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专利名称:生产橡胶改性的沥青水泥的方法及其产物的制作方法
发明领域本发明涉及一种通过用空气轰击将细轮胎橡胶掺入蒸馏塔底残油制得均匀沥青水泥体系从而制备轮胎橡胶改性沥青水泥体系的方法,及其产物。
发明背景目前为止,将细轮胎橡胶掺入沥青材料而制备适用于道路、房顶及其他用途的沥青水泥体系的方法都过于复杂,因此使用时成本高。为了提供均一的体系,已知的方法使用额外的组合物组份和额外的工艺步骤。但是,这种尝试并不成功。
Duong等人,,270,361中,涉及一种制备沥青组合物的方法,、合成的或天然的橡胶。将元素硒或有机硒化合物加入混合物,作为硫的替代物,它在硫化过程中去除。元素硒或有机硒化合物起交联剂的作用。在脱氢反应中用压缩空气处理组合物。在脱氢罐中,分散设备包括一对以3600rpm旋转的圆盘,它促进脱氢反应的均匀化并加快反应。将元素硒或有机硒化合物加入均一的组合物中并在静态混合器中混合。然后回收沥青组合物,储存在约150-175℃的容器中。
,609,696中描述了一种橡胶沥青组合物,它的制备是通过混合沥青和烃油得到均匀的沥青-油混合物或溶液,将混合物与颗粒状橡胶混合得到均匀的凝胶以及让沥青
-橡胶-油凝胶和水一起通过胶体研磨机而使凝胶乳胶化。
,430,464中描述一种道路粘合剂组合物,在该组合物中橡胶颗粒被分散于沥青材料中。McDonald在美国专利No4,069,182和3,891,585中描述了一种弹性体道路修补组合物和制备这种组合物的方法。,919,148中也描述了一种弹性体道路材料。
,588,634中描述了一种使用沥青和细轮胎橡胶及无机稳定剂的屋顶材料,以及一种弹性体聚合物组合物。没有使用空气轰击。
发明概述本发明提供了一种制备均匀的轮胎橡胶改性的沥青水泥体系的方法及其产物,该产物仅含有两种组份,即蒸馏塔底残油(distillationtowerbottoms,DTB)和细轮胎橡胶(groundtirerubber,GTR)。在该方法中不需要化学品或特别的芳香油或添加剂。
一方面,本发明提供了一种制备均匀的沥青组合物的方法,它主要包括下列步骤将177-252℃的蒸馏塔底残油引入罐中;将细轮胎橡胶引入该罐;让41-103kPa的空气通过该罐,从而用一定压力的空气轰击罐中的细轮胎橡胶和蒸馏塔底残油,将细轮胎橡胶掺入蒸馏塔底残油中;获得稳定的、均匀的、掺合的细轮胎橡胶和蒸馏塔底残油的沥青组合物;回收掺合的沥青组合物。
较佳地,所述步骤按下列次序进行让空气通过罐;将蒸馏塔底残油引入该罐;将细轮胎橡胶引入该罐,其中在该罐中用空气轰击蒸馏塔底残油。
在本发明的一个实施例中,包括下列按次序的步骤将压力41-103kPa、--14小时;将86-90%温度为177-252℃的蒸馏塔底残油引入该罐供注入的空气轰击;和将10-14%细轮胎橡胶引入该罐;用注入的空气轰击该罐中的蒸馏塔底残油和细轮胎橡胶。
在另一实施例中,所述步骤按下列次序进行混合细轮胎橡胶和蒸馏塔底残油,形成细轮胎橡胶和蒸馏塔底残油的湿化混合物;将湿化混合物引入该罐;用177-252℃下用41-103kPa的空气轰击湿化混合物。
在另一实施例中,包括下列按次序的步骤混合10-14%细轮胎橡胶和86-90%蒸馏塔底残油,形成细轮胎橡胶和蒸馏塔底残油的湿化混合物;在177-252℃下,-、压力41-103kPa的空气通过安装在该罐的固定星形装置而通入该罐2-14小时;用注入的空气轰击细轮胎橡胶和蒸馏塔底残油的湿化混合物。
在另一实施例中,该方法包括步骤将1-27%细轮胎橡胶和
73-99%蒸馏塔底残油混合。较佳地,将10-15%细轮胎橡胶和85-90%蒸馏塔底残油混合,较佳地将在另一实施例中,该方法包括在细轮胎橡胶与蒸馏塔底残油混合之后,工艺的温度维持在218-246℃。
在另一实施例中,空气轰击进行2-14小时。此外,-。较佳地,-。
在另一实施例中,用于轰击湿化混合物的空气是通过固定的星形注射装置而注入的。
在另一实施例中,细轮胎橡胶包括选自天然橡胶和合成橡胶的橡胶。
在另一实施例中,空气轰击进行2-6小时。
