CN105254206A - 一种沥青阻燃剂、其制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及阻燃沥青技术领域，具体提供一种沥青阻燃剂，包括以下重量比的组分：40％-60％的环氧树脂包覆聚磷酸铵、10％-20％的无机阻燃剂、10％-20％的硼酸锌、10％-20％的硅藻土、2％-4％的表面改性剂以及1％-3％的抗氧剂。本发明还提供该沥青阻燃剂的制备方法及应用。本发明的沥青阻燃剂具有较高的阻燃效率，可使沥青的极限氧指数提高至24以上，既能阻止有焰燃烧也能抑制阴燃；与沥青的相容性好，能够在沥青混合料中均匀分散并有着较好的亲和力，同时不影响沥青混合料的各项技术指标；不产生有毒气体，安全环保；生产工艺简单，成本较低，质量稳定。

Description

一种沥青阻燃剂、其制备方法及应用

【技术领域】

本发明涉及阻燃沥青技术领域，具体涉及一种沥青阻燃剂、其制备方法及应用。

【背景技术】

伴随着我国高速公路的飞速发展，沥青路面材料已经成为我国道路铺装的主流，沥青路面是一种半刚性路面，具有减震舒适、易于保养等特点，是目前公路隧道的首选路面形式。沥青以树脂和橡胶为基体，具有一定的可燃性，在发生交通事故时往往伴随火灾，沥青路面也会同时起火或者生成浓烟，不仅在无形中增加了抢险救灾和人员逃生的难度，而且增加了公路隧道的养护成本。

现有技术一般采用在沥青混合料中添加能阻止聚合物材料引燃或抑制火焰传播的阻燃剂，以实现减缓或终止燃烧达到阻燃的目的。但目前将阻燃剂添加至基质沥青或改性沥青中加工成阻燃沥青或其混合料的方法会导致阻燃剂中的有机组分在高温贮存过程中部分分解产生有害气体，对环境造成危害并影响实际阻燃效果，阻燃剂中的无机组分则在高温贮存过程中产生离析，会使阻燃效果受到打折并加速路面的损害。并且，现有阻燃剂大多价格高，使用量大，阻燃效果欠佳，甚至有些阻燃剂会影响沥青混合料的各项路用性能。

鉴于此，探索一种阻燃效率高、成本低、环保并且生产工艺简单的沥青阻燃剂、其制备方法及应用至关重要。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供一种阻燃效率高、成本低、环保并且生产工艺简单的沥青阻燃剂、其制备方法及应用。

本发明采用如下技术方案：

一种沥青阻燃剂，包括以下重量比的组分：

40％-60％的环氧树脂包覆聚磷酸铵、10％-20％的无机阻燃剂、10％-20％的硼酸锌、10％-20％的硅藻土、2％-4％的表面改性剂以及1％-3％的抗氧剂。

优选地，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂以及缩水甘油胺型环氧树脂中的至少一种。

优选地，所述环氧树脂包覆聚磷酸铵中的聚磷酸铵，分子式为(NH₄PO₃)n，聚合度n≥700。

优选地，所述无机阻燃剂为氢氧化镁和/或氢氧化铝。

优选地，所述表面改性剂为钛酸酯类、铝酸酯类或硅烷类。

优选地，所述表面改性剂为硅烷偶联剂。

优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂168中的至少一种。

一种制备上述沥青阻燃剂的方法，包括：按重量比将环氧树脂包覆聚磷酸铵、无机阻燃剂、硼酸锌、硅藻土及抗氧剂投放至混料机中，并加热至50℃-80℃，高速搅拌10min-30min；按重量比加入表面改性剂，高速搅拌20min-40min后，再用双螺旋杆挤出机混炼、挤出、切割或粉磨。

一种上述沥青阻燃剂的应用，用于制备阻燃沥青混合料，包括：向沥青中加入5％-20％沥青重量的沥青阻燃剂，得到所述阻燃沥青混合料。

优选地，所述阻燃沥青混合料还包括石料和矿粉，将所述沥青和石料加热至140℃-190℃，搅拌混匀；加入所述沥青阻燃剂及矿粉，搅拌均匀。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供的沥青阻燃剂具有较高的阻燃效率，可使沥青的极限氧指数提高至24以上，既能阻止有焰燃烧也能抑制阴燃；与沥青的相容性好，能够在沥青混合料中均匀分散并有着较好的亲和力，同时不影响沥青混合料的各项技术指标；不产生有毒气体，安全环保；生产工艺简单，成本较低，质量稳定。

【具体实施方式】

本申请的沥青阻燃剂，包括以下重量比的组分：40％-60％的环氧树脂包覆聚磷酸铵、10％-20％的无机阻燃剂、10％-20％的硼酸锌、10％-20％的硅藻土、2％-4％的表面改性剂以及1％-3％的抗氧剂。

其中，环氧树脂包覆聚磷酸铵、无机阻燃剂和硼酸锌能增加阻燃剂的协同作用，提高阻燃效率，抗氧剂能增加该沥青阻燃剂的效果周期，减缓自然衰减过程，而钛酸酯类、铝酸酯类或硅烷类的表面改性剂则通过偶联作用，使得该沥青阻燃剂的各组分有机结合，提高阻燃剂与聚合物基体的相容性，以及与沥青的相容性，使得该沥青阻燃剂能够在沥青混合料中均匀分散并有着较好的亲和力，同时不影响沥青混合料的各项技术指标。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。除注明的具体条件外，实施例中的实验方法均按照常规条件进行。

