一种基于混合塑料的高模量沥青外掺剂及其制备方法与流程

本发明涉及道路工程沥青材料，特别涉及一种基于混合塑料的高模量沥青外掺剂及其制备方法。

背景技术：

1、随着公路交通量以及重载车辆比例增加，特重交通路段的沥青路面长期承受较大的重复荷载作用。在高温及重载条件下，沥青混合料容易产生累积塑性变形，进而形成车辙等路面病害，影响路面的结构稳定性和使用寿命。对于季冻地区，沥青路面除需要具有较高的高温抗永久变形能力外，还需要兼顾低温变形性能及水稳定性。

2、高模量沥青混合料通过提高混合料的刚度和承载能力，可以降低重载交通条件下产生永久变形的程度。现有技术通常通过向沥青或沥青混合料中加入聚合物类高模量添加材料提高混合料的动态模量及高温稳定性，其中聚乙烯、聚丙烯等热塑性聚烯烃具有来源广、刚度较高以及便于加工的特点，可作为沥青混合料的外掺改性材料。

3、但是，不同种类聚烯烃的熔融特性及与沥青的作用状态存在差异，特别是在采用废旧聚烯烃塑料作为原料时，不同来源及不同批次原料中的聚丙烯和高密度聚乙烯含量容易发生波动。若直接按照固定投料量进行生产，原料组成的变化会进一步引起外掺剂熔融分散状态及增模作用的变化，不利于产品批次间性能的一致性。

4、另一方面，为使聚烯烃材料在沥青混合料拌和过程中充分软化、熔融和分散，现有聚烯烃类外掺材料通常需要较高的拌和温度。施工温度升高不仅增加能源消耗，而且会增加沥青在生产和施工过程中的高温受热程度。同时，单纯依靠提高沥青结合体系的硬度获得较高模量，也容易使高温稳定性与低温变形性能之间难以保持合理平衡。

5、为此，提出一种基于混合塑料的高模量沥青外掺剂及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于混合塑料的高模量沥青外掺剂及其制备方法，通过对含聚丙烯和高密度聚乙烯的混合塑料进行组成检测，并根据组成检测结果进行回配，使混合塑料中的聚丙烯和高密度聚乙烯保持在预定组成范围内，再与天然沥青进行复合，以降低不同来源及不同批次混合塑料原料组成波动对高模量沥青外掺剂性能稳定性的影响。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

3、一种基于混合塑料的高模量沥青外掺剂，包括混合塑料和天然沥青，所述混合塑料包括聚丙烯和高密度聚乙烯，所述混合塑料为经组成检测及回配获得的组成受控混合塑料；以所述聚丙烯和高密度聚乙烯的总质量为基准，所述聚丙烯的质量含量为30～40％，所述高密度聚乙烯的质量含量为60～70％；以100质量份所述混合塑料为基准，所述天然沥青的用量为10～20质量份。

4、进一步地，所述聚丙烯包括再生聚丙烯，所述高密度聚乙烯包括再生高密度聚乙烯。

5、进一步地，所述天然沥青为天然岩沥青。

6、进一步地，所述聚丙烯与高密度聚乙烯的质量比为35∶65；以100质量份所述混合塑料为基准，所述天然岩沥青的用量为12～16质量份。

7、进一步地，所述高模量沥青外掺剂为颗粒状，粒径为2～5 mm。

8、本发明还提供一种基于混合塑料的高模量沥青外掺剂的制备方法，包括以下步骤：

9、s1、获取包含聚丙烯和高密度聚乙烯的混合塑料原料。

10、s2、对所述混合塑料原料进行组成检测，获得所述混合塑料原料中聚丙烯和高密度聚乙烯的组成检测结果。

11、s3、根据所述组成检测结果与目标组成之间的偏差确定聚丙烯补配料或高密度聚乙烯补配料的补配量，将相应补配料加入所述混合塑料原料中并进行混合，再次进行组成检测，并根据再次获得的组成检测结果继续进行补配，直至以聚丙烯和高密度聚乙烯的总质量为基准，聚丙烯的质量含量为30～40％、高密度聚乙烯的质量含量为60～70％，得到回配混合塑料。

