專利名稱：一種包裝廢棄聚合物/納米共擠改性瀝青及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種改性浙青材料，具體涉及一種包裝廢棄 聚合物/納米共擠改性浙青，本發(fā)明還涉及該改性浙青的制備方法。
背景技術(shù)：
包裝業(yè)的發(fā)展為經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出了重大貢獻(xiàn)，同時(shí)也給人類帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問 題。據(jù)美國《包裝》雜志通過全國性民意測驗(yàn)的結(jié)果，絕大多數(shù)人認(rèn)為包裝帶來的環(huán)境污 染僅次于水質(zhì)污染、海洋湖泊污染和空氣污染，已處于第四位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國城鄉(xiāng)每年產(chǎn)生 的垃圾有4億噸，其中30%是包裝廢棄物。而70%以上為一次性包裝產(chǎn)品，使用后即廢棄。 以2004年為例，包裝業(yè)總產(chǎn)值超過3200億元，其中2300億元的產(chǎn)品將成為包裝廢棄物，若 總回收利用率按25%計(jì)算，則至少還有1700億元的資源被白白浪費(fèi)。因此，包裝與環(huán)保作 為一個(gè)社會(huì)熱點(diǎn)正擺在人們面前，已成為各國急需解決的嚴(yán)重問題。塑料以其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、易加工等優(yōu)良性能，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮 著重要作用，塑料加工業(yè)作為新興行業(yè)已成為我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。塑料在為現(xiàn) 代人類文明發(fā)展做出貢獻(xiàn)的同時(shí)，也給環(huán)境造成了不可忽視的污染，即所謂的“白色污染”。 在“白色污染”現(xiàn)象的背后，包裝廢棄聚合物所造成的影響是不容忽視的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，包裝廢 棄聚合物使用的合成樹脂約占世界合成樹脂總量的25%。我國每年產(chǎn)生的廢棄塑料大約有 100萬噸，包裝廢棄聚合物量約占塑料產(chǎn)量的70%。廢棄塑料產(chǎn)生量如此之大，而目前我國 每年回收利用率卻很少，幾乎不到廢棄塑料總量的20%。因此，合理回收利用包裝廢棄聚合 物已成為公眾關(guān)心的焦點(diǎn)問題，也成為亟待解決的一大難題。與此同時(shí)，隨著高等級公路交通量增大、車速高、軸載日趨重型化以及國產(chǎn)普通浙 青含蠟量高、粘結(jié)力差、延伸度低、溫度敏感性大等性能缺點(diǎn)，導(dǎo)致高等級公路路面形成各 種嚴(yán)重的病害。首先是高溫車轍及變形問題。在高溫地區(qū)、大型車輛以及超載、重載路段，車轍已 成為浙青路面潛在的最嚴(yán)重的破壞形式之一。其次，浙青路面水損害破壞嚴(yán)重。所謂浙青路面水損害破壞，是浙青路面在油水分 的條件下，經(jīng)受交通載荷和溫度脹縮的反復(fù)作用，一方面水分逐步侵入到浙青與集料的界 面上，同時(shí)由于水動(dòng)力的作用，浙青層漸漸地從集料表面剝離，并導(dǎo)致集料之間的粘結(jié)力喪 失而發(fā)生的路面破壞過程。