CN101153116B - 一种沥青阻燃改性剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沥青阻燃改性剂，为颗粒状，按重量份组成为：十溴联苯醚或十溴联苯乙烷20～45份；水合硅酸镁15～30份；抑烟剂5～15份；偶联剂，C₁₆～C₁₈的脂肪酸1～10份；聚烯烃15～25份。本发明还公开了该沥青阻燃改性剂的制备方法。本发明的沥青阻燃改性剂具有良好的路用性能；具有分散性好，易添加、安全、环保等特点，提高生产效率，无工作环境污染、较少设备腐蚀；阻燃成分搭配得当，充分发挥了多种阻燃剂的协同效应，直接共混添加，简化生产工序，降低生产成本。

Description

一种沥青阻燃改性剂

【技术领域】

本发明涉及一种沥青阻燃改性剂，更具体的说，本发明涉及的是一种沥青专用功能改性添加剂。

【背景技术】

沥青是石油炼制的最终产品，是建筑上广泛采用的廉价而丰富的建筑材料，用于防水、防潮、防腐、防锈、防渗漏等。它的某些性能是合成橡胶、合成树脂所不能比拟的。但是，沥青有容易燃烧、燃烧产生大量黑烟、受热熔滴、流淌的特点，具有很大的火灾危险性，其应用也受到一定的限制。为此，沥青的难燃化研究具有很大的现实意义。

随着我国高速公路的发展，公路隧道的数量也不断增加，由于水泥混凝土抗水、不燃，因此，迄今隧道路面铺装仍主要采用水泥路面。但是随着道路使用者对路面行驶质量要求的提高，平整、耐磨、低噪音的沥青混凝土路面可能代替水泥混凝土路面，而逐渐成为隧道路面的发展主流。《公路隧道设计规范》(JTG D70—2004)第15.3条规定：“各级公路隧道可采用水泥混凝土路面，必要时可采用阻燃性良好的沥青面层结构”。目前隧道采用抗滑性好、噪音小、行车舒适的阻燃沥青路面铺装正成为发展趋势。

根据国内外的报道可知：在隧道中沥青路面的使用过程中，交通事故造成的火灾是隧道路面使用过程中必须注意的一个问题。当隧道内发生交通事故后，引起路面着火，因火势发展迅猛，人员来不及疏散导致更大的人员伤亡，对国家和人民生命财产造成不必要的损失.另外，沥青着火时产生大量黑烟，又对环境造成了严重污染。

目前我国的阻燃沥青路面的思路都是常规的阻燃沥青思路：即借在沥青中加入粉末阻燃剂进行阻燃。这种生产工艺复杂、对环境有污染等缺点。且由于阻燃剂与沥青的密度相差很大，阻燃剂就不能在沥青中稳定存在，沥青有严重的离析现象，为了减缓沥青的离析，阻燃剂的添加量就会受到极大的限制，沥青的阻燃能力也会有很大的局限性。

粉体造粒技术作为粉粒体过程处理的一个最主要的分支，随着环保需求和生产过程自动化程度的提高，其重要性日益彰显，粉状产品粒状化已成为世界粉体后处理技术的必然趋势。沥青的阻燃理论主要是借鉴聚合物的阻燃成熟的阻燃理论，随着阻燃剂母粒在塑料及家电等阻燃方面的广泛应用，开发粒状沥青阻燃改性剂也是沥青路面阻燃技术发展道路上的必然产物。

【发明内容】

本发明是为了提供一种沥青阻燃改性剂，该沥青阻燃改性剂呈颗粒状，具有分散性好、易添加的特点，加入到沥青混合料后，对沥青的路用性能无影响的前提下有效的提高了沥青混合料的阻燃性能。本发明的另一目的是提供上述沥青阻燃改性剂的制备方法。

一种沥青阻燃改性剂，为颗粒状，按重量份组成为：十溴联苯醚或十溴联苯乙烷20～45份；水合硅酸镁15～30份；抑烟剂5～15份；偶联剂，C₁₆～C₁₈的脂肪酸1～10份；聚烯烃15～25份。

上述沥青阻燃改性剂组分中，十溴联苯醚或十溴联苯乙烷、水合硅酸镁是阻燃剂；抑烟剂为氢氧化物、硼酸锌、三氧化铜、铜酸铵、氧化锡中的一种，氢氧化物为氢氧化镁或氢氧化铝；聚稀烃为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、PVC、EVA、LDPE中的一种，是合成母粒的载体；偶联剂是一种包裹在阻燃改性剂表面，使其有机化的有机物，可有效改善沥青阻燃改性剂的分散性。

上述沥青阻燃改性剂的制备方法，包括如下步骤：

1)在20分/转条件下，将各种原料混合均匀；

2)在10s内将混合物升温至80℃，再在15s内升温至150℃，最后在5s内升温至200℃；

3)将混合物冷却，挤塑成型，造粒，装桶，得到成品。

本发明的沥青阻燃改性剂具有良好的路用性能；具有分散性好，易添加、安全、环保等特点，提高生产效率，无工作环境污染、较少设备腐蚀；阻燃成分搭配得当，充分发挥了多种阻燃剂的协同效应，直接共混添加，简化生产工序，降低生产成本。

