CN104672930A

CN104672930A - 一种sbs改性沥青的连续生产工艺

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Publication number: CN104672930A
Application number: CN201510102882.7A
Authority: CN
Inventors: 李玉森; 李洪斗; 高娜
Original assignee: Zhong Huahongrun Petrochemical Complex Co Ltd
Current assignee: Zhong Huahongrun Petrochemical Complex Co Ltd
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2015-06-03

Abstract

本发明涉及一种道路用SBS改性沥青的连续生产工艺。包括以下步骤：（1）加热升温：将100重量份70号或90号重交道路沥青加热升温至191～194℃；（2）预混搅拌:将步骤（1）的沥青按100重量份与3.5～3.9重量份线型SBS改性剂、0.25～0.29重量份稳定剂、0.01～0.1重量份抗老化剂配比搅拌，形成沥青混合料，所述线型SBS相对分子质量不大于20万，搅拌温度189～192℃，搅拌时间12～24秒；（3）剪切研磨：将沥青混合料在186～190℃条件下剪切研磨，使86%以上的SBS改性剂被粉碎成粒径2～5微米的颗粒；（4）搅拌发育：将剪切研磨的混合料输送到发育罐中，在175～179℃条件下连续搅拌1小时，即得到满足要求的SBS改性沥青。本发明的生产工艺生产效率高，改性效果好且环保节能。

Description

一种SBS改性沥青的连续生产工艺

技术领域

本发明涉及一种改性沥青的生产方法技术领域，特别涉及一种道路用SBS改性沥青的连续生产工艺。

背景技术

SBS改性沥青是在基质沥青中添加少量的SBS热塑性橡胶，通过一定的工艺加工而成。SBS是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段式共聚合物，外观成白色爆米花状，质轻多孔，在低于聚苯乙烯组分玻璃化转变温度时是强韧的高弹性材料，而在较高温度下，又成为接近线性聚合物的流动状态。它既具有橡胶的弹性性质，又有树脂的热塑性性质,因此具有弹性好、抗拉强度高、低温变形性能好等优点，可提高沥青的高温稳定性和低温抗裂性。

SBS所以能被广泛地应用于改性沥青与它独特的结构有关；在SBS的烯嵌段共聚物中, 由于聚苯乙烯与丁二烯在常温下的不相容性，而共聚物中分子链之间的聚苯乙烯内聚能密度圈较大，故其两端首先分别与另外的聚苯乙烯聚集在一起，形成许多约束成分的物理交联区域，但又因起嵌段是柔性的聚丁二烯链段，这样就形成了网络状结构。

SBS的命名用四位数字，第一位1表示线型，4表示星型；第二位表示S对B的比例，3为30：70。第三位表示是否充油，0非为充油，1为充油；第四位表示相对分子质量大小，1为不大于10万，2为不大于20万，3为不大于30万。

举例说明：

根据苯乙烯与丁二烯所含比例的不同和分子结构的差异，SBS分线型结构和星型结构两种。

线型SBS的结构式为：

星型SBS的结构式为：

由SBS结构的特殊性可知，SBS改性沥青的分散性和稳定性，在很大程度上将取决于聚乙烯在沥青中的分散及稳定状况。如果苯乙烯嵌段在沥青分散得比较均匀，且比较稳定的话，那么改性效果就会显著。

SBS的改性原理：SBS聚合物在沥青中主要以微米级粒子存在，极少量分子及分子链段以溶解状态分散于沥青中，一部分大分子以相互缠绕、联结的溶胀状态分散于沥青中，因此，聚合物在沥青中将有三种存在状态，这些状态可以相互转化，从而表现出不同的流变学规律和改性效果。影响转化的因素有改性剂结构性质、基质沥青组成、温度、加工工艺等。

其中的加工工艺可以说是影响改性沥青效果的关键因素。合理的加工工艺可以使SBS改性剂以微小的颗粒均匀分散于基质沥青中，促使SBS的溶胀，提高改性效果。沥青与SBS聚合物混合形成相容体系，改善了沥青的使用性能。根据沥青的改性原理，无论聚合物吸附沥青中的油分溶胀后分散在沥青中，还是形成连续相，沥青组分分布在聚合物中，都是因为聚合物的存在改善了沥青高、低温性能，并且后者在更大程度上反映了聚合物的特性。

CN101962482B中国专利提出了一种SBS改性沥青的生产方法，该方法采用线型SBS改性剂，但生产改性沥青时需要剪切研磨二次。因此，导致剪切研磨设备磨损严重，并且生产时间长，不能有效降低生产成本。CN102010610B中国专利提出了一种SBS改性沥青的制备方法，该方法采用星型SBS改性剂，虽然可提供改性沥青的性能，但由于星型SBS改性剂比线型SBS坚硬，加工难度大。因此，生产改性沥青时剪切研磨时间长，并且在剪切研磨工序前要先混合2小时以上，不便于连续化生产，造成生产效率低。