由于這種破壞作用的存在，導(dǎo)致在春融、梅雨季節(jié)及雨季，好端 端的路面逐漸出現(xiàn)麻面、松散、掉粒乃至坑槽，此種情況已經(jīng)在許多公路以及某些高速公路 上出現(xiàn)。再次，寒冷地區(qū)浙青路面溫縮裂縫普遍存在。在冬季氣溫驟降時(shí)，浙青混合料的應(yīng) 力松弛趕不上溫度應(yīng)力的增長，同時(shí)勁度急劇增大，超過混合料的極限強(qiáng)度或極限拉伸應(yīng) 變，便會(huì)產(chǎn)生開裂。最后是高速公路的表面功能，尤其是抗?jié)窕阅懿蛔?，惡性交通事故時(shí)有發(fā)生?，F(xiàn) 今公眾對道路交通安全和舒適性的期望越來越高，路面必須具有良好的抗滑性，并且在潮濕狀態(tài)下沒有水霧，沒有眩光，噪聲小。因此，研究提高浙青混凝土路面使用性能的關(guān)鍵技術(shù)，即改性浙青技術(shù)，已成為公 路建設(shè)的重要課題。很久以前人們就開始在浙青中添加硫磺、橡膠以改善其性能。中國專利公開號 CNl 164548 (專利號 97104；353. 1，申請日 1997 年 5 月 28 日，
公開日
1997. 11. 12)公開了一 種利用廢塑料制成浙青防水卷材、涂料、油膏的技術(shù)；主要是用廢品回收站或垃圾站的廢塑 料特別是廢塑料膜袋，先與溶解組分合成改性組分，再與浙青基料合成改性浙青基料，后與 相應(yīng)輔料分別制成改性浙青防水卷材、涂料、油膏?，F(xiàn)有對改性浙青的研究，大多都是利用 工業(yè)聚合物作為改性劑，其生產(chǎn)成本較高，還有用樹脂類作改性劑，但是樹脂類改性劑存在 一定的缺點(diǎn)，對浙青性能全面改善效果不明顯，改善幅度有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種包裝廢棄聚合物/納米共擠改性浙青，解決了現(xiàn)有改性 浙青成本高以及對浙青性能全面改善效果不明顯，改善幅度有限的缺陷。本發(fā)明的另一目的是提供上述共擠改性浙青的制備方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種包裝廢棄聚合物/納米共擠改性浙青，其組成 為改性劑和基質(zhì)浙青，改性劑由包裝廢棄聚合物PE和納米蒙脫土組成，其中包裝廢棄聚 合物PE、納米蒙脫土和基質(zhì)浙青按質(zhì)量百分比分別為包裝廢棄聚合物PE 0. 5% 13%、納米 蒙脫土 0. 1% 12%、基質(zhì)浙青75% 99%，包裝廢棄聚合物、納米蒙脫土和基質(zhì)浙青的質(zhì)量 百分比總和為100%。本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，上述包裝廢棄聚合物/納米共擠改性浙青的制 備方法，按以下步驟進(jìn)行
按質(zhì)量百分比分別取0. 5% 13%的包裝廢棄聚合物ΡΕ、0. 1% 12%的納米蒙脫土和 75% 99%的基質(zhì)浙青，
步驟a.將上步所取的包裝廢棄聚合物PE與納米蒙脫土在擠出機(jī)上熔融共擠，具體工 藝為雙輥開煉混一高速破碎一雙螺桿擠出一造料一烘干，制得改性劑；
步驟b.將上步所取的基質(zhì)浙青加熱使之熔化，保持溫度為150 200°C，加入步驟a 制得的改性劑，人工攪拌20 40min，剪切機(jī)攪拌80 lOOmin，降溫至100 150°C，放置 20 50 min，使其充分溶脹；