【具体实施方式】

阻燃剂通过物理或化学作用，在火焰区和凝相区对燃烧过程进行干扰，以实现降低燃烧速度，达到阻燃的目的。其一般是通过下面一种或几种途径达到阻燃目的：吸热效应、覆盖隔离效应、转移效应、抑制效应、协同效应。阻燃剂的阻燃机理概括为：阻隔热量机理、气相阻燃机理、凝固相阻燃机理。

十溴联苯乙烷(十溴联苯醚)的阻燃机理是：一方面由于受热分解产生了卤化氢气体，捕获了沥青燃烧裂解时产生的活性很大的游离基HO·，切断了游离基HO·的连锁反应，使沥青的燃烧速度大大降低；另一方面，由于该阻燃剂是炭化物生成的促进剂，当加入一定量以后，炭化物的生成速度大于炭化物滴落速度，从而在燃烧表面形成了稳定的炭化层，产生自熄现象，使燃烧终止。水合硅酸镁阻燃机理是：当燃烧时形成SiO₂覆盖物，起到绝热和屏蔽双重作用。SiO₂很少单独使用，常与卤化物并用。抑烟剂氢氧化镁阻燃抑烟的机理是：它们在物质燃烧的初期主要发生吸热分解反应，产生大量的水，水进一步蒸发吸收大量的热能，起到降低燃烧体系温度和稀释体系中氧浓度的作用；抑烟剂硼酸锌的阻燃机理：硼酸锌可同时在凝聚相及气相发挥阻燃作用。它在高温下熔化，形成玻璃态包覆层，随后在高温下脱水，水的蒸发吸热及水蒸汽的其他作用，有助于使燃烧自熄。脱水后的硼酸锌可促进无机碳层的形成，难于点燃和燃烧，且具有隔绝作用。当硼酸锌与卤系阻燃剂并用时，可与阻燃剂本身及阻燃剂分解产生的卤化氢反应。在卤素化合物存在下，生成卤化硼、卤化锌，抑制和捕获游离的羟基，阻止燃烧连锁反应，同时形成固相覆盖层，隔绝燃烧表面的空气，阻止火焰继续燃烧并能发挥消烟灭火作用。

本发明的沥青阻燃改性剂是具有低烟低卤的特性，安全环保性达到欧洲SGS要求。可以有效的提高沥青路面的阻燃性能。在燃烧时，一方面能生成HBr，具有气相屏蔽的阻燃效果；另一方面能促进碳化物的形成，从而在燃烧表面形成稳定的碳化层，是燃烧终止，产生自熄现象。另外氢氧化物产生大量的水，水进一步蒸发吸收大量的热能，起到降低燃烧体系温度和稀释体系中氧浓度的作用。

实施例1：

按重量称取：十溴联苯醚450g；水合硅酸镁150g；氢氧化镁150g；偶联剂C₁₆～C₁₈的脂肪酸100g；聚乙烯150g。在20分/转条件下，将多种原料混合均匀；在10s内将混合物升温至80℃，再在15s内升温至150℃，最后在5s内升温至200℃；将混合物冷却，挤塑成型，造粒，装桶，得到成品。

实施例2：

按重量称取：十溴联苯醚300g；水合硅酸镁240g；氢氧化铝50g；偶联剂C₁₆～C₁₈的脂肪酸10g；聚丙烯250g。制备方法同实施例1。

实施例3：

按重量称取：十溴联苯乙烷340g；水合硅酸镁300g；硼酸锌100g；偶联剂C₁₆～C₁₈的脂肪酸60g；EVA20份。制备方法同实施例1。

实施例4：

按重量称取：十溴联苯醚200g；水合硅酸镁300g；氢氧化镁150g；偶联剂C₁₆～C₁₈的脂肪酸100g；聚苯乙烯250g。

实施例中得到的阻燃沥青按下列标准测试：所得数据如下表：

 

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	指标
						分解温度℃	289	297	313	325	≯340℃
熔融温度℃	142	149	156	162	≮130℃
						水分含量％	0.25	0.22	0.24	0.26	<0.3％

应用：

本发明中沥青阻燃改性剂的主要应用方式为添加到沥青混合料中，对沥青混合料进行阻燃改性，根据所用的沥青及级配的不同，阻燃沥青混合料的路用性能不同，但基本保证了原未加沥青阻燃改性剂时沥青混合料的路用性能。阻燃沥青混合料包括以下组分：聚合物改性沥青，沥青阻燃改性剂，集料，填料，纤维稳定剂，各组分材料性质和比例如下：

