CN101250032A - 一种粉煤灰纤维表面处理及其用于沥青增强改性的技术 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粉煤灰纤维表面处理及其用于沥青增强改性的技术，其特征在于，先将粉煤灰纤维进行表面处理，其方法为：将有机酸加入到加热的无水乙醇中，搅拌使之完全溶解，得到有机酸表面处理剂；将粉煤灰纤维加热到80－120℃后，在其上均匀地喷洒有机酸表面处理剂，然后在80－120℃下烘干，即得到表面处理的粉煤灰纤维。再将表面处理的粉煤灰纤维加入到加热至60－90℃的沥青中，搅拌均匀即得到粉煤灰纤维改性的沥青。采用本技术制备的粉煤灰纤维增强改性沥青，与未增强改性的沥青相比，其冲击强度、压缩强度、拉伸强度提高50－500％。

Description

一种粉煤灰纤维表面处理及其用于沥青增强改性的技术
技术领域
本发明涉及一种粉煤灰纤维表面处理及其用于沥青增强改性的技术，具体地说，是一种对粉煤灰纤维表面进行处理的技术，和处理后的粉煤灰纤维应用于沥青改性的技术，以及这种技术的工艺方法。
背景技术
粉煤灰是火力发电厂和供热厂等废弃物，具有火山灰活性颗粒，其主要成分为SiO2和Al2O3，是“三废”的重要组成之一。我国年产量约八千万吨以上，除30％用于生产水泥或多孔砖建材外，其余成为固体废弃物，对环境造成巨大危害。废弃物中相当一大部分是硅酸盐，可将其资源化，用于生产粉煤灰纤维，变废为宝，减少环境污染。粉煤灰纤维具有低容量、低导热率、低吸湿率和对腐蚀介质的化学稳定性，可替代昂贵与匮乏材料，创造出新型功能复合材料，如绝热吸声材料、净化过滤材料、水处理材料和纤维增强材料等。随着国民经济的高速增长，对粉煤灰纤维的需求也增大，为扩大其特殊的使用性和提高其性能，开发制造新型粉煤灰纤维功能材料就显得十分重要。
不同燃煤的灰分化学成分有一定差异，颗粒细，具有火山灰活性，其化学物理性能波动较小，而排放量比较集中，是适于开发利用的一种工业废料。将含量70％左右的粉煤灰和其它辅料在高温熔炉内熔为液态，用离心力和高压载能气体将熔体制成很细的灰白色纤维，直径约3～6μm，就是粉煤灰纤维棉。这种纤维已被应用于工业保温材料，和制造无机纤维纸浆部分替代木纤维纸浆应用在造纸工业。进一步合理利用这种从废弃物制备的无机纤维，变废为宝具有重要的战略意义和经济价值。
中国专利CN1414038公开了一种改性沥青及其制备方法，先用助溶剂260-560℃二精制糠醛抽出油和热塑性弹性体SBS热混合搅拌制成均相体，然后将其与加热的沥青混合搅拌而制成改性沥青。
中国专利CN1415663公开了一种聚合物改性道路沥青的组成和制备方法。该发明提供了一种聚合物改性道路沥青的组成和方法。通过在150℃～240℃及搅拌下，将富芳贫蜡组分与热塑性橡胶制成富含聚合物的母体，用该母体与基础沥青制成分散均匀的沥青组合物，并加入占沥青总量0.1％～5％(m)的复合添加剂，制备成聚合物改性道路沥青产品。该沥青混合物具有储存稳定、延伸性和高、低温性能好等优点，可用于修筑高等级公路。
中国专利CN1422904公开了一种复合改性沥青及其制法，该发明改性沥青的组成为：道路沥青90％～98％(wt％)，非晶态聚-a烯烃1％～6％(wt％)，丁苯橡胶1％～4％(wt％)。改性沥青的制备方法是：将沥青加热至100～200℃，加入APAO和SBR，在搅拌速度20～600r/min下混合0.5～4h，直至混合均匀，即为复合改性沥青。
中国专利CN1424358公开了一种道路沥青改性剂及其制备方法，道路沥青改性剂原料组成为煤与催化裂化油浆的重量比是0.5∶1-9∶1，催化剂以金属元素计，占煤总量0.01-3％。制备方法是采用煤与催化裂化油浆氢气压力5-14MPa，反应温度370-450℃条件下，反应0.5-5小时。本发明具有达到美国测量材料协会标准(ASTM D5710)，改性效果好，提高催化裂化油浆的利用价值。制备简单、成本低，使用方便有优点。
