CN104559232A

CN104559232A - 一种化学改性硬质沥青及制备方法

Info

Publication number: CN104559232A
Application number: CN201310495682.3A
Authority: CN
Inventors: 陈杰; 宣根海; 徐青柏; 石君章; 万淼
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2033-10-22
Also published as: CN104559232B

Abstract

本发明公开了一种化学改性硬质沥青及制备方法。该化学改性硬质沥青，以重量计包含基础沥青100份，多聚磷酸0.5～3.0份，增延剂母液2~12份，表面活性剂0.2～0.4份。制备方法是：将多聚磷酸加入到熔融态的基质沥青中，进行化学改性反应，然后加入增延剂母液，继续反应，最后加入表面活性剂，继续反应一段时间，制得化学改性硬质沥青；整个过程在高速搅拌条件下进行。本发明生产的化学改性硬质沥青，抗流动性好、软化点高、低温延度大，且与骨料粘附性好，具有优异的高温稳定性和低温抗裂性、抗疲劳性和抗水侵害性。特别适合高温、潮湿地区及昼夜温差大的地区，用于重交通道路路面铺筑，有效地防止路面车辙、拥抱、疲劳开裂、低温开裂和水侵害等常见路面破坏发生，延长路面使用寿命。

Description

一种化学改性硬质沥青及制备方法

技术领域

本发明属于石油沥青领域，具体地涉及一种化学改性硬质沥青及制备方法，特别是涉及一种高、低温使用性能优异的硬质沥青。

背景技术

全球性温室效应持续发展引发的气候异常，使沥青路面的使用环境日趋恶化。随着道路交通量和重载车辆的日益增加，沥青路面因高温和车轮碾压的共同作用引起的永久性变型和塑性流动变形破坏日趋严重，由此引发路面车辙、拥包等损害已成为沥青路面的主要病害。大量的研究和应用实践表明，抗流动性能好的高软化点、低针入度的硬质沥青作为粘结剂铺筑路面，能有效地缓解路面的车辙和拥包等流动变形病害。因此，在近年来的筑路施工应用逐渐增多，需求量不断增加。目前，欧、美等国主要是以低针入度的硬沥青或聚合物改性沥青为粘结剂，来改善路面的车辙和拥包等病害。

CN101492570A提供了一种硬质道路沥青组合物及制备方法，该产品包含25%～45%的、30%～40%硬沥青和15%～30%软化剂和入0.4%～5%的化学改性剂，其中，硬沥青为针入度≤35 1/10mm的高沥青含量的硬沥青；软化剂为蜡含量小于4 wt%，芳香分含量大于45 wt%的减三或减四抽出油、重脱沥青油、处理后的催化裂化油浆等的一种或其混合物；化学改性剂为碱类，如NaOH、KOH等的一种或多种、有机或无机盐，如环烷酸锌、环烷酸铁、硫脲等的一种或多种混合物。制备方法为：将加热至流淌状态的硬沥青、和软化剂加入反应器中，在150～170℃温度下剪切搅拌，然后加入化学改性剂剪切搅拌，制得硬质道路沥青。该发明硬沥青提高了沥青高温性能，但不能兼顾沥青的低温使用性能，低温抗裂性能不理想；使用的化学改性剂如NaOH等会对生产设备造成严重的腐蚀，降低了生产设备的使用寿命。

CN102649911A 公开了一种硬质石油沥青的制备方法。将石油渣油加热到240～320℃后进入加氮热缩聚塔，压缩氮气以0.1～0.3MPa条件下注入反应塔，通过气液相逆流接触发生热缩聚反应，反应温度260～340℃，停留时间4～6h ，制得该发明硬沥青。该方法反应温度较高，反应时间长，能耗较高，而且只提高了沥青的高温性能，但不能兼顾沥青的低温使用性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种化学改性硬质沥青，该硬质沥青粘度高，抗流动性能好，高低温性能优异，制备方法简单，适用范围广。

本发明的化学改性硬质沥青，以重量份计包含以下组分：

基础沥青：100份；

多聚磷酸：0.1～2.0份，优选0.4～1.5份；

增延剂母液：2～12份，优选4～10份；

表面活性剂：0.2～0.4份。

本发明硬质沥青中，所述的基质沥青是直馏沥青、氧化沥青或溶剂脱沥青中的一种或几种，优选25℃针入度为40～80 1/10mm的基质沥青。

本发明硬质沥青中，所述的多聚磷酸可以为P₂O₅含量≥80%工业级或试剂级的化合物，优选P₂O₅含量≥83%的多聚磷酸产品，如P₂O₅含量≥83%工业级多聚磷酸和P₂O₅含量≥84%食品级多聚磷酸。