聚合物改性沥青：聚合物改性沥青，符合(JTG F40—2004)《公路沥青路面施工技术规范》。

沥青阻燃改性剂：是以多种阻燃剂、抑烟剂为原料，通过一定合成工艺合成的具有阻燃抑烟作用的沥青改性剂。添加量为聚合物改性沥青质量的5％～30％。

聚合物改性沥青和阻燃剂混合物在阻燃沥青混合料中的用量为5.7％～6.4％。

集料：包括但不局限于玄武岩或辉绿岩或石灰岩，技术要求见下表：

集料技术要求

 

测试指标

要求

测试指标

要求

 

压碎值(％)	≯25	与沥青的粘附性(级)	≮4
				洛杉机磨耗(％)	≯30	针片状颗粒含量(％)	≯15
表观密度(g/cm3)	≮2.6	软石含量(BPN)	≯1
				吸水率(％)	≯2.0

填料：石灰石矿粉或消石灰或水泥；

集料、填料整体级配为：

级配范围

 

筛孔/mm	16	13.2	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.30	0.075
										通过率/％	100	90～100	50～75	18～30	15～26	14～24	12～20	10～16	8～12

纤维稳定剂：包括但不局限于聚丙烯腈纤维或聚酯纤维或木质素纤维。掺量为混合料质量的0％～0.5％；

具体实施：

集料：玄武岩，符合表1之规定。

填料：石灰石矿粉。

矿料(集料+填料)级配为：

 

筛孔/mm	16	13.2	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.30	0.15	0.075
											通过率/％	100	98.5	73.9	16.3	18.6	15.9	13.7	12.9	12.1	9.3

聚合物改性沥青：SBS改性沥青(I—D)，由茂明石化生产；

沥青阻燃改性剂：由实施例制备，掺量为聚合物改性沥青的18％；

聚合物改性沥青+沥青阻燃改性剂：集料+填料＝5.9：100

纤维稳定剂：德兰尼特AS—II聚丙烯腈纤维，掺量为混合料总质量的0.2％。

阻燃沥青混合料路用性能测试——混合料试验结果如下：

试验中各项测试按以下标准测试：阻燃改性沥青混合料车辙试验按T0719—1993沥青混合料车辙试验测试；阻燃改性沥青混合料马歇尔稳定度试验按T0709—1993沥青混合料马歇尔稳定度试验测试；阻燃改性沥青混合料冻融劈裂试验按T0729—2000沥青冻融劈裂试验测试。

SMA-13混合料车马歇尔试验结果

SMA-13混合料车辙试验结果

SMA-13混合料残留稳定度试验结果

SMA-13混合料冻融劈裂试验结果

沥青氧指数的测定与其他材料的测试过程基本相同，但由于道路沥青的最终应用是制成沥青混合料摊铺到路面上。在沥青混合料中沥青作为一种结合料被沥青混合料中的填料吸附形成粘结集料的胶浆，因此，沥青混合料在燃烧的过程中是沥青与填料一同燃烧。

在测定沥青氧指数时为了更好的体现路面沥青燃烧过程，我们按标准GB/T2406《塑料燃烧性能试验方法氧指数》要求制备沥青氧指数样条前，在沥青中均匀混入常用的沥青混合料填料——矿粉。在沥青混合料中沥青与填料的质量比(粉胶比)一般在1：0.8～1：1.2，因此沥青氧指数样条中沥青与矿粉的比例定为1：1。制成氧指数样条后按GB/T2406《塑料燃烧性能试验方法氧指数》测定沥青氧指数。

阻燃沥青路面阻燃性能测试结果取下：

为了对比不同案例中沥青阻燃改性剂的阻燃性能，我们测混入同一掺入量18％的沥青的氧指数以作对比。

 

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	技术要求
						氧指数	26.2	26.7	25.3	23.9	≮21.0

由试验数据可以看出沥青阻燃添加剂加入到沥青混合料中后，在提高了沥青混合料的阻燃性能的同时，对沥青的路用性能改变不大，基本能保证原沥青的路用性能。由此可见，当沥青阻燃添加剂加入到其他不同级配沥青混合料中也能保证原沥青混合料的路用性能。

Claims (2)

1.一种沥青阻燃改性剂，为颗粒状，按重量份组成为：

十溴联苯醚或十溴联苯乙烷        20～45份；

水合硅酸镁                      15～30份；

抑烟剂                          5～15份；

偶联剂，C₁₆～C₁₈的脂肪酸        1～10份；

聚烯烃                          15～25份；

上述沥青阻燃改性剂组分中，抑烟剂为氢氧化物、硼酸锌、氧化锡中的一种，氢氧化物为氢氧化镁或氢氧化铝；聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、PVC、EVA的一种。

2.制备权利要求1所述的沥青阻燃改性剂的方法，包括如下步骤：

1)在20分/转条件下，将各种原料混合均匀；

2)在10s内将混合物升温至80℃，再在15s内升温至150℃，最后在5s内升温至200℃；

3)将混合物冷却，挤塑成型，造粒，装桶，得到成品。