CN103450693A - 复合改性煤沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合改性煤沥青及其制备方法。本发明公开了一种复合改性煤沥青，基于所述复合改性煤沥青的总重量，所述复合改性煤沥青包含20-80wt%的煤沥青、10-70wt%的渣油、0-20wt%的高分子材料、0-20wt%的改性剂、0-5wt%的添加剂。

Description

复合改性煤沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种煤沥青，尤其涉及一种复合改性煤沥青及其制备方法。

背景技术

煤沥青又叫煤焦油沥青，是煤炭深加工过程中产生的煤焦油蒸馏后的副产物，是煤焦油加工过程中产生的大宗产品。目前，我国煤沥青年产量约为600万吨。因此，如何有效的利用这些煤沥青资源成为煤炭加工行业关注的焦点。

近年来，我国公路建设规模非常大，需要大量的道路沥青。然而石油资源日趋紧张，国际原油价格不断攀升，石油基沥青也供应紧张。因此，需要充分利用我国的煤炭资源优势，发展道路煤沥青，加速我国的交通建设。

未改性的煤沥青温度敏感性强，表现为高温易流淌，低温时易断裂。煤沥青中含有大量的多环芳烃类化合物，其中蒽、菲、芘、苯并芘等有毒物质在高温加热时会挥发出来，造成环境污染和对危害人体健康。特别是3,4-苯并芘（BaP）是高致癌物质。

张成如（CN102504556A）利用煤沥青和石油沥青混合，加入高分子材料、交联剂及其他添加剂来制备高等级道路沥青，其工艺复杂，且反应温度较高。任真等（CN102070910A）将纳米材料改性后与煤沥青混合来制备路用煤沥青，但其未考虑到煤沥青的毒性问题。车春玲（CN101705003A）采用苯乙烯-丁二烯共聚物（SBS）、废塑料和星状芴类聚合物来改性煤沥青，但效果不明显。徐国财等（CN102676195A）将煤沥青用有机溶剂提炼精制后，再用SBS来改性。此方法需使用大量有机溶剂，且工艺复杂。

综上可知，目前对于煤沥青的改性效果不是很好，存在较多问题，未能有效的解决煤沥青的毒性问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单，工艺简便，性能优良，有效降低有毒物质含量的复合改性煤沥青及其制备方法。

本发明所述的复合改性煤沥青，基于复合改性煤沥青的总重量，包含20-80wt%的煤沥青、10-70wt%的渣油、0-20wt%的高分子材料、0-20wt%的改性剂、0-5wt%的添加剂。

本发明所述的复合改性煤沥青的制备方法包括以下步骤：将煤沥青，渣油，以及选自改性剂、高分子材料和添加剂中的至少一种加入到反应器中进行反应，反应时间为0.1-7小时，温度为90-280℃。

本发明所述的复合改性煤沥青的制备方法包括以下步骤：将煤沥青和改性剂加入到反应器中，反应0.1-2小时，温度控制在90-280℃，使其充分反应，再渣油，混合0.1-2小时，温度控制在90-280℃，最后加入高分子材料及添加剂继续混合0.1-3小时。

所述煤沥青为煤干馏得到的煤焦油再经蒸馏加工制成的煤沥青，其软化点为60-120℃，甲苯不溶物含量小于25wt%，包括中温煤沥青或低温煤沥青。

所述渣油包括常压渣油、减压渣油、重油中的一种或两种以上，所述渣油包含70-80wt%的饱和分、2-10wt%的芳香分、10-20wt%的胶质、0-0.5wt%的沥青质。

所述高分子材料为废橡胶粉、再生橡胶粉、丁苯橡胶、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、苯乙烯-丁二烯共聚物（SBS）、聚乙烯(PE)、聚丙烯（PP）、不饱和聚酯、聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一种或两种以上。