根据该方法,通过一定压力下的大量空气的轰击,仅一个脱氢步骤便可实现轮胎橡胶和沥青状残留物的稳定混合。两种组份混合成一种新的、完全均匀化和稳定的复合材料。甚至经过很长时间,均匀化的沥青组合物产品也不分离或降解。该沥青组合物可用于道路和屋顶产业中。
该方法可以是单步骤方法或双步骤方法两种组成混合成一种完全均匀和稳定的新型复合物。甚至经过很长时间,均匀化的沥青组合物产品也不分离或降解。该沥青组合物可用于道路和屋顶产业中。
脱氢反应在底部具有固定空气星形轮(spider)反应器中进行。基油是蒸馏塔底残油
(distillationtowerbottoms,DTB),它是真空蒸馏、常压蒸馏、石油的蒸汽提馏或其他本领域中熟练技术人员已知的方法中残留下的沥青状残留物。细轮胎橡胶(groundtirerubber,GTR)是通过研磨的废硫化橡胶轮胎、管等而获得的循环利用的橡胶。细轮胎橡胶在DTB中含量为1-27%,较佳地为约10-16%,最佳地为约12%。GTR的大小可以是从粉末状的研磨物(约74微米或更大(约200目或更低))至约841微米(约20目)。-(1600-2800cfm)和约41-103kPa(约6-15psi),(2200cfm)(约10psi)。
在单步骤方法中,将细轮胎橡胶和蒸馏塔底残油加入转化器中,在升高的温度和压力下用空气轰击,使细轮胎橡胶通过摩擦而被转化器中的蒸馏塔底残油吸收。湿化过程和脱氢过程在同一个步骤中进行,其中用蒸馏塔底残油(DTB)和细轮胎橡胶(GTR)的双组份共混物,该共混物是在转化器中进行的单一步骤中混合的。在脱氢反应之前或之后不需要特殊的混合。(2200cfm)、(10psi)和约219-243℃(425-470°F)空气的轰击而进行。总的脱氢反应时间为约2-8小时。
在双步骤方法中,该方法包括湿化过程和脱氢过程,其中使用蒸馏塔底残油(DTB)和细轮胎橡胶(GTR)的双组份共混物。与单步骤方法相同,在脱氢反应之前或之后不需要特殊的混合。脱氢反应是通过用
(22000cfm)、(10psi)且起始温度为177℃(350°F)、终止温度为252℃(485°F)的空气的轰击而进行。总的脱氢反应时间为约2-6小时。
附图简述
图1是本发明的单步骤方法中所用的设备的示意图。
图2是本发明的双步骤方法中所用的设备的示意图。
优选实施例的详细描述本发明有利地提供了一种沥青组合物,它将沥青残留物例如蒸馏塔底残油(DTB)掺入细轮胎橡胶(GTR)形成均匀的混合物,以用于屋顶和道路产业或者对本领域技术人员而言其他显而易见的产业。产生的双组份沥青组合物可简便而经济地制备。该产物是完全均匀化的沥青组合物,其中细轮胎橡胶被完全掺入蒸馏塔底残油中。形成的组合物是稳定的,不会发生分离。不必使用添加剂。在方法的优选例子中,仅使用蒸馏塔底残油和细轮胎橡胶。
根据本发明的单步骤方法,将压缩空气泵入空转化器中,将蒸馏塔底残油从储存罐(在储存罐中温度维持为约177℃(350°F))中转入转化器,同时将空气泵入转化器。蒸馏塔底残油置于转化器之后,将细轮胎橡胶通过压缩空气泵入转化器空气在全过程中不断流动。转化器中的温度为约219-243℃(425-470°F),较佳为约232℃(450°F)。蒸馏塔底残油和细轮胎橡胶在转化器中被压缩空气所轰击,以便将蒸馏塔底残油的沥青油摩擦吸收入细轮胎橡胶同时使细轮胎橡胶完全消化
(digestion)入蒸馏塔底残油。终产物是单一组合物,它是稳定的均匀产物。该方法是在封闭的系统中进行的,该系统通过具有液体密封装置的分离罐(knockouttank)而排出,随后是干燥罐,而蒸气回收通过在最低温度维持在719℃(1325°F)的焚化炉中的焚化而结束。从转化器中取出终产品,运输储存起来或者混合掺入其他产品。终产品及其任何共混物可在177℃(350°F)下储存和操作。
在转化器中,细轮胎橡胶用蒸馏塔底残油“湿化”,同时被大量空气轰击,使橡胶分子和沥青分子发生紧密混合,导致橡胶的脱氢并使形成的组合物完全地、稳定地均匀化。低级烃油被驱赶走,在脱氢罐中留下的是该过程的产物完全均匀化的沥青组合物。
