CN104058625A - 一种基于十溴二苯乙烷的沥青混合料用阻燃剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于十溴二苯乙烷的沥青混合料用阻燃剂，其特征在于包括以下组分，十溴二苯乙烷、三氧化二锑和金属盐，其质量比为4:1:1。当采用建议的8％掺量时，其协同阻燃效率为0.43，SBS改性沥青极限氧指数由20.7％增至24.1％，烟密度等级由87.6降为82.57。

Description

一种基于十溴二苯乙烷的沥青混合料用阻燃剂

技术领域

本发明专利涉及一种基于十溴二苯乙烷的沥青混合料用阻燃剂。

背景技术

高等级公路中，随着交通量的增加、行车速度的增长以及隧道的长大化趋势，隧道交通事故率明显上升。由于事故后易出现汽油泄漏，同时车内可燃物质多，因而极易引起火灾，具有燃烧剧烈、发烟量大、火势传播迅猛等特点。由于隧道内空间狭小，出现交通事故时极易造成堵塞而严重影响救援设备和人员的及时到位，使得隧道火灾相对于外界发生的火灾更难于快速扑灭，同时通风不畅，使得有害气体浓度高，更易威胁到人员和财产的安全。

隧道火灾的迅发性及严重性也同样导致了国内外在隧道路面结构形式选择上产生了巨大的争议。已有研究证明在正常工作状态下沥青路面相对水泥路面具有更佳的路用性能及安全性能，可有效改善路面行驶舒适性和抗滑性，减小维修对道路运营的影响，缩短工期等。但火灾发生时沥青做为可燃材料其使用也遭到国内外一些科研机构的质疑，其根源在于沥青具有可燃性且其燃烧过程有大量的烟伴随产生，当隧道火灾时必将使灾情更加恶化，从而带来更大的人员经济损失。

然而沥青路面对隧道火灾造成多大程度的恶化，对此国内外相关研究仍显不足，仅以“沥青为可燃材料”为依据而否定沥青路面在隧道中的使用价值是不尽合理的。2008年浙江大学的吴珂对此进行了深入的研究，通过建立隧道模型并对沥青路面进行燃烧实验后发现隧道沥青路面的燃烧对隧道火灾的影响是有限的。研究结果显示：释热率在10Mw规模下的隧道火灾不会使沥青路面产生燃烧，而对释热率分别为20、50Mw规模的隧道火灾而言，沥青路面燃烧产生的最大释热率均不超过1.7％(释热率分别为10、20、50Mw的火灾分别对应着小、中、大型三种不同规模的隧道火灾)。由此可见，采用沥青路面作为隧道铺装并不会使得隧道火灾灾情很大程度恶化。此时如果采用阻燃沥青路面则更能有效的降低沥青材料在燃烧过程中的释热及发烟效应，从而使得沥青路面在隧道火灾中的安全性能得到充分保障。

近年来随着对行车舒适性的要求愈发提高以及水泥混凝土路面在隧道中使用中所展现的种种弊端的出现，对阻燃沥青及沥青混凝土的研究和开发显得越发迫切。国内外对沥青及沥青混凝土的阻燃进行了大量的研究，而研究技术路线大体可分为以下三类：

(1)大空隙路面可燃液体逃逸技术路线

该技术路线阻燃机理在于通过采用OGFC类路面结构，由于具有较大空隙率，能有效使可燃液体迅速从路面空隙中排出，使可燃液体总量减少，最终达到延缓火势，降低人员及经济损失的目的。武汉理工大学的丁庆军等人对OGFC在沥青路面阻燃领域的应用进行了相关技术研究，发现OGFC路面结构在可燃气体逃逸量、燃烧时间、温度上均优于其他沥青路面结构及水泥混凝土路面材料。

然而若是采用此类技术路线，实际上忽略了一些因素的影响，首先OGFC的大空隙可能会因为灰尘等物质的侵入导致空隙堵塞最终无法达到预期的阻燃效果；其次汽油类可燃液体在进入空隙之前已被点燃，进入空隙后虽然会起到一定程度的“窒息效果”，但在另一种程度上加重了阴燃的程度，从而导致产生大量的烟影响火灾中相关人员的逃生。所以在欧洲大多数国家采用的隧道沥青路面结构中也不推荐采用大空隙沥青混合料，认为其反倒可能加速火势的蔓延。

(2)掺加阻燃矿粉或阻燃纤维型技术路线

该技术路线认为采用具有阻燃效果的特殊矿料或纤维能有效的提高混合料的阻燃性。武汉理工大学的张厚记等人发现了一种新型的阻燃矿粉及纤维，发现掺入特殊矿粉后沥青阻燃性能明显提升，而阻燃矿物纤维也具有一定程度的阻燃效果。

由于矿粉或纤维在沥青混合料中本身掺量很小，在此基础上替代小部分阻燃材料，因而采用该类技术措施难以有效改变沥青混合料整体的阻燃性能。同时发现的阻燃矿粉和纤维并未商业化应用，难以推广使用。

(3)掺加化学阻燃剂型阻燃技术路线

用于改善材料抗燃性能的物质统称为阻燃剂，应用时向沥青或沥青混合料中掺加一种或几种化学阻燃剂，通过不同的阻燃机理最终达到提高沥青阻燃效率及抑烟效应的目的。由于该方法质量控制便利、阻燃效果较好、施工工艺简单等，目前国内外在对沥青路面进行阻燃处理时多采用此类方法。化学阻燃剂阻燃技术方案相对前两类技术路线研究相对更为成熟，目前已被应用于国内外各项实体工程当中。