本发明硬质沥青中，所述的增延剂母液是由5wt%～12wt%的丁苯橡胶（SBR）和88wt%～95wt%抽出油组成，根据本领域常规方法进行制备，如通过高速剪切或搅拌制成均质母液；其中SBR为本领域常规产品，如市售的各种产品SBR-1502和SBR-1500等；抽出油为润滑油糠醛（或酚）精制的减四线和减三线抽出油或其混合物，优选芳香烃含量50%以上的减四线抽出油。

本发明硬质沥青中，所述的表面活性剂为牛脂基丙撑二胺、氢化牛脂基丙撑二胺、月桂基丙撑二胺、十二～十八烷基丙撑二胺等一种或几种。

本发明硬质沥青中还可以根据需要加入其它添加剂，如光蔽剂、抗氧化剂、降粘剂等。

本发明化学改性硬质沥青的制备方法，包括如下内容：将多聚磷酸加入到熔融态的基质沥青中，进行化学改性反应，然后加入增延剂母液，继续反应，最后加入表面活性剂，继续反应一段时间，制得化学改性硬质沥青；整个过程在高速搅拌条件下进行。

其中，所述的熔融态的基质沥青的温度为130～160℃，反应温度为145～165℃，搅拌速度500～1500转/分；其中加入多聚磷酸后反应时间为30～200分钟，再加入增延剂母液，反应时间为10～100分钟，最后加入表面活性剂，反应时间为5～30分钟。

本发明的化学改性硬质沥青，通过多聚磷酸对沥青化学改质，显著地提高了沥青60℃动力粘度和软化点，使其具有优异的抗流动性、高温稳定性和抗老化性；而增延剂以母液形式的引入，可以用较少的聚合物添加量（丁苯橡胶用量不超过1.5%），显著提高了沥青产品的低温性能，同时也为沥青体系提供了部分富芳软组分，改善了硬质沥青的组成结构，使硬质沥青胶体结构发育更完善，贮存更加稳定，抗老化性及抗疲劳性能也得到有效改善。本发明化学改性的度硬质沥青中还添加少量表面活性剂，能中和沥青体系中的多聚磷酸，阻止化学反应的继续进行，使沥青产品性能更稳定，还改善沥青产品与石料间的表面自由能，增强了沥青与石料的粘附性能，显著改善沥青路面的抗热老化性及抗水损害性能。

本发明的化学改性硬质沥青，具有较高的60℃动力粘度（提高5倍以上）、软化点和较大的低温延伸度（大于100cm），且与石料粘附性能好，不但具有优异的高温稳定性、抗老化性、抗疲劳性，抗水侵害性能，还具有优异的低温使用性能，是高、低温使用性能兼具的优质道路沥青材料。特别适合高温、潮湿地区及昼夜温差大的地区，用于交通量大、重轴载的重交通道路路面铺筑，有效地防止路面车辙、拥抱、疲劳开裂、低温开裂和水侵害等常见路面破坏发生，延长路面使用寿命。本发明化学改性的度硬质沥青制备方法简单，无需特殊设备，且反应温度较低，能耗小，烟雾等有害气体的排放较少，有利于环境保护。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例来进一步阐述本发明内容，这些实施例对本发明不起限制作用。其中涉及的多聚磷酸为寿光市昊罡化工有限公司生产的工业级多聚磷酸，P₂O₅含量≥84%，粘度为35000厘泊；增延剂为丁苯橡胶（SBR）含量为10 m%的母液，其中，使用的丁苯橡胶（SBR）为中国石油吉林石化公司生产的SBR-1500；抽出油为荆门石化生产的减四线糠醛精致抽出油，芳烃含量55%；表面活性剂为山东滨州旺宏化工有限公司生产的N-牛脂基-1,3丙撑二胺和上海嶅稞实业有限公司生产的N-十四烷基-1,3丙撑二胺。