在本发明的双步骤方法中,细轮胎橡胶用蒸馏塔底残油“湿化”,然后通入脱氢罐。在脱氢罐中湿化混合物被大量空气轰击,使橡胶分子和沥青分子发生紧密混合,导致橡胶的脱氢并使形成的组合物完全地、稳定地均匀化。低级烃油被驱赶走,在脱氢罐中留下的是该过程的产物完全均匀化的沥青组合物。
图1显示了本发明的单步骤方法的示意图。蒸馏塔底残油(DTB)储存在罐2中。DTB物料与来自储料罐6的细轮胎橡胶
(GTR)物料一起被直接泵入转化器4。GTR的大小为粉末级(约74微米或更大(200目或更小))至约841微米(20目)。在典型情况下,GTR与DTB的比例为1∶99至27∶33,较佳地为10∶90至16∶84,最佳地为约12∶88。-(1600-2800cfm)和压力为41-103kPa(6-15psi)的压缩空气由空气压缩机8通过管道10和固定星形设备12而供应,星形设备12使压缩空气进入发生脱氢反应的转化器4底部。在一个优选例子中,(2200cfm)-10kPa(10-15psi)的空气通过固定星形设备12泵入转化器4。当空气轰击转化器4中的混合物时,便发生脱氢过程。(2200cfm)的空气通过固定空气星形轮而注入转化器的底部,(10psi)的气流,便可发生脱氢反应。在该过程中,转化器的稳定维持在约219-243℃(425-470°F)。维持温度和气流直至得到设定的软化点。材料可每30分钟取样一次,或者用本领域中技术人员已知的方法进行取样。反应的全过程约需2-14小时以达到设定的软化点。一旦达到设定的软化点,便关闭空气和热供应,而完全均匀的终产品便用终产品泵(未标出)通过管道14而输送至终产品储存罐。通过管道16至分离罐18和干燥罐20,在脱氢罐中释放出的烃被送至烃收集及蒸气回收区域。蒸气回收系统通过管道22、24、26发生作用。在一个例子中,任何剩余的未冷凝的烃在焚化炉
28中燃烧,其中使用最低温度为约719℃(1325°F)的气体燃烧器。
使用一个转化器或者其他本领域技术人员熟知的类似设备时,该方法的生产能力是100-500吨/天。可以用其他设备以达到类似的结果。实施例描述了优选的例子。
典型的DTB样品均匀下列特性60℃(140°F)时的粘度(泊)-·s(15-50泊)-21℃(40-70°F)ASTMD113闪点,℃(°F),分COC293℃(560°F)ASTMD92实施例1-道路级,15%(2200cfm)、(10psi)的空气引入并充满反应器。℃(350°F)的DTB。在整个过程中维持空气体积和压力,(2200cfm)(10psi)。在输入所需数量()的DTB后,通过压缩空气将GTR泵入反应器中DTB的液面。利用空气进入材料时产生的搅拌作用产生GTR和DTB的优异混合物。。加热反应器使其温度不高于243℃(470°F)也不低于219℃(425°F)。一旦达到所需的温度便每隔1小时取样直至达到所需的软化点110℃(230°F)。一旦达到设定的软化点,便关闭空气和供热,结束反应。。终材料被泵入一个罐中以便进行完全混合(downblend)和聚合物改性过程。用AC-5进行后混合至5%
GTR浓度和用合成橡胶进行改性后,终材料被转至储存罐中以便运输。后混合材料的物理性能列于表1。
表1AC-15-5TR道路级沥青水泥用于封闭小缺口(chipseal)测试结果ASTM方法粘度***@60℃(140°F),泊370Pa·s(3700泊)ASTMD2171粘度***@135℃(275°F),·s()德克萨斯项目300渗透***@25℃(77°F)100g,5秒,dmm116
ASTMDb软化点,℃(°F)52℃(126°F)ASTMD36闪点,℃(°F),COC291℃(555°F)ASTMD92延展性***@℃(°F)5cm/min,%48小时***@163℃(325°F)顶部和底部的软化点差异德克萨斯项目300实施例2-道路级,15%(2200cfm)、(10psi)的空气引入并充满反应器。℃(350°F)的DTB。在整个过程中维持空气体积和压力,并且维持流动。在输入所需数量的DTB后,通过压缩空气将GTR泵入反应器2中DTB的液面。利用空气进入材料时产生的搅拌作用产生GTR和DTB的优异混合物。。加热反应器使其温度不高于243℃(470°F)也不低于219℃(425°F)。一旦达到所需的温度便每隔1小时取样直至达到所需的软化点