中国专利CN1396235公开了一种耐温的改性道路沥青的制备方法，是将石油渣油放入带回流装置的酯化罐内加温，并通入压缩空气搅拌升温至260-280℃制备生成基质沥青；用废旧轮胎的内外胎制成的橡胶粉和废旧塑料制成的塑料粉、加入松焦油和其它助剂在高温下制备降解高分子树脂改性剂，再将95-80％制备的基质沥青放入酯化罐内，升温至180℃，加入5-20％制备的降解高分子树脂改性剂，搅拌升温至200℃保温10分钟，溶解、酯化、聚合成耐温的改性道路沥青收存。
中国专利CN1441005公开了一种脱硫胶粉改性沥青，该改性沥青由脱硫胶粉、沥青和相容剂在较高温度下通过高速剪切搅拌或胶体磨的研磨而制得，其中沥青占原料总重量的70～95％，脱硫胶粉占原料总重量的5～30％，相容剂占原料总重量的0～1.5％。由于改性剂为脱硫胶粉，其在沥青中具有较好的溶解溶胀性，同时由于脱硫在胶粉表面产生了较多的活性基团，有利于胶粉同沥青的化学键合，而相容剂可进一步增加胶粉与沥青的相互作用，故所得到的改性沥青具有优良的高低温性能和存贮稳定性。
中国专利CN1400252公开了一种改性沥青组合物及其制备方法，采用一种具有核-壳结构的填料单独或与聚合物复配，作为沥青改性剂，这种组合物的制备方法是，利用高剪切设备，包括双辊炼胶机、密炼机、挤出机、高剪切乳化机、胶体磨等，先分别制备改性沥青母料和含交联剂的反应性母料，再将母料与沥青以一定配比重量在通用沥青搅拌装置中生成具有本发明指定结构的组合物。
中国专利CN1161989公开了一种沥青改性剂组合物和沥青组合物，使用含有至少一种选自橡胶基改性剂和树脂基改性剂的改性剂和磷化合物制备的沥青组合物允许该改性剂满意地溶解在沥青中。另外，当用这样的沥青组合物制造的铺路组合物铺路时，沥青对集料的粘结性能高，铺设的路面明显地改善了耐凹陷性能和耐磨性能。因此，这样的路面有延长的使用期限。
中国专利CN1052913公开了一种粉煤灰弹性路面铺设材料，其特点是以工业废料粉煤灰为主要原料，以菱镁粉和可溶性盐溶液配制成胶凝材料，加入相应的改性剂按适当比例配制而成，其优点是原材料成本低，工艺简单，施工方便，投资少，容易推广，铺设的路面耐水，抗冻，防高温、耐磨、耐老化性能均优于沥青混凝土路面。
本发明的创新点在于：利用工业废弃物粉煤灰制成的纤维，有利于环境保护；本技术对粉煤灰纤维表面进行改性处理，有利于粉煤灰纤维在沥青中的均匀分散；经表面改性处理后的粉煤灰纤维，其表面与沥青有很好的亲和性，有利于各自性能的发挥。粉煤灰制成纤维后强度得到提高，粉煤灰纤维填充到沥青中，纤维之间相互交错，起到增强作用；粉煤灰纤维改性后的沥青，不容易开裂，同时冲击强度、压缩强度、拉伸强度得到较大的提高。
发明内容
一种粉煤灰纤维表面处理及其用于沥青增强改性的技术，其特征在于，先将粉煤灰纤维进行表面处理，其方法为：将有机酸加入到加热的无水乙醇中，搅拌使之完全溶解，得到有机酸表面处理剂；将粉煤灰纤维加热到80--120℃后，在其上均匀地喷洒有机酸表面处理剂，然后在80--120℃下烘干，即得到表面处理的粉煤灰纤维。再将表面处理的粉煤灰纤维加入到加热至60--90℃的沥青中，搅拌均匀即得到粉煤灰纤维改性的沥青。
所述的有机酸可以是：油酸、硬脂酸、十二烷基苯磺酸、月桂酸中的一种或两种以上。
所述的无水乙醇加热温度为55--75℃。
所述的有机酸表面处理剂，有机酸的用量为无水乙醇质量的530％。
所述的喷洒有机酸表面处理剂，其用量为干态粉煤灰纤维质量的3％～12％。
所述的粉煤灰纤维在80--120℃下烘干的时间为5-30分钟。
所述的表面处理的粉煤灰纤维在沥青中的加入量为沥青质量的1-10％。
所述的沥青，可以是煤沥青，也可以是石油沥青。
将所制备的以表面处理的粉煤灰纤维改性的沥青，参照GB/T1964-1996方法制样并进行压缩强度测试；参照GB/T 1843-1996方法制样并进行冲击强度测试；参照GB/T 1446-2005方法制样并进行拉伸强度测试。
本发明以表面处理的粉煤灰纤维改性沥青，所得样品的力学性能为：压缩强度20～28MPa；冲击强度3.0～4.0(kJ/m2)；拉伸强度1.3～1.8MPa。
采用本技术制备的增强改性沥青，与未增强改性的沥青相比，其冲击强度、压缩强度、拉伸强度提高50-500％。
具体实施方式
                        实施例1
