2,為白色或微黃蠟狀物，具有顏料分散能力強(qiáng)，優(yōu)異的低泡性和適度的消泡功能，另外，四甲基葵炔二醇具有防止橡膠浙青改性劑從浙青中離析的作用，不需要脫硫工序即可賦予橡膠粉較高的粘著性，恢復(fù)其生膠性質(zhì)。而且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在上述比例范圍內(nèi)，四甲基葵炔二醇對(duì)廢舊輪胎粉發(fā)生嵌合反應(yīng)、氯硅烷與改性橡膠浙青發(fā)生氯化反應(yīng)的促進(jìn)作用較佳。
本發(fā)明的合成橡膠浙青的制備方法，包括如下步驟
(I)、將基質(zhì)浙青預(yù)熱至140_160°C ；
(2)、將基質(zhì)浙青與橡膠粉改性劑按比例在混料機(jī)內(nèi)混合均勻并升溫至 190-260°C，得到改性橡膠浙青；
(3)、將步驟(2)所得改性橡膠浙青與有機(jī)硅漿渣按比例混合，在190-260°C溫度下反應(yīng)，得到合成橡膠浙青。
上述適宜的反應(yīng)溫度190_260°C，使有機(jī)硅漿渣中氯化硅與改性橡膠浙青中碳氧分子充分發(fā)生嵌段共聚、氯化反應(yīng)，有助于改善橡膠浙青的彈性和強(qiáng)度。
上述合成橡膠浙青的制備方法中，步驟(3)中改性橡膠浙青與有機(jī)硅漿渣的反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選1_5分鐘。
有機(jī)硅漿渣是有機(jī)硅單體特別是甲基氯硅烷單體合成過程中所產(chǎn)生的廢棄物，有機(jī)硅漿渣的主要成分是有機(jī)硅單體、氯硅烷以及高含量的金屬銅以及少量的其它金屬。有機(jī)硅漿渣如果暴露在空氣中，就會(huì)燃燒和(或)形成強(qiáng)酸霧和液體，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染， 不僅污染環(huán)境，也造成大量的氯損失，必須進(jìn)行無害化處理。目前對(duì)有機(jī)硅漿渣的處理方式一般采用水解，但是水解會(huì)產(chǎn)生二次污染而受到限制，目前只能積壓堆庫或是簡(jiǎn)單的回收其中的金屬銅。有機(jī)硅漿渣量很大，一般產(chǎn)品作為處理有機(jī)硅漿渣的載體難以滿足要求，經(jīng)考察比較，只有浙青才能吸納這么多的含氯有機(jī)硅漿渣量。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的合成橡膠浙青由改性橡膠浙青和有機(jī)硅漿渣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成，其中有機(jī)硅漿渣的氯化硅作為氯來源，在具有活性的游離銅(單質(zhì)金屬銅)催化劑的作用下，有機(jī)硅漿渣中的含硅(有機(jī)硅)單體與改性橡膠浙青主要成份碳?xì)浞肿影l(fā)生嵌段共聚、氯化反應(yīng)，生成合成橡膠浙青。本發(fā)明的改性橡膠浙青之所以與有機(jī)硅漿渣中的含硅(有機(jī)硅)單體發(fā)生氯化反應(yīng)，是因?yàn)樯鲜龈男韵鹉z浙青是經(jīng)化學(xué)改性的發(fā)生質(zhì)變的改性橡膠浙青。本發(fā)明的合成橡膠浙青的制備方法是將基質(zhì)浙青加熱至140-160°C后，按比例向反應(yīng)器內(nèi)加入橡膠粉改性劑，控制橡膠粉改性劑的加入速度，以保持溫度恒定在上述范圍內(nèi)，加入橡膠粉改性劑后升溫至190-260°C，得到改性橡膠浙青；在保持溫度在190-260°C的前提下，按比例加入有機(jī)硅漿渣，控制有機(jī)硅漿渣的加入速度，即可得到合成橡膠浙青。上述合成橡膠浙青的制備過程中，控制適宜的反應(yīng)溫度190-260°C，有機(jī)硅漿渣中氯化硅與改性橡膠浙青中碳氧分子充分發(fā)生嵌段共聚、氯化反應(yīng)，有助于改善橡膠浙青的彈性和強(qiáng)度。
