CN104262889A - 含有煤直接液化残渣的抗车辙添加剂、其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于道路工程领域，提供一种含有煤直接液化残渣的抗车辙添加剂，其包括煤直接液化残渣、热塑性弹性体和添加剂，所述的煤直接液化残渣和热塑性弹性体的重量比为1:1-4，所述的添加剂占所述的煤直接液化残渣和热塑性弹性体的重量和的5％-20％。本发明从资源节约和环境友好的角度出发，利用煤直接液化残渣和高分子的综优势，制备得到的沥青混合料抗车辙性能优异，低温性能和耐久性好，应用在中面层可以在提高道路抗车辙性能的同时降低工程造价，延长道路使用寿命。

Description

含有煤直接液化残渣的抗车辙添加剂、其制备方法和应用

技术领域

本发明属于道路工程领域，具体涉及一种含有热塑性弹性体高分子的沥青混合料添加剂、其制备方法和应用。

背景技术

沥青路面长期受到载重车辆的碾压，会出现车辙病害，对交通安全和运输能耗产生不利影响。在沥青混合料中添加抗车辙添加剂是解决以上问题的有效方法。目前国际上成功使用的抗车辙剂产品有法国生产的PR系列产品，德国的Duroflex和路孚8000沥青混合料添加剂，美国壳牌生产的SEAM硫磺沥青改性剂。以上产品价格高昂，造成路面建设成本大幅度提高，其推广应用受到了限制。近年来，国内相关企业也开发了类似的产品，如专利技术CN1887951，CN1052740，CN1110693，CN1847318，CN1757663，CN101054469，CN1164548，CN101041744，CN100567400C等。国内的产品主要成分均是PE、PP等热塑性塑料，或者再生塑料。选用某一种塑料作为改性剂，在抗车辙性能上有所提高，但是在高温稳定性有一定的限制。单一的聚乙烯树脂熔点低，与沥青混合料拌合时能形成一个良好的界面形态，但抗车辙性能不是最优。单一的聚丙烯树脂虽然熔点提高，但其拌合困难，相容性差导致不容易分散。再生塑料使用前一般需要破碎等前处理工艺，增加了施工的难度和费用。

煤直接液化残渣是一种组分复杂的混合物，不含水，高灰分，高炭、高硫，发热量高，黏结性强。煤炭科学研究总院(北京)有2000吨/年的煤直接液化装置，将产生近700吨/年的煤直接液化残渣；内蒙神华煤制油有限公司有170万吨/年的煤直接液化装置，将产生50万吨/年的煤直接液化残渣。这些煤直接液化残渣还没有很好地应用途径。实验室前期研究表明，煤直接液化残渣可以显著增强沥青混合料的高温性能和抗水损坏性能，但会使混合料的低温性能变差。煤直接液化残渣制备抗车辙剂，不但解决了液化工艺中大量煤直接液化残渣的去处，而且大大降低了沥青混合料的经济成本，有良好的环境与经济效益。国内发明专利CN101844892B(煤直接液化残渣制备沥青混凝土路面抗车辙剂的制备方法)公开了煤直接液化残渣制备抗车辙剂的方法，制备的沥青混合料抗车辙性能好，高温稳定性和水稳性能好。

相关研究也表明，煤直接液化残渣可以显著增强沥青混合料的高温性能和抗水损坏性能，但会使混合料的低温性能变差。

热塑性弹性体(SBS和TPE)是一种优良的沥青改性剂材料，制备的沥青材料具有良好的弹性恢复和高温特性，而且兼具有防止低温开裂的性能；加入以后可以显著提高路面的使用性能，大幅度提高路面的使用寿命。

目前还没有用煤直接液化残渣和热塑性弹性体制备抗车辙添加剂的报道。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种高低温性能兼顾，且具有抗车辙性能的添加剂，与传统抗车辙相比，加入的高分子材料改善了沥青混合料的低温性能。

本发明的另一目的是提出所述抗车辙添加剂的制备方法。

本发明的第三个目的是提出所述抗车辙添加剂的应用。

实现本发明目的的具体技术方案为：

一种含有煤直接液化残渣的抗车辙添加剂，包括煤直接液化残渣、热塑性弹性体和添加剂，所述的煤直接液化残渣和热塑性弹性体的重量比为1:1-4，所述的添加剂占所述的煤直接液化残渣和热塑性弹性体的重量和的5％-20％。优选地，所述的煤直接液化残渣和热塑性弹性体的重量比为1:1-2。

