[发明专利]自由流动的颗粒状合成生料弹性体组合物及其制备方法

说明书

相关申请

本申请要求2011年3月25日申请的、申请号为61/467,733的美国临时专利申请的优先权，上述申请的公开内容并入本文以作参考。

技术领域

本发明涉及弹性体组合物的生产、存储和应用技术，更具体而言，本发明涉及自由流动的颗粒状弹性体组合物及其制备方法。

发明背景

合成弹性体通常可用于各种不同的用途，包括本发明所述应用或用作其他聚合物或材料的力学性能和/或流变性能的改性剂。然而，许多弹性体，例如原始状态的丁苯橡胶(SBR)等，都易凝聚成块，这一方面使其拥有了广泛的实用性，例如用作粘合剂或抗冲击改性剂，但另一方面也使其原始状态的同类产品更难于处理。

例如，最常见的商用生料弹性体是SBR弹性体，苯乙烯单体含量在3%到45% w/w之间，其余为丁二烯。由于丁二烯含量较高，因此，粘性是这些材料最显著的特性之一，这主要是因为其玻璃化转变温度（从固体转变为粘弹性阶段）低于-20℃。而且，将该聚合物加热至高于环境温度，甚至再施加压力时，其粘性增强。当丁二烯和苯乙烯主要处于无规状态和聚苯乙烯嵌段减少时，粘性现象增强。

这种粘着特性使得这类自由流动的颗粒状、碎屑状或微粒状的SBR弹性体不可能商业化(commerialize)，因为颗粒之间的粘性随着时间不断增强而自然结块，这种现象也称为“冷流”。基于此，无论聚合过程如何，这种SBR弹性体都以块状固体的形式出售，其重量也超过25千克。

因此，商业应用中的生料弹性体通常为大块状，并根据最终应用将其进一步切削、碾磨或采用其他方式将其加工为较小的颗粒。这种减小粒度的加工必须现场完成或在最接近最终处理工艺的时间进行，否则，生料弹性体会再次凝聚并形成大固体块。

为暂时维持生料弹性体的小颗粒状态，现有技术采用了各种不同的防粘连剂和分隔剂，从滑石或无机填充剂到络合物，其中已经使用了树脂、其他聚合物和蜡状物。然而，这些处理剂大部分具有以下至少一种缺点：

a)为了应用于弹性体或应用于弹性体之后，它们需要进行一些类型的处理（加热、化学处理或其他类型的处理）。

b)它们由于危及粘度、机械或流动性质，在最终应用之后损害弹性体的性能。

c)防粘连行为需要的用量非常大。

d)防粘连效果受到温度条件和时间长短限制。

显然，上述所有缺点都严重影响了适用性或造成经济负担，使得大部分防粘连剂不可用或用于已经进一步调配、交联或硫化的弹性体组合物时受限，因此，使用少量的处理剂获得所需防粘连效果只是暂时的。然而，当应用至原生或生料弹性体组合物时，这种处理剂通常不会长期有效，不能使之长期以粒状、屑粒或粒料商业化、保存和处理。

最容易产生上述问题的一个应用是弹性体组合物的沥青改性。

沥青是一种粘滞的粘性黑色材料，作为路面构造混合料中的粘结剂，以及作为防水材料使用。鉴于沥青是高度防渗的粘合性和内聚性材料，能够承受瞬时高应力和在恒定负载作用下流动，它具有符合以下功能的构造路面的理想特性：i)对路面结构进行防水，使其对水分十分灵敏并有效防止雨水渗透；ii)在凝聚物之间提供紧密的结合和内聚力，能够承受车辆负载产生的崩解力学作用。

然而，在原生状态下，沥青具有流变和热机械特性，从而限制了其在铺路中的应用和实用性。例如，原生沥青的常规软化温度范围为50℃至60℃（流变失效温度或RFT）。然而，使用聚合物会使该温度提高，使RFT超过60℃，从而使沥青更加耐受与车辆滚动有关的摩擦损失。

另一个感兴趣的特性是，原生沥青具有典型的PG64-10的SUPERPAVE（高性能沥青路面）PG型性能等级。在聚合物的帮助下，PG范围可扩展至82-22PG级。

本发明发展用聚合物改性的沥青以降低道路沥青混凝土在生产、存储和应用中的能量要求。该改性沥青使用可通过高分子链的硫化、晶体形成或缠结而形成三维网络的聚合物。

通过聚合物将沥青改性的目的是：

a)在高温下产生更具粘性的粘合剂，从而减少构成承受层(bearing layer)和增加刚度的混合料的永久变形；

b)减少因低温热效应和疲劳导致的裂纹，由此增加弹性；

c)拥有最佳粘合特性的粘合剂。