步驟c.將上步得到的浙青混合料在剪切機(jī)上再次進(jìn)行剪切80 lOOmin，直至包裝廢 棄聚合物PE和納米蒙脫土的熔融共擠改性劑均勻分散于浙青中，即得。本發(fā)明利用回收的包裝廢棄聚合物(主要成分為樹脂類PE)以及納米蒙脫土作為 改性劑，結(jié)合各自的特點(diǎn)，采用共擠改性的技術(shù)方法，熔融共擠制備改性劑，對基質(zhì)浙青進(jìn) 行改性，在降低改性成本的同時(shí)，提高了浙青的綜合性能，緩解了 “白色污染”問題。


圖1是本發(fā)明的共擠改性浙青與未改性浙青針入度變化對比圖； 圖2是本發(fā)明的共擠改性浙青與未改性浙青軟化點(diǎn)變化對比圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的共擠改性浙青，采用包裝廢棄聚合物PE和納米蒙脫土熔融共擠制備改 性劑對基質(zhì)浙青進(jìn)行改性。按質(zhì)量百分比，其組成為改性劑和基質(zhì)浙青，改性劑由包裝廢 棄聚合物PE和納米蒙脫土組成，其中包裝廢棄聚合物PE、納米蒙脫土和基質(zhì)浙青按質(zhì)量百 分比分別為包裝廢棄聚合物PE 0. 5% 13%、納米蒙脫土 0. 1% 12%、基質(zhì)浙青75% 99%， 包裝廢棄聚合物、納米蒙脫土和基質(zhì)浙青的質(zhì)量百分比總和為100%。包裝用聚合物占聚合物很大的部分，而且回收再利用效果不佳，雖然塑料包裝多 為復(fù)合材料，也包含印刷油墨以及少量的阻隔性樹脂，但很多包裝，單一聚合物為其主要成 分。本發(fā)明用包裝廢聚合物來代替純的樹脂改性浙青，進(jìn)一步降低浙青改性的費(fèi)用。納米技術(shù)處于微觀(分子、原子級水平)和宏觀之間的所謂介觀領(lǐng)域，因此納米材 料具有神奇的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等優(yōu)異性能。納米改性浙青之所以 不同于其他改性浙青，其根本原因在于納米改性浙青是從微觀結(jié)構(gòu)上改變浙青性能。為了 避免納米材料在浙青中發(fā)生團(tuán)聚，將納米蒙脫土與包裝廢棄聚合物PE進(jìn)行熔融共擠，使其 均勻分散在包裝廢棄聚合物PE中，進(jìn)而改性浙青，并在浙青中均勻分散，全面改善浙青的 性能。從包裝廢棄聚合物改性浙青的性能確定包裝廢棄聚合物PE的含量為0.5% 13%， 從納米材料的特殊效應(yīng)和成本確定納米蒙脫土 0. 1% 12%。包裝廢棄聚合物能夠大大降低改性成本，并發(fā)揮聚合物改性劑與納米材料各自的 性能優(yōu)勢，綜合提高浙青的性能，同時(shí)緩解包裝廢棄聚合物造成的白色污染問題，節(jié)約資 源，具有明顯的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明提供了一種上述復(fù)合改性浙青的制備方法，按以下步驟進(jìn)行
按質(zhì)量百分比分別取0. 5% 13%的包裝廢棄聚合物ΡΕ、0. 1% 12%的納米蒙脫土和 75% 99%的基質(zhì)浙青，
步驟a.將上步所取的包裝廢棄聚合物PE與0. 1% 12%的納米蒙脫土在擠出機(jī)上熔 融共擠，具體工藝為雙輥開煉混一高速破碎一雙螺桿擠出一造料一烘干，制得改性劑；
步驟b.將上步所取的基質(zhì)浙青加熱使之熔化，保持溫度為150 200°C，加入步驟a 制得的改性劑，人工攪拌20 40min，剪切機(jī)攪拌80 lOOmin，降溫至100 150°C，放置 20 50 min，使其充分溶脹；