所述改性剂为苯甲醛、多聚甲醛、三聚甲醛、古马隆茚树脂、环氧树脂、聚乙二醇（分子量为400、600、800、2000、4000）中的一种或两种以上。

所述添加剂为多聚磷酸、单质硫中的一种或两种以上。

本发明的优点如下：

本发明通过渣油和高分子材料来复合改性煤沥青，加工简便，改性效果明显。同时又大大减少有毒物质的含量，完全适用于道路建设施工的要求。

具体实施方式

本发明提供的复合改性煤沥青为煤沥青、渣油及高分子材料等的组合物，且基于该组合物总重量，煤沥青含量为20-80wt%，渣油含量为10-70wt%，高分子材料含量为0-20wt%，改性剂含量为0-20wt%，添加剂含量为0-5wt%。

所述煤沥青含量优选30-80wt%，更优选40-75wt%。所述渣油含量优选20-60wt%，更优选30-50wt%。所述高分子材料含量优选2-20wt%，更优选2-15wt%。所述改性剂含量优选2-20wt%，更优选2-15wt%。所述添加剂的含量优选0.5-5wt%，更优选0.5-4wt%。

本发明所述的复合改性煤沥青的制备方法包括以下步骤：将煤沥青，渣油，以及选自改性剂、高分子材料和添加剂中的至少一种加入到反应器中，反应时间为0.1-7小时，温度为90-280℃。

所述反应时间优选0.5-5小时，更优选0.5-3小时。所述温度优选100-250℃，更优选100-200℃，进一步优选100-180℃。

本发明所述的复合改性煤沥青的制备方法包括以下步骤：将煤沥青和改性剂加入到反应器中，反应0.1-2小时，温度控制在90-280℃，使其充分反应，再加入渣油，混合0.1-2小时，温度控制在90-280℃，最后加入高分子材料及添加剂继续混合0.1-3小时。

所述煤沥青具有软化点为60-120℃，甲苯不溶物含量小于25wt%。

所述渣油包括常压渣油、减压渣油、重油及由渣油调和的燃料油中的一种或两种以上，所述渣油包括70-80wt%的饱和分、2-10wt%的芳香分、10-20wt%的胶质、0-0.5wt%的沥青质。

所述高分子材料为废橡胶粉、再生橡胶粉、丁苯橡胶、聚氯乙烯、聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚乙烯、聚丙烯、不饱和聚酯、聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一种或两种以上。

所述改性剂为苯甲醛、多聚甲醛、三聚甲醛、古马隆茚树脂、环氧树脂、聚乙二醇（分子量为400、600、800、2000、4000）中的一种或两种以上。

所述添加剂为多聚磷酸、单质硫中的一种或两种以上。

以下将通过实施例来说明本发明的实施方案，但是本发明并不限于这些特定的实施例。

实施例1

将70wt%中温煤沥青和4wt%聚乙二醇（600）按上述比例加入到反应器中，反应0.7小时，温度控制在145℃，使其充分反应，再加入25wt%渣油，混合0.5小时，温度控制在120℃，最后加入1wt%单质硫，继续混合0.5小时。

实施例2

将67.5wt%中温煤沥青和2wt%多聚甲醛按上述比例加入到反应器中，反应0.5小时，温度控制在115℃，使其充分反应，再加入27wt%渣油，混合0.5小时，温度控制在145℃，最后加入3.5wt%聚苯乙烯继续混合0.5小时。

实施例3

将67.5wt%中温煤沥青、30wt%渣油和2.5wt%80目废橡胶粉按上述比例加入到反应器中，反应1时，温度控制在140℃，使其充分混合。

实施例4

将69.3wt%中温煤沥青、27.7wt%渣油和3wt%聚苯乙烯泡沫板按上述比例加入到反应器中，温度控制在125℃，反应1小时，使其充分混合。

实施例5

将66wt%中温煤沥青、30wt%渣油和4wt%的自制橡塑合金（由废胶粉、SBS和PE等组成，质量比为6:2:2）按上述比例加入到反应器中，温度控制在150℃，反应1小时，使其充分混合。