在500ml带搅拌的玻璃烧瓶中加入250g无水乙醇，开启搅拌，开始加热无水乙醇，当温度升至55℃时，将15g的油酸加入到玻璃烧瓶中，搅拌使改性剂完全溶解，得到改性剂的无水乙醇溶液256g。将8.5kg粉煤灰纤维加热到120℃，将溶解了改性剂的无水乙醇溶液256g均匀地喷洒到粉煤灰纤维上，再将粉煤灰纤维在120℃下烘5分钟，即得到改性的粉煤灰纤维。再将改性的粉煤灰纤维8.5kg加入到加热至90℃的85kg煤沥青中，并搅拌均匀即得到粉煤灰纤维改性的煤沥青。将粉煤灰纤维改性的煤沥青与未改性煤沥青分别依照GB/T 1964-1996、GB/T 1843-1996、GB/T1446-2005制成样条，测量压缩强度、冲击强度和拉伸强度，数据列于表1。
                表1沥青样条力学性能
  样品   压缩强度(MPa)   冲击强度(kJ/m2)   拉伸强度(MPa)
  未改性煤沥青   15.30   0.61   0.41
  加粉煤灰纤维煤沥青No.1   23.90   3.78   1.62
                        实施例2
在500ml带搅拌的玻璃烧瓶中加入210g无水乙醇，开启搅拌，开始加热无水乙醇，当温度升至75℃时，将25g的硬脂酸加入到玻璃烧瓶中，搅拌使改性剂完全溶解，得到改性剂的无水乙醇溶液221g。将1.9kg粉煤灰纤维加热到110℃，将溶解了改性剂的无水乙醇溶液221g均匀地喷洒到粉煤灰纤维上，再将粉煤灰纤维在110℃下烘30分钟，即得到改性的粉煤灰纤维。再将改性的粉煤灰纤维1.9kg加入到加热至60℃的190kg石油沥青中，并搅拌均匀即得到粉煤灰纤维改性的石油沥青。将粉煤灰纤维改性的石油沥青与未改性石油沥青分别依照GB/T 1964-1996、GB/T 1843-1996、GB/T 1446-2005制成样条，测量压缩强度、冲击强度和拉伸强度，数据列于表2。
                表2沥青样条力学性能
  样品   压缩强度(MPa)   冲击强度(kJ/m2)   拉伸强度(MPa)
  未改性石油沥青   17.20   0.68   0.50
  加粉煤灰纤维石油沥青No.2   20.80   3.29   1.39
                        实施例3
在500ml带搅拌的玻璃烧瓶中加入200g无水乙醇，开启搅拌，开始加热无水乙醇，当温度升至65℃时，将85g的十二烷基苯磺酸加入到玻璃烧瓶中，搅拌使改性剂完全溶解，得到改性剂的无水乙醇溶液271g。将2.7kg粉煤灰纤维加热到100℃，将溶解了改性剂的无水乙醇溶液271g均匀地喷洒到粉煤灰纤维上，再将粉煤灰纤维在120℃下烘10分钟，即得到改性的粉煤灰纤维。再将改性的粉煤灰纤维2.7kg加入到加热至80℃的54kg石油沥青中，并搅拌均匀即得到粉煤灰纤维改性的石油沥青。将粉煤灰纤维改性的石油沥青与未改性石油沥青分别依照GB/T 1964-1996、GB/T1843-1996、GB/T 1446-2005制成样条，测量压缩强度、冲击强度和拉伸强度，数据列于表3。
                   表3沥青样条力学性能
  样品   压缩强度(MPa)   冲击强度(kJ/m2)   拉伸强度(MPa)
  未改性石油沥青   17.90   0.69   0.48
  加粉煤灰纤维石油沥青No.3   25.20   3.68   1.58
                        实施例4
在500ml带搅拌的玻璃烧瓶中加入240g无水乙醇，开启搅拌，开始加热无水乙醇，当温度升至60℃时，将45g的月桂酸加入到玻璃烧瓶中，搅拌使改性剂完全溶解，得到改性剂的无水乙醇溶液276g。将5.0kg粉煤灰纤维加热到90℃，将溶解了改性剂的无水乙醇溶液276g均匀地喷洒到粉煤灰纤维上，再将粉煤灰纤维在100℃下烘20分钟，即得到改性的粉煤灰纤维。再将改性的粉煤灰纤维5.0kg加入到加热至70℃的100kg煤沥青中，并搅拌均匀即得到粉煤灰纤维改性的煤沥青。将粉煤灰纤维改性的煤沥青与未改性煤沥青分别依照GB/T 1964-1996、GB/T 1843-1996、GB/T1446-2005制成样条，测量压缩强度、冲击强度和拉伸强度，数据列于表4。