现有技术都未提及生产过程产生的有害气体的处理流程。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种可以一次性剪切研磨完成，生产效率高，改性效果好且环保节能的连续化改性沥青生产工艺。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种SBS改性沥青的连续生产工艺，包括以下步骤：

（1）加热升温：将100重量份70号或90号重交道路沥青加热升温至191～194℃；

（2）预混搅拌:将步骤（1）的沥青按100重量份与3.5～3.9重量份线型SBS改性剂、0.25～0.29重量份稳定剂、0.01～0.1重量份抗老化剂配比搅拌，形成沥青混合料，所述线型SBS相对分子质量不大于20万，搅拌温度189～192℃，搅拌时间12～24秒；

（3）剪切研磨：将沥青混合料在186～190℃条件下剪切研磨，并使86%以上的SBS改性剂被粉碎成粒径2～5微米的颗粒；

（4）搅拌发育：将剪切研磨的混合料输送到发育罐中，在175～179℃条件下连续搅拌1小时，即得到满足要求的SBS改性沥青。

理论上，沥青加热温度超过190℃，会造成沥青老化，性能下降。本发明突破传统理论，在步骤（1）加热升温中,将沥青加热温度超过190℃。因为沥青老化需要一定时间，而本发明由于生产效率高，沥青实际超过190℃时间不到一分钟；加上本发明又添加了抗老化剂，抗老化剂可以提高改性沥青抗高温老化能力，减缓改性沥青性能衰减，延长使用寿命。由于加热温度的提高，既可以促进预混搅拌过程中SBS改性剂在沥青中的溶胀，也可以提高SBS改性剂的剪切研磨效果，保证了步骤（3）使86%以上的SBS改性剂被粉碎成粒径2～5微米的颗粒。因此，本发明具有突出的实质性特点。

本发明采用相对分子质量不大于20万的线型SBS，因为线型SBS比星型SBS容易剪切研磨，并且SBS分子质量小容易与沥青相容。

本发明控制在186～190℃条件下剪切研磨，并且使86%以上的SBS改性剂被粉碎成粒径2～5微米的颗粒，这也是实现本发明构思不可或缺的条件。因为温度超过190℃，沥青易老化并且会对剪切研磨设备造成损坏，低于186℃影响研磨效果；SBS改性剂粒径太大,降低改性沥青性能，粒径太小，需要剪切研磨时间长并且容易对剪切研磨设备造成磨损。

上述特定技术特征是本发明实现一次性剪切研磨完成这一技术方案必不可缺少的有机组成部分。因此本发明可以大大提高改性沥青生产效率并且保证了改性沥青的性能符合要求。

作为针对上述技术方案的进一步改进，所述SBS改性沥青的连续生产工艺，所述0.01～0.1重量份抗老化剂在沥青加热升温同时或者之前加入混合，从而提高了改性沥青抗高温老化能力，减缓改性沥青性能衰减。

更进一步，所述SBS改性沥青的连续生产工艺，还包括搅拌发育过程中产生的有害气体处理流程：高温有害气体从发育罐顶出→冷却塔水冷却→防爆引风机→有机溶剂吸收塔去除有机有害物质→碱液吸收塔去除无机有害物质→无害化排放。

在本发明更进一步改进的技术方案中，由于增加了对改性沥青生产过程产生的有害气体处理流程，从而取得了有害气体无害化排放的技术效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

下述实施例所使用的线型SBS改性剂的型号为1401，分子量不大于10万；稳定剂为硫磺粉末；抗老化剂为石油基抗氧化剂为主剂，辅助以分散剂。从生产成本考虑，在可以生产出符合标准的改性沥青情况下，上述添加剂量尽量取靠近下限值。

本发明的稳定剂在一定的热条件下产生活性游离基，与SBS聚合物分子链、沥青活性官能团发生交联接枝反应。添加稳定剂后，使改性沥青中的聚合物相与基质沥青相之间形成一层稳定的相界面吸附层，降低相界面的表面张力，增加两相之间的亲和力；使聚合物与沥青形成稳定的胶体体系，从而提高改性沥青的热稳定性，解决改性沥青的储存离析问题。

实施例1

（1）加热升温：将90号重交道路沥青通过导热油换热器升温至192℃，经过管道泵送到预混罐中；

（2）预混搅拌：在加入沥青量铺满预混罐底时，按100重量份沥青与3.6重量份线型SBS改性剂、0.25重量份稳定剂、0.05重量份抗老化剂配比，随着沥青的流入逐渐加入SBS改性剂、稳定剂、抗老化剂，并同时搅拌混合，搅拌温度189℃，搅拌时间18秒；