12、s4、以100质量份所述回配混合塑料为基准，加入10～20质量份天然沥青并进行混合，得到待混炼物料。

13、s5、对所述待混炼物料进行熔融混炼和均化，得到均化物料。

14、s6、对所述均化物料进行冷却和成型，得到所述高模量沥青外掺剂。

15、进一步地，步骤s1中，所述混合塑料原料由含聚丙烯和高密度聚乙烯的废旧聚烯烃塑料经分选、除杂、清洗、干燥和破碎得到，破碎后的混合塑料原料粒径为2～8 mm。

16、进一步地，步骤s2中，所述组成检测包括差示扫描量热分析和红外光谱分析；通过差示扫描量热分析获得聚丙烯和高密度聚乙烯对应的熔融峰及熔融焓，并根据预先建立的熔融焓与聚丙烯和高密度聚乙烯含量之间的校准关系确定所述混合塑料原料中的聚丙烯和高密度聚乙烯含量；通过红外光谱分析获得聚丙烯和高密度聚乙烯的特征吸收峰，并根据所述特征吸收峰对差示扫描量热分析确定的组成检测结果进行复核。

17、进一步地，步骤s3中，所述聚丙烯补配料为再生聚丙烯或原生聚丙烯，所述高密度聚乙烯补配料为再生高密度聚乙烯或原生高密度聚乙烯；每次补配后混合5～15 min，并对补配后的混合塑料进行差示扫描量热分析和红外光谱分析，以完成回配后的混合塑料的红外光谱与符合所述目标组成的标准样品的红外光谱之间的一致性作为回配稳定性的评价依据。

18、进一步地，步骤s5中采用双螺杆挤出机进行熔融混炼，熔融混炼段温度为170～190℃，出料温度为165～185℃；步骤s6中对所述均化物料进行冷却和切粒，得到粒径为2～5 mm的颗粒状高模量沥青外掺剂。

19、本发明采用组成检测与反馈回配相结合的方式对混合塑料原料进行处理。对于不同来源或不同批次的混合塑料，首先获得其中聚丙烯和高密度聚乙烯的组成信息，再根据实际组成与目标组成之间的偏差补加对应的聚合物组分，并通过再次检测对回配结果进行复核，由此使进入后续熔融混炼过程的混合塑料保持在设定的组成范围内。

20、差示扫描量热分析用于获得聚丙烯和高密度聚乙烯的热行为信息，并根据熔融峰、熔融焓及相应校准关系确定两种聚烯烃的组成；红外光谱分析用于根据两种聚烯烃对应的特征吸收峰对组成检测结果进行复核，并用于比较不同回配批次混合塑料的光谱一致性。通过两种检测方式相互配合，可减少仅根据原料来源或名义组成进行配料造成的组成偏差。

21、回配后的混合塑料与天然沥青共同进行熔融混炼；聚丙烯具有较高的刚性，高密度聚乙烯具有相应的热塑性和变形能力，通过控制两者的组成比例，使所得聚烯烃复合体系能够在沥青混合料拌和条件下发生软化或熔融，并在剪切及集料颗粒间相互作用下进行分散；天然沥青参与形成具有较高刚度的沥青结合体系，由此共同提高沥青混合料抵抗荷载变形的能力。

22、本发明实施例由于采用以上技术方案，其具有以下优点：

23、一、本发明针对不同来源及不同批次混合塑料中pp和hdpe组成波动的问题，通过组成检测、偏差确定、定向补配及再次检测构成反馈回配过程，使混合塑料在进入熔融混炼工序前达到设定的pp和hdpe组成范围，从而将组成不稳定的再生混合塑料转化为组成受控的生产原料，提高高模量沥青外掺剂的批次一致性。

24、二、本发明采用差示扫描量热分析确定pp和hdpe的组成，并结合红外光谱分析对检测结果及不同批次原料的一致性进行复核，使回配过程以混合塑料的实际组成作为控制依据，减少仅依据原料来源或名义组成进行配料所产生的偏差。

25、三、本发明将回配后的pp和hdpe混合塑料与天然岩沥青进行复配，使聚烯烃增模作用与天然岩沥青的增强作用相互配合，在提高沥青混合料动态模量和高温抗永久变形能力的同时，兼顾低温变形性能和水稳定性。

26、四、本发明通过控制pp和hdpe的组成及熔融混炼条件，使所得外掺剂在沥青混合料拌和过程中能够保持较好的软化、熔融和分散状态，在降低拌和温度的条件下仍能够保持相应的路用性能，有利于降低施工能耗及沥青的高温受热程度。