                     表4沥青样条力学性能
  样品   压缩强度(MPa)   冲击强度(kJ/m2)   拉伸强度(MPa)
  未改性煤沥青   15.10   0.59   0.39
  加粉煤灰纤维煤沥青No.4   23.20   3.67   1.54
                        实施例5
在500ml带搅拌的玻璃烧瓶中加入220g无水乙醇，开启搅拌，开始加热无水乙醇，当温度升至55℃时，将40g的月桂酸加入到玻璃烧瓶中，搅拌使改性剂完全溶解，得到改性剂的无水乙醇溶液247g。将6.5kg粉煤灰纤维加热到80℃，将溶解了改性剂的无水乙醇溶液247g均匀地喷洒到粉煤灰纤维上，再将粉煤灰纤维在80℃下烘25分钟，即得到改性的粉煤灰纤维。再将改性的粉煤灰纤维6.5kg加入到加热至75℃的80kg石油沥青中，并搅拌均匀即得到粉煤灰纤维改性的石油沥青。将粉煤灰纤维改性的石油沥青与未改性石油沥青分别依照GB/T 1964-1996、GB/T 1843-1996、GB/T 1446-2005制成样条，测量压缩强度、冲击强度和拉伸强度，数据列于表5。
             表5沥青样条力学性能
  样品   压缩强度   冲击强度   拉伸强度
  (MPa)   (kJ/m2)   (MPa)
  未改性石油沥青   17.50   0.69   0.52
  加粉煤灰纤维石油沥青No.5   27.50   3.93   1.68
                        实施例6
在500ml带搅拌的玻璃烧瓶中加入210g无水乙醇，开启搅拌，开始加热无水乙醇，当温度升至65℃时，将75g的十二烷基苯磺酸加入到玻璃烧瓶中，搅拌使改性剂完全溶解，得到改性剂的无水乙醇溶液273g。将3.5kg粉煤灰纤维加热到105℃，将溶解了改性剂的无水乙醇溶液273g均匀地喷洒到粉煤灰纤维上，再将粉煤灰纤维在105℃下烘12分钟，即得到改性的粉煤灰纤维。再将改性的粉煤灰纤维3.5kg加入到加热至78℃的170kg石油沥青中，并搅拌均匀即得到粉煤灰纤维改性的石油沥青。将粉煤灰纤维改性的石油沥青与未改性石油沥青分别依照GB/T 1964-1996、GB/T 1843-1996、GB/T 1446-2005制成样条，测量压缩强度、冲击强度和拉伸强度，数据列于表6。
                   表6沥青样条力学性能
  样品   压缩强度(MPa)   冲击强度(kJ/m2)   拉伸强度(MPa)
  未改性石油沥青   17.35   0.68   0.53
  加粉煤灰纤维石油沥青No.6   21.60   3.38   1.46

Claims (8)

1.一种粉煤灰纤维表面处理及其用于沥青增强改性的技术，其特征在于，先将粉煤灰纤维进行表面处理，其方法为：将有机酸加入到加热的无水乙醇中，搅拌使之完全溶解，得到有机酸表面处理剂；将粉煤灰纤维加热到80--120℃后，在其上均匀地喷洒有机酸表面处理剂，然后在80--120℃下烘干，即得到表面处理的粉煤灰纤维。再将表面处理的粉煤灰纤维加入到加热至60--90℃的沥青中，搅拌均匀即得到粉煤灰纤维改性的沥青。
2.权利要求1中所述的有机酸可以是：油酸、硬脂酸、十二烷基苯磺酸、月桂酸中的一种或两种以上。
3.权利要求1中所述的无水乙醇加热温度为55--75℃。
4.权利要求1中所述的有机酸表面处理剂，有机酸的用量为无水乙醇质量的5-30％。
5.权利要求1中所述的喷洒有机酸表面处理剂，其用量为干态粉煤灰纤维质量的3％～12％。
6.权利要求1中所述的粉煤灰纤维在80--120℃下烘干的时间为5-30分钟。
7.权利要求1中所述的表面处理的粉煤灰纤维在沥青中的加入量为沥青质量的1-10％。
8.权利要求1中所述的沥青，可以是煤沥青，也可以是石油沥青。
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