（3）剪切研磨：将上述沥青混合料泵送到高剪切胶体磨中, 高剪切胶体磨速率为1吨/分钟，在187℃条件下剪切研磨，使86%以上的SBS改性剂被粉碎成粒径2～5微米的颗粒；

（4）搅拌发育：将剪切研磨的混合料输送到发育罐中，在176℃条件下连续搅拌1小时，即得到满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中I-C级要求的SBS改性沥青。

搅拌发育过程中产生的高温有害气体从发育罐顶呼吸口出来，在防爆引风机作用下,通过管道进入到冷却塔经水冷却后，输送到常二线油（柴油）溶剂吸收塔，常二线油去除油分、苯化合物后,有害气体又进入到氢氧化钠碱液吸收塔以去除无机有害物质硫化氢，最后经处理完毕的气体无害化排放。

主要化学反应有：H₂S + 2 NaOH = Na₂S + 2H₂O

其中冷却塔为水冷式，冷却部分为管壳式结构，烟气走管程，水走壳程。水冷式冷却塔利用循环水给烟气降温。冷却塔的作用是将有害气体降温，使高温有害气体冷凝，收集在冷却塔底部的集液空间内，定期放空。

有机溶剂包括常二线油、常三线油、减二线油、减三线油等。

吸收塔的工作原理利用气体与液体间的接触，而将气体中的污染物传送到液体中，然后再将清洁之气体与被污染的液体分离达成清净空气的目的。气流中的粒状污染物与洗涤液接触之后，液滴或液膜扩散附於气流粒子上，或者增湿於粒子，使粒子借着重力、惯性力等作用达到分离去除之目的。气态污染物质则借着紊流、分子扩散等质量传送以及化学反应等现象传送入洗涤液体中达到与进流气体分离之目的。有害气体经由填充式吸收塔，采气液逆向吸收方式处理，即液体自塔顶向下以雾状（或小水滴）喷洒而下。有害气体则由塔体下方向上（逆向流）达到气液接触之目的。

实施例2

（1）加热升温：将70号重交道路沥青通过导热油换热器升温至194℃，经过管道泵送到预混罐中；

（2）预混搅拌：在加入沥青量铺满预混罐底时，按100重量份沥青与3.7重量份线型SBS改性剂、0.26重量份稳定剂、0.03重量份抗老化剂配比，随着沥青的流入逐渐加入SBS改性剂、稳定剂、抗老化剂，并同时搅拌混合，搅拌温度190℃，搅拌时间16秒；

（3）剪切研磨：将上述沥青混合料泵送到高剪切胶体磨中, 高剪切胶体磨速率为1吨/分钟，在189℃条件下剪切研磨，使86%以上的SBS改性剂被粉碎成粒径2～5微米的颗粒；

（4）搅拌发育：将剪切研磨的混合料输送到发育罐中，在178℃条件下连续搅拌1小时，即得到满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中I-D级要求的SBS改性沥青。

搅拌发育过程中产生的高温有害气体从发育罐顶呼吸口出来，在防爆引风机作用下,通过管道进入到冷却塔经水冷却后，输送到减二线油（柴油）溶剂吸收塔，减二线油去除油分、苯化合物后,有害气体又进入到氢氧化钠碱液吸收塔以去除无机有害物质硫化氢，最后经处理完毕的气体无害化排放。

上述实施例得到的改性沥青，依据中华人民共和国行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG F20-2011）进行性能检测，分别符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中I-C级和I-D级要求，主要性能指标见表1。

表1 SBS改性沥青的主要性能和JTG F40-2004技术标准

注：表1中SBS改性沥青的技术指标注解：

1、针入度检验沥青的稠度的指标；

2、软化点是指在一定条件下，沥青达到某一稠度的温度，软化点越高表明沥青高温性能越好；

3、延度5℃是评定沥青塑性的指标，反映改性沥青的低温性能，数值越大表明沥青的塑性越好；

4、离析反映改性沥青的存储稳定性，数值越小存储稳定性越佳，也表明改性沥青材料更加均一。

Claims

1. 一种SBS改性沥青的连续生产工艺，包括以下步骤：

（3）剪切研磨：将沥青混合料在186～190℃条件下剪切研磨，使86%以上的SBS改性剂被粉碎成粒径2～5微米的颗粒；

2.如权利要求1所述的SBS改性沥青的连续生产工艺，其特征在于：所述0.01～0.1重量份抗老化剂在加热升温同时或者之前加入混合。

3.如权利要求1或2所述的SBS改性沥青的连续生产工艺，其特征在于：还包括搅拌发育过程中产生的有害气体处理流程：高温有害气体从发育罐顶出→冷却塔水冷却→防爆引风机→有机溶剂吸收塔去除有机有害物质→碱液吸收塔去除无机有害物质→无害化排放。