实施例1

选针入度56 1/10mm，软化点52.3℃的沥青为基础沥青，将加热到145℃，至熔融流淌状态，取100份基质沥青送入反应罐中，并启动搅拌器，将反应罐温度维持在155℃，将0.8份的多聚磷酸加入反应罐中，在搅拌速度1000转/分钟条件下反应80分钟，再加入4份增延剂母液，继续高速搅拌反应60分钟，最后加入0.2份的N-牛脂基-1,3丙撑二胺，搅拌反应15分钟，制得本发明化学改性的度硬质沥青，产品性质见表1。

实施例2

按照实施例1工艺方法制备化学改性的硬质沥青，不同的是多聚磷酸加入量为1.2份，增延剂加入量为5.0份，N-十四烷基-1,3丙撑二胺加入量为0.3份。其产品性质见表1。

实施例3

按照实施例1工艺方法制备化学改性的硬质沥青，不同的是多聚磷酸加入量为1.5份，增延剂加入量为6.0份，N-牛脂基-1,3丙撑二胺加入量为0.3份。其产品性质见表1。

实施例4

按照实施例1工艺方法制备化学改性的硬质沥青，不同的是多聚磷酸加入量为2.0份，增延剂加入量为8.0份，N-牛脂基-1,3丙撑二胺加入量为0.2份，N-十四烷基-1,3丙撑二胺0.2份。其产品性质见表1。

比较例1

参照实施例1，将基础沥青加热到145℃，至熔融流淌状态，取100份基础沥青送入反应罐中，并启动搅拌器，将反应罐温度维持在155℃，将1.5份的多聚磷酸加入反应罐中，在搅拌速度1000转/分钟条件下反应80分钟，再加入0.3份的N-牛脂基-1,3丙撑二胺，搅拌反应15分钟，制得对比沥青，产品性质见表1。

比较例2

参照实施例1，将基础沥青加热到145℃，至熔融流淌状态，取100份基础沥青送入反应罐中，并启动搅拌器，将反应罐温度维持在155℃，将1.5份的多聚磷酸加入反应罐中，在搅拌速度1000转/分钟条件下反应80分钟，再加入6份增延剂母液，继续高速搅拌反应60分钟，制得对比沥青，产品性质见表1。

比较例3

参照实施例1，将基础沥青加热到145℃，至熔融流淌状态，取100份基础沥青送入反应罐中，并启动搅拌器，将反应罐温度维持在155℃，加入0.3份的N-牛脂基-1,3丙撑二胺，搅拌反应15分钟，制得对比沥青。其产品性质见表1。

表1实施例和比较例沥青产品组成及性质。

Claims

1.一种化学改性硬质沥青，其特征在于：以重量份计包含以下组分：

基础沥青：100份；

多聚磷酸：0.1～2.0份，优选0.4～1.5份；

增延剂母液：2～12份，优选4～10份；

表面活性剂：0.2～0.4份；

其中，所述的增延剂母液由5wt%～12wt%的丁苯橡胶和88wt%～95wt%抽出油组成。

2.按照权利要求1所述的硬质沥青，其特征在于：以重量份计包含以下组分：

基础沥青：100份；

多聚磷酸：0.4～1.5份；

增延剂母液：4～10份；

表面活性剂：0.2～0.4份。

3.按照权利要求1或2所述的硬质沥青，其特征在于：所述的基质沥青是直馏沥青、氧化沥青或溶剂脱沥青中的一种或几种，25℃针入度为40～80 1/10mm。

4.按照权利要求1或2所述的硬质沥青，其特征在于：所述的多聚磷酸可以为P₂O₅含量≥80%工业级或试剂级的化合物。

5.按照权利要求1或2所述的硬质沥青，其特征在于：所述的抽出油为润滑油糠醛（或酚）精制的减四线和减三线抽出油或其混合物。

6.按照权利要求1或2所述的硬质沥青，其特征在于：所述的表面活性剂为牛脂基丙撑二胺、氢化牛脂基丙撑二胺、月桂基丙撑二胺、十二～十八烷基丙撑二胺一种或几种。

7.一种权利要求1所述的硬质沥青的制备方法，其特征在于包括如下内容：将多聚磷酸加入到熔融态的基质沥青中，进行化学改性反应，然后加入增延剂母液，继续反应，最后加入表面活性剂，继续反应一段时间，制得化学改性硬质沥青；整个过程在高速搅拌条件下进行。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：所述的整个过程的反应温度为145～165℃。

9.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：搅拌速度500～1500转/分。

10.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：加入多聚磷酸后反应时间为30～200分钟，再加入增延剂母液，反应时间为10～100分钟，最后加入表面活性剂，反应时间为5～30分钟。