煤经过高温高压加氢后，其中大部分有机质转化为轻质组分，以气体或液体形式排出，并产生约占原煤质量30％的重质产物，称为煤直接液化残渣。软化点一般大于150℃。

优选地，本申请优选沥青质含量为60-85％；C和H元素相对含量为70-90％的煤直接液化残渣。

其中，所述热塑性弹性体为热塑性弹性体，具体为苯乙烯丁二烯共聚物(SBS类)，和/或橡塑合金类热塑性弹性体(TPE类)。所述橡塑合金类热塑性弹性体为由含有聚合物、胶粉和沥青的混合物制成。该类热塑性弹性体具有由聚苯乙烯类构成的硬段结构，也具有由聚丁二烯类橡胶构成的软段结构，可以改善沥青及沥青混合料的高低温性能。

其中，所述的添加剂为油和/或石油树脂，所述的油选自橡胶油、芳烃油和环烷油中的一种或者几种；所述的石油树脂选自C9，C7或者C5石油树脂中的一种或者几种。石油树脂(petroleum resin)是石油裂解所副产的C5～C9馏份，经前处理、聚合、蒸馏等工艺生产的一种热塑性树脂，分子量介于300-3000。其具有酸值低，混溶性好，耐水、耐乙醇和耐化学品等特性。一种本发明所述的抗车辙添加剂的制备方法，该方法包括：将煤直接液化残渣、热塑性弹性体和添加剂按比例混合，经螺杆挤出机挤出、风冷模面切粒设备造粒制得。

优选地，所述的挤出温度为120-230℃。

采用本发明的方法，造粒后所得的粒子尺寸小于4mm，熔融指数大于3g/10min(190℃，2.16kg)。

本发明所述的抗车辙添加剂在制备沥青混合料中的应用。

一种沥青混合料，其包括抗车辙添加剂、矿料和基质沥青，所述抗车辙添加剂、矿料和基质沥青的重量比为0.2-1.4：94-96：2.9-5.4，所述抗车辙添加剂为本发明所述的抗车辙添加剂。

本发明所述沥青混合料的制备方法，该方法包括：将抗车辙添加剂与热矿料拌合，然后再将拌合后的混合物与液态基质沥青拌合，所述抗车辙添加剂为本发明所述的抗车辙添加剂。

优选地，所述热矿料的温度为140-210℃，所述抗车辙添加剂与热矿料拌合的时间为5-30秒，所述拌合后的混合物与液态基质沥青拌合的时间为20-90秒。

本发明从资源节约和环境友好的角度出发，利用煤直接液化残渣和合成高分子的综合优势，将煤直接液化残渣与高聚物通过高分子材料反应性加工技术，充分利用反应性加工机械的强大剪切力，对较高黏度体系的反应体系物料进行充分搅拌，保证了官能团之间的反应。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供的抗车辙添加剂，是将含有煤直接液化残渣、热塑性弹性体和添加剂的混合物经过混炼和挤出过程中的强剪切作用，使原有的煤直接液化残渣和热塑性弹性体的粒子的粒径减小，结构疏松，在添加剂作用下，煤直接液化残渣和热塑性弹性体达到了相似相容。因此在使用本发明的抗车辙添加剂拌和混合料时，使达到理想改性效果的时间明显降低，可采用干法工艺生产使用。

(2)本发明的抗车辙添加剂的密度可与基质沥青接近(密度1.045-1.105g/cm³)，在将该抗车辙添加剂与基质沥青混合使用时可以减少离析，提高沥青混合料的稳定性，尤其该抗车辙添加剂使用了具有“硬段”和“软段”结构的热塑性弹性体，制备的沥青混合料的马歇尔性能、水稳定性能、高温稳定性能及低温开裂性能等各项性能均很好。

(3)本发明抗车辙添加剂的制备方法中，抗车辙添加剂的生成过程烟气污染小，进行干法工艺拌制沥青混合料时能快速分散，与湿法工艺相比，更加节能环保。

(4)使用本发明的抗车辙添加剂拌制沥青混合料时，对基质沥青的改性效果与湿法工艺相当，但工艺简单、设备资金投入低、可连续生产、运输方便、储存稳定、易推广使用。具有很好的经济效益社会效益。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例中使用的原料：

煤直接液化残渣(神华煤制油有限公司)，软化点190℃

SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物弹性体，岳阳石化，1301)；

TPE，自制，专利ZL201010166308.5实施例1的方法

碳五石油树脂，碳九石油树脂(兰州石化)；

环烷油(克拉玛依炼油厂，K6H)；

沥青：中海70#石油沥青；

油石比：4.3％；

矿料，选用AC20型，其矿料级配见表1：

表1：矿料级配

实施例1：

将TPE4000g，煤直接液化残渣2000g，环烷油480g，碳五石油树脂60g，使用双螺杆挤出机(张家港市创佳机械有限公司，SJ系列)在120℃下挤出，然后经风冷模面切粒设备(南京广达橡塑机械厂)造粒，得到抗车辙添加剂。