溴系阻燃剂由于其具有良好的阻燃效果及经济适用性而被广泛应用于高聚物阻燃领域。近年来十溴二苯乙烷(DPDPE)用于沥青阻燃受到了人们的重视，它是一种使用范围广泛的广谱添加型阻燃剂，其溴含量高，热稳定性好，抗紫外线性能佳。DPDPE热裂解或燃烧时不产生有毒的多溴代二苯并二恶烷(PBDO)及多溴代二苯并呋喃(PBDF)，用它阻燃的材料完全符合欧洲关于二恶英条例的要求，对环境不造成危害。DPDPE无任何毒性，也不会对生物产生任何致畸性，对水生物如鱼等无副作用，可以说符合环保的要求。DPDPE对阻燃材料性能的不利影响较传统阻燃剂十溴二苯醚(DBDPO)小，且耐光性能好，渗出性低。

为此基于DPDPE开发新型高效沥青阻燃剂，对于改善阻燃沥青使用效果，扩大沥青路面适宜使用范围，都有重要意义。

发明内容

1.本发明专利的目的在于提供一种基于十溴二苯乙烷的沥青混合料用阻燃剂，其特征在于包括以下组分：十溴二苯乙烷、三氧化二锑和金属盐，质量比为4:1:1。

所述金属盐选自工业氢氧化铝。

所述阻燃剂通过三种材料的均匀混合即可制备实现。

如权利要求1所述的一种基于十溴二苯乙烷的沥青混合料用阻燃剂，其特征在于当用于SBS改性沥青时建议掺量为8％。当采用建议的8％掺量时，其协同阻燃效率为0.43，SBS改性沥青极限氧指数由20.7％增至24.1％，烟密度等级由87.6降为82.57。

有益效果：

本发明提出的基于一种基于十溴二苯乙烷的沥青混合料用阻燃剂，由于采用十溴二苯乙烷作为主要成分，因而在阻燃过程中不会产生有毒成分，从而可实现良好的环保性。同时采用联合三氧化二锑和金属盐的优化配比，使得该阻燃剂具有良好的阻燃效率和抑烟效果，从而能有效增强沥青在火灾中抵抗参与燃烧的能力，同时也减少了高温下沥青有害气体挥发的数量，这都改善了沥青路面在火灾中的表现，增强了隧道中沥青路面的适用性。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

首先研究了十溴二苯乙烷与三氧化二锑的掺配比例，通过测试不同比例时对SBS改性沥青极限氧指数的影响(表1)，可知当两者比例为4:1时能取得最好的阻燃效果，故首先确定两者采用该比例。

表1不同十溴二苯乙烷与三氧化二锑比例时SBS改性沥青极限氧指数

十溴二苯乙烷：三氧化二锑	2:1	3:1	4:1	5:1
					极限氧指数(％)	21.8	22.4	23.4	22.1

进而对氢氧化铝加入十溴二苯乙烷与三氧化二锑中的比例进行了研究，测试了不同掺加比例时SBS改性沥青的极限氧指数(表2)，可知三者比例为4:1:1时形成的阻燃沥青能具有最优的阻燃性能。

表2不同十溴二苯乙烷、三氧化二锑与氢氧化铝比例时SBS改性沥青极限氧指数

十溴二苯乙烷：三氧化二锑：氢氧化铝	4:1:1	4:1:2	4:1:3	4:1:4
					极限氧指数(％)	24.1	22.8	22.1	21.2

为分析该基于十溴二苯乙烷的阻燃剂对SBS改性沥青性能的影响，测试了不同阻燃剂掺量时沥青的极限氧指数(表3)，可知当掺入8％阻燃剂时就能使沥青超过24％(难燃物极限氧指数标准)，同时此掺量下具有最高的阻燃效率，因而应用时建议掺量为8％。

表3阻燃剂掺量对SBS改性沥青阻燃性能影响

阻燃剂掺量	8％	10％	12％	14％	16％
						极限氧指数(％)	24.1	24.8	25.3	25.7	26
阻燃效率	0.43	0.41	0.38	0.36	0.33

增强沥青路面抵抗火灾的能力，一方面是要提高其参与燃烧的温度，同时减少高温时有害气体的排放也是重要的方面，为此测试了该阻燃剂对沥青发烟强度的影响(表4)。可知该阻燃剂的掺加，能有效降低SBS改性沥青烟密度。

表4阻燃剂对SBS改性沥青抑烟性能影响

应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种基于十溴二苯乙烷的沥青混合料用阻燃剂，其特征在于包括以下组分：十溴二苯乙烷、三氧化二锑和金属盐，质量比为4:1:1，所述阻燃剂的极限氧指数为20-24，协同阻燃效率为0.6-1.6。

2.如权利要求1所述的一种基于十溴二苯乙烷的沥青混合料用阻燃剂，其特征在于所述金属盐选自工业氢氧化铝。

3.如权利要求1所述的一种基于十溴二苯乙烷的沥青混合料用阻燃剂，其特征在于所述阻燃剂通过三种材料的均匀混合即可制备实现。

4.如权利要求1所述的一种基于十溴二苯乙烷的沥青混合料用阻燃剂，其特征在于用于SBS改性沥青的掺量为8％时，其协同阻燃效率为0.43，SBS改性沥青极限氧指数由20.7％增至24.1％，烟密度等级由87.6降为82.57。