步驟c.將上步得到的浙青混合料在剪切機(jī)上再次進(jìn)行剪切80 lOOmin，直至包裝廢 棄聚合物PE和納米蒙脫土的熔融共擠改性劑均勻分散于浙青中，即得。取純凈、無風(fēng)化、無有害雜質(zhì)，具有良好碎片形狀的基質(zhì)浙青。本實(shí)驗(yàn)選用中海 36-1 90#基質(zhì)浙青，其25°C針入度為99. 5(0. 1mm)、軟化點(diǎn)為36.8°C。用于改性浙青的包 裝廢棄聚合物應(yīng)潔凈、干燥，其質(zhì)量應(yīng)符合規(guī)定的技術(shù)要求，本實(shí)驗(yàn)采用回收的牛奶包裝袋 (主要成分為聚乙烯一PE)，其純度為92%、熔點(diǎn)為125°C;納米蒙脫土要求其平均晶片厚度小 于 25nm。以下是采用單一的包裝廢PE、單一納米蒙脫土以及采用本發(fā)明技術(shù)方案的共擠改 性浙青的測試結(jié)果，具體的混合配比如表1所示
表1改性體系配比
權(quán)利要求
1.一種包裝廢棄聚合物/納米共擠改性浙青，其特征在于，其組成為改性劑和基質(zhì) 浙青，所述的改性劑由包裝廢棄聚合物PE和納米蒙脫土組成，其中包裝廢棄聚合物PE、納 米蒙脫土和基質(zhì)浙青按質(zhì)量百分比分別為包裝廢棄聚合物PE 0.5% 13%、納米蒙脫土 0. 1% 12%、基質(zhì)浙青75% 99%，包裝廢棄聚合物、納米蒙脫土和基質(zhì)浙青的質(zhì)量百分比總 和為100%。
2.按照權(quán)利要求1所述的包裝廢棄聚合物/納米共擠改性浙青，其特征在于，所述的改 性劑按以下方法制備得到將包裝廢棄聚合物PE和納米蒙脫土在擠出機(jī)上熔融共擠，具體 工藝為雙輥開煉混一高速破碎一雙螺桿擠出一造料一烘干，制得。
3.—種權(quán)利要求1所述的包裝廢棄聚合物/納米共擠改性浙青的制備方法，其特征在 于，按以下步驟進(jìn)行按質(zhì)量百分比分別取0. 5% 13%的包裝廢棄聚合物ΡΕ、0. 1% 12%的納米蒙脫土和 75% 99%的基質(zhì)浙青，步驟a.將上步所取的包裝廢棄聚合物PE與納米蒙脫土在擠出機(jī)上熔融共擠，具體工 藝為雙輥開煉混一高速破碎一雙螺桿擠出一造料一烘干，制得改性劑；步驟b.將上步所取的基質(zhì)浙青加熱使之熔化，保持溫度為150 200°C，加入步驟a 制得的改性劑，人工攪拌20 40min，剪切機(jī)攪拌80 lOOmin，降溫至100 150°C，放置 20 50 min，使其充分溶脹；步驟c.將上步得到的浙青混合料在剪切機(jī)上再次進(jìn)行剪切80 lOOmin，直至包裝廢 棄聚合物PE和納米蒙脫土的熔融共擠改性劑均勻分散于浙青中，即得。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種包裝廢棄聚合物/納米共擠改性瀝青，其組成為改性劑和基質(zhì)瀝青，改性劑由包裝廢棄聚合物PE和納米蒙脫土組成，按質(zhì)量百分比，包裝廢棄聚合物PE0.5%～13%、納米蒙脫土0.1%～12%、基質(zhì)瀝青75%～99%，三者的質(zhì)量百分比總和為100%。其制備方法為首先將包裝廢棄聚合物PE和納米蒙脫土在擠出機(jī)上熔融共擠制得改性劑，加入基質(zhì)瀝青中加熱熔化，人工攪拌和剪切機(jī)攪拌使其充分溶脹，再次進(jìn)行剪切，使改性劑均勻分散于瀝青中，即得。本發(fā)明利用回收的包裝廢棄聚合物和納米蒙脫土作為改性劑，結(jié)合各自的特點(diǎn)，采用共擠改性的技術(shù)方法，熔融共擠制備改性劑，對基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性，在降低改性成本的同時(shí)，提高了瀝青的綜合性能。
文檔編號C08K3/34GK102120887SQ201110026649
公開日2011年7月13日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者周世生, 方長青, 陳瑞 申請人:西安理工大學(xué)