造粒后所得的粒子尺寸均小于4mm，熔融指数为3.5g/10min(190℃，2.16kg)。密度为1.085g/cm³。

实施例2：

将SBS3200g，煤直接液化残渣2000g，橡胶油480g，碳九石油树脂460g，使用单螺杆挤出机(张家港市创佳机械有限公司，SJ系列)在120℃下挤出，然后经风冷模面切粒设备(南京广达橡塑机械厂)造粒，得到抗车辙添加剂。

造粒后所得的粒子尺寸均小于4mm，熔融指数为3.0g/10min(190℃，2.16kg)。密度为1.1.05g/cm³。

实施例3

将SBS2000g，煤直接液化残渣2000g，橡胶油480g，C9石油树脂480g，使用单螺杆挤出机(张家港市创佳机械有限公司，SJ系列)在120℃下挤出，然后经风冷模面切粒设备(南京广达橡塑机械厂)造粒，得到抗车辙添加剂。

造粒后所得的粒子尺寸均小于4mm，熔融指数为3.8g/10min(190℃，2.16kg)。密度为1.045g/cm³。

测试实施例1-3得到的抗车辙添加剂的熔融指数。并将上述的添加剂置入沥青混合料中观察分散均匀性，见表2。

表2 熔融指数和分散性结果

实施例4 制备沥青混合料

将实施例1所得到的抗车辙添加剂(37.7g)投入到容纳有160℃热矿料(5100g)的拌和机中干法拌和10秒，再通过沥青泵喷入中海70#基质沥青(212.3g)拌和40秒，得到沥青混合料。

实施例5 制备沥青混合料

将所得实施例2所得到的抗车辙添加剂(50.5g)投入到容纳有150℃的热矿料(5100g)的拌和机中干法拌和30秒，再通过沥青泵喷入中海70#基质沥青(230g)拌和20秒，得到沥青混合料。

实施例6 制备沥青混合料

将所得实施例3所得到的抗车辙添加剂(48.7g)投入到容纳有150℃的热矿料(5100g)的拌和机中干法拌和30秒，再通过沥青泵喷入中海70#基质沥青(200g)拌和20秒，得到沥青混合料。

性能测试

按照中国交通部门行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》中的测试方法，分别对70#基质石油沥青混合料以及上述实施例中制备得到的沥青混合料进行高低温和水稳定性等性能测试。测试结果见表3。

表3 沥青混合料性能验证结果

从上述数据可知，煤直接液化残渣抗车辙添加剂产品在抗车辙、抗水损坏、低温抗裂和抗老化等路用性能方面性能较好，可显著延长重载交通、高温多雨地区沥青路面的使用寿命，本产品具有强大的抗车辙能力。且经测算，本项目添加剂价格低廉，具有极大的性价比优势。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。对本领域技术人员来说，从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，或现有技术的替代，以及特征的等效变化或修饰，都能实现本专利描述的功能和效果，均属本专利保护范围。

Claims (8)

1.一种含有煤直接液化残渣的抗车辙添加剂，其特征在于，包括煤直接液化残渣、热塑性弹性体和添加剂，所述的煤直接液化残渣和热塑性弹性体的重量比为1:1-4，所述的添加剂占所述的煤直接液化残渣和热塑性弹性体的重量和的5％-20％。

2.根据权利要求1所述的抗车辙添加剂，其特征在于：所述煤直接液化残渣中沥青质含量为60-85％；C和H元素相对含量为70-90％。

3.根据权利要求1所述的抗车辙添加剂，其特征在于，所述热塑性弹性体为苯乙烯丁二烯共聚物，和/或橡塑合金类热塑性弹性体。

4.根据权利要求1所述的抗车辙添加剂，其特征在于：所述的添加剂为油和/或石油树脂，所述的油选自橡胶油、芳烃油和环烷油中的一种或者几种；所述的石油树脂选自C9，C7或者C5石油树脂中的一种或者几种。

5.一种权利要求1-4任一所述的抗车辙添加剂的制备方法，其特征在于，该方法包括：将煤直接液化残渣、热塑性弹性体和添加剂按比例混合，经螺杆挤出机挤出、风冷模面切粒设备造粒制得。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的挤出温度为120-230℃。

7.权利要求1-4中任一所述的抗车辙添加剂在制备沥青混合料中的应用。

8.一种沥青混合料，其包括抗车辙添加剂、矿料和基质沥青，所述抗车辙添加剂、矿料和基质沥青的重量比为0.2-1.4：94-96：2.9-5.4，所述抗车辙添加剂为权利要求1-4中任一所述的抗车辙添加剂。