本發(fā)明的有機(jī)硅橡膠制備方法工序簡(jiǎn)單，無三廢公害，環(huán)保，更重要的是，將硅橡膠、有機(jī)硅工業(yè)的漿渣廢液變廢為寶，所制備的有機(jī)硅橡膠成本低廉。按照本發(fā)明方法制備的合成橡膠浙青，有機(jī)硅漿渣中的含硅(有機(jī)硅)單體與改性橡膠浙青主要成份碳?xì)浠衔锇l(fā)生氯化反應(yīng)，發(fā)生浙青質(zhì)變，很好的利用了機(jī)硅工業(yè)中的廢棄物漿渣，制備得到的合成橡膠浙青具有良好的粘結(jié)性和流動(dòng)性，并改善了橡膠浙青的彈性和強(qiáng)度，所制備的合成橡膠浙青技術(shù)指標(biāo)均符合或高于國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明的合成橡膠浙青5°C延伸度為 13-32cm，25°C的針入度為71-110，軟化點(diǎn)為53-105°C，25°C彈性恢復(fù)61-95%。本發(fā)明的合成橡膠浙青可用于高級(jí)公路、機(jī)場(chǎng)跑道施工混合料的生產(chǎn)和屋面、隧道、水壩防漏、防潮、防水使用。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合試驗(yàn)例及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例I
本實(shí)施例列舉的合成橡膠浙青，包括有機(jī)硅漿渣與改性橡膠浙青反應(yīng)得到有機(jī)硅活化橡膠浙青，所述有機(jī)硅漿渣與改性橡膠浙青的重量比例為改性橡膠浙青有機(jī)硅漿 S= 100 0. 5。
所述有機(jī)硅漿渣是甲基氯硅烷單體合成過程中所產(chǎn)生的廢棄物，有機(jī)硅漿渣的主要成分是有機(jī)硅單體、氯硅烷以及高含量的金屬銅以及少量的其它金屬，其主要成分的重量比例為有機(jī)硅單體氯硅烷單質(zhì)銅=38 : 60 : 2。
所述改性橡膠浙青包括基質(zhì)浙青和橡膠粉改性劑，90#基質(zhì)浙青與橡膠粉改性劑的重量比例為90#基質(zhì)浙青橡膠粉改性劑=2 I。
所述橡膠粉改性劑由廢舊輪胎粉與改性劑組成，所述改性劑為己二醇，所述廢舊輪胎粉己二醇的重量比例為=96 : 4。
本實(shí)施例的合成橡膠浙青的制備方法，包括如下步驟
(I)、將90#基質(zhì)浙青預(yù)熱至140°C ；
(2)、將90#基質(zhì)浙青與橡膠粉改性劑按比例在混料機(jī)內(nèi)混合均勻并升溫至 190°C，得到改性橡膠浙青；
(3)、將步驟(2)所得改性橡膠浙青與有機(jī)硅漿渣按比例混合，加入有機(jī)硅漿渣時(shí)保持勻速緩慢攪拌，在190°C溫度下反應(yīng)，有機(jī)硅漿渣加完再保持?jǐn)嚢?，所述有機(jī)硅漿渣與改性橡膠浙青反應(yīng)的時(shí)間為2分鐘，得到合成橡膠浙青。
道路浙青的質(zhì)量常用以下指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定
延伸度主要用于反映浙青的低溫性能。浙青的延伸度是指在規(guī)定的拉伸速度和溫度下，拉伸標(biāo)準(zhǔn)試件的兩端到斷裂時(shí)的長(zhǎng)度。延伸度是剪切面上剪切壓力大于浙青內(nèi)聚力時(shí)的斷裂長(zhǎng)度，隨溫度不同而變化。它反映浙青的粘彈性質(zhì)，延伸度可按照ASTMD113或 GB/T4508方法測(cè)定。
軟化點(diǎn)反應(yīng)浙青的高溫性能。浙青的軟化點(diǎn)是浙青在一定條件下的等粘溫度，軟化點(diǎn)高表示浙青的等粘溫度高，混合料的高溫穩(wěn)定性好，軟化點(diǎn)的測(cè)定方法可參照ASTMD36 或 GB/T4508。
針入度是浙青的稠度指標(biāo)。反映浙青在一定條件上的軟硬程度，浙青的針入度用標(biāo)準(zhǔn)針在一定負(fù)荷、時(shí)間和溫度條件下，垂直穿入浙青試樣的深度表示，單位為1/10_，不同溫度針入度的對(duì)數(shù)與溫度呈線性關(guān)系，即工IgP = AT+K，其中P為溫度T時(shí)的針入度，A 反映針入度對(duì)數(shù)溫度的敏感性，簡(jiǎn)稱針入溫度系數(shù)，K為常數(shù)。
以上是評(píng)定浙青質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的三大技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)附JT/T798-2011行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，另有 180°C旋轉(zhuǎn)粘度(Pa. s)和彈性恢復(fù)(25°C，% )兩大指標(biāo)來評(píng)定浙青的性能。