比较例1

将71.5wt%中温煤沥青和28.5wt%渣油按上述比例加入到反应器中，温度控制在120℃，反应1小时，使其充分混合。

比较例2

将66.7wt%中温煤沥青和33.3wt%渣油按上述比例加入到反应器中，温度控制在120℃，反应1小时，使其充分混合。

表1：实施例中使用原料的生产单位

名称	纯度	生产企业
			中温煤沥青	-	邢台旭阳煤化工有限公司
渣油	-	大庆炼化公司
			废胶粉	-	河南中赢橡胶科技有限公司
聚苯乙烯泡沫板	-	潍坊科源精细化工有限公司
			聚乙二醇（600）	分析纯	北京国药化学试剂有限公司
单质硫	分析纯	北京国药化学试剂有限公司
			多聚甲醛	分析纯	北京国药化学试剂有限公司

性能测试以及测试结果

按照交通部行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTGE20-2011)》(北京：人民交通出版社，2011年11月出版)分别对上述实施例1-5及比较例1-2中所得的复合改性煤沥青进行常规性能测试（即软化点、针入度和延度测试）。表2中示出了测试结果。

BaP脱除率是指原沥青中BaP含量与改性沥青中BaP含量的差值（减少值）对原沥青BaP含量之比例，即:

P=(C－C₁)/C

P——BaP脱除率，wt%；C——原沥青中BaP含量，wt%，即以原沥青为基准；C₁——改性沥青中BaP含量，wt%，即以改性沥青为基准。

采用紫外-可见分光光度计法测量煤沥青中BaP的含量。精确称取一定量的沥青，用环已烷溶解，经超声波震荡后，静置24h（BaP几乎全部可溶但其它芳烃溶解较少），取可溶物用甲醇稀释100倍，加入比色皿，用日本岛津公司UV-2550型紫外可见分光光度计测定其BaP的含量。

表2：各实施例沥青的性能及致癌物BaP的脱除率

Claims (8)

1.一种复合改性煤沥青，其特征在于，基于所述复合改性煤沥青的总重量，所述复合改性煤沥青包含20-80wt%的煤沥青、10-70wt%的渣油、0-20wt%的高分子材料、0-20wt%的改性剂、0-5wt%的添加剂。

2.根据权利要求1所述的复合改性煤沥青，其特征在于，所述煤沥青的软化点为60-120℃，甲苯不溶物含量小于25wt%。

3.根据权利要求1或2所述的复合改性煤沥青，其特征在于，所述渣油包括常压渣油、减压渣油、重油及由渣油调和的燃料油中的一种或两种以上，并且基于所述渣油的总重量，所述渣油包含70-80wt%的饱和分、2-10wt%的芳香分、10-20wt%的胶质、0-0.5wt%的沥青质。

4.根据权利要求1至3任一项所述的复合改性煤沥青，其特征在于，所述高分子材料为废橡胶粉、再生橡胶粉、丁苯橡胶、聚氯乙烯、聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚乙烯、聚丙烯、不饱和聚酯、聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一种或两种以上。

5.根据权利要求1至4任一项所述的复合改性煤沥青，其特征在于，所述改性剂为苯甲醛、多聚甲醛、三聚甲醛、古马隆茚树脂、环氧树脂、聚乙二醇中的一种或两种以上。

6.根据权利要求1至5任一项所述的复合改性煤沥青，其特征在于，所述添加剂为多聚磷酸、单质硫中的一种或两种以上。

7.一种权利要求1-6任一项所述的复合改性煤沥青的制备方法，其特征在于，将煤沥青，渣油，以及选自改性剂、高分子材料和添加剂中的至少一种加入到反应器中进行反应，反应时间为0.1-7小时，温度控制在90-280℃。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，将煤沥青和改性剂加入到反应器中，反应0.1-2小时，温度控制在90-280℃，使其充分反应，再加入渣油，混合0.1-2小时，温度控制在90-280℃，最后加入高分子材料及添加剂继续混合0.1-3小时。