附 JT/T 798-2011 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
表I橡膠浙青技術(shù)指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種合成橡膠浙青，其特征在于，包括改性橡膠浙青和有機(jī)硅漿渣，所述改性橡膠浙青與有機(jī)硅漿渣的重量比例為100 (0. 1-8)；所述改性橡膠浙青包括基質(zhì)浙青和橡膠粉改性劑，所述基質(zhì)浙青與橡膠粉改性劑的重量比例為6 (3-8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種合成橡膠浙青，其特征在于，所述改性橡膠浙青與有機(jī)硅漿渣的重量比例為100 (0.1-4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種合成橡膠浙青，其特征在于，所述改性橡膠浙青與有機(jī)硅漿渣的重量比例為100 (0.5-4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種合成橡膠浙青，其特征在于，所述橡膠粉改性劑由廢舊輪胎粉和改性劑組成，所述廢舊輪胎粉與改性劑的重量比例為(94-100) (3-10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種合成橡膠浙青，其特征在于，所述改性劑為己二醇或四甲基葵炔二醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種合成橡膠浙青，其特征在于，所述改性劑為己二醇，所述廢舊輪胎粉己二醇的重量比例為(94-96) (4-6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種合成橡膠浙青，其特征在于，所述改性劑為四甲基葵炔二醇，所述廢舊輪胎粉四甲基葵炔二醇的重量比例優(yōu)選為100 (3-10)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的合成橡膠浙青的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)、將基質(zhì)浙青預(yù)熱至140-160°C；(2)、將基質(zhì)浙青與橡膠粉改性劑按比例在混料機(jī)內(nèi)混合均勻并升溫至190-260°C，得到改性橡膠浙青；(3)、將步驟(2)所得改性橡膠浙青與有機(jī)硅漿渣按比例混合，在190-260°C溫度下反應(yīng)，得到合成橡膠浙青。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的合成橡膠浙青的制備方法，其特征在于，步驟(3)中改性橡膠浙青與有機(jī)硅漿渣的反應(yīng)時(shí)間為1-5分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種合成橡膠瀝青及其制備方法。本發(fā)明的合成橡膠瀝青包括改性橡膠瀝青和有機(jī)硅漿渣，所述改性橡膠瀝青與有機(jī)硅漿渣的重量比為100∶(0.1-8)；所述改性橡膠瀝青包括基質(zhì)瀝青和橡膠粉改性劑，所述基質(zhì)瀝青與橡膠粉改性劑的重量比為6∶(3-8)。本發(fā)明的合成橡膠瀝青的制備方法是將基質(zhì)瀝青預(yù)熱至140-160℃后，按比例加入橡膠粉改性劑，升溫至190-260℃，得到改性橡膠瀝青；保持190-260℃，按比例加入有機(jī)硅漿渣即可得到合成橡膠瀝青。本發(fā)明的合成橡膠瀝青延伸度為13-32cm，針入度為71-110，軟化點(diǎn)為53-105℃，可用于高級(jí)公路及機(jī)場(chǎng)跑道施工混合料的生產(chǎn)和屋面隧道防水防漏使用。
文檔編號(hào)C08L95/00GK102532922SQ20111042200
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者周其強(qiáng), 周祥 申請(qǐng)人:周祥, 四川維城磁能有限公司