实施例1

在混料机中，按重量比首先加入40％的环氧树脂包覆聚磷酸铵、20％的无机阻燃剂、15％的硼酸锌、20％的硅藻土及1％的抗氧剂，并加热至65℃，高速搅拌20min使混合均匀，随后向混料机中加入4％的表面改性剂，并加速搅拌30min，最后将混合均匀的物料通过双螺旋杆挤出机混炼、挤出、切割或粉磨，即可得到沥青阻燃剂。

在本实施例中，环氧树脂包覆聚磷酸铵具体为双酚A型环氧树脂包覆聚磷酸铵，在其它实施例中，该环氧树脂还可为双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂以及缩水甘油胺型环氧树脂中的至少一种。本实施例的聚磷酸铵的分子式为(NH₄PO₃)n，该聚合度n≥700；无机阻燃剂为氢氧化镁；抗氧剂为抗氧剂1010；表面改性剂为硅烷偶联剂。

在本实施例的具体应用中，取基质沥青或改性沥青、石料和矿粉制备沥青混合料，并向该沥青混合料中加入5％-20％沥青重量的上述沥青阻燃剂。具体地，首先将沥青和石料加热至140℃并搅拌均匀，然后按配比加入上述沥青阻燃剂及矿粉并搅拌均匀，即制得阻燃沥青混合料。该沥青混合料不产生有毒气体，安全环保；生产工艺简单，成本较低，质量稳定。

为了更详尽的描述本发明，分别取沥青重量5％、10％、15％及20％的沥青阻燃剂制得沥青混合料，并测试所得沥青的极限氧指数，同时以不添加沥青阻燃剂的沥青作为参照实验，极限氧指数测试结果如表1所示：

表1极限氧指数测试结果

氧指数是指在规定的试验条件下以及室温中，材料在O₂、N₂混合气体中刚好维持发焰燃烧时的最小氧浓度，并以体积的百分率表示，其氧指数越高表明阻燃性能越好。由表1可知，由本实施例添加了沥青阻燃剂的沥青，其极限氧指数可提高至24以上，远大于不添加阻燃剂的沥青，说明本实施例的沥青阻燃剂具有较高的阻燃效率，在实际应用中既能阻止有焰燃烧也能抑制阴燃。

实施例2

在混料机中，按重量比首先加入50％的环氧树脂包覆聚磷酸铵、15％的无机阻燃剂、20％的硼酸锌、10％的硅藻土及2％的抗氧剂，并加热至50℃，高速搅拌10min使混合均匀，随后向混料机中加入3％的表面改性剂，并加速搅拌20min，最后将混合均匀的物料通过双螺旋杆挤出机混炼、挤出、切割或粉磨，即可得到沥青阻燃剂。

在本实施例中，环氧树脂包覆聚磷酸铵具体为双酚F型环氧树脂包覆聚磷酸铵，在其它实施例中，该环氧树脂还可为双酚A型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂以及缩水甘油胺型环氧树脂中的至少一种。本实施例的聚磷酸铵的分子式为(NH₄PO₃)n，该聚合度n≥700；无机阻燃剂为氢氧化铝；抗氧剂为抗氧剂1098；表面改性剂为钛酸酯类改性剂。

其中，环氧树脂包覆聚磷酸铵、无机阻燃剂氢氧化铝和硼酸锌能增加阻燃剂的协同作用，提高阻燃效率，抗氧剂1098能增加该沥青阻燃剂的效果周期，减缓自然衰减过程，而硅烷偶联剂则通过偶联作用，使得该沥青阻燃剂的各组分有机结合，提高阻燃剂与聚合物基体的相容性，以及与沥青的相容性，使得该沥青阻燃剂能够在沥青混合料中均匀分散并有着较好的亲和力，同时不影响沥青混合料的各项技术指标。

在本实施例的具体应用中，取基质沥青或改性沥青、石料和矿粉制备沥青混合料，并向该沥青混合料中加入5％-20％沥青重量的上述沥青阻燃剂。具体地，首先将沥青和石料加热至155℃并搅拌均匀，然后按配比加入上述沥青阻燃剂及矿粉并搅拌均匀，即制得阻燃沥青混合料。该沥青混合料不产生有毒气体，安全环保；生产工艺简单，成本较低，质量稳定。

实施例3

在混料机中，按重量比首先加入60％的环氧树脂包覆聚磷酸铵、10％的无机阻燃剂、10％的硼酸锌、15％的硅藻土及3％的抗氧剂，并加热至80℃，高速搅拌30min使混合均匀，随后向混料机中加入2％的表面改性剂，并加速搅拌40min，最后将混合均匀的物料通过双螺旋杆挤出机混炼、挤出、切割或粉磨，即可得到沥青阻燃剂。

在本实施例中，环氧树脂包覆聚磷酸铵具体为多酚型缩水甘油醚环氧树脂，在其它实施例中，该环氧树脂还可为双酚F型环氧树脂、双酚A型环氧树脂包覆聚磷酸铵、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂以及缩水甘油胺型环氧树脂中的至少一种。本实施例的聚磷酸铵的分子式为(NH₄PO₃)n，该聚合度n≥700；无机阻燃剂为氢氧化镁；抗氧剂为抗氧剂168；表面改性剂为铝酸酯类改性剂。

其中，环氧树脂包覆聚磷酸铵、无机阻燃剂氢氧化镁和硼酸锌能增加阻燃剂的协同作用，提高阻燃效率，抗氧剂168能增加该沥青阻燃剂的效果周期，减缓自然衰减过程，而硅烷偶联剂则通过偶联作用，使得该沥青阻燃剂的各组分有机结合，提高阻燃剂与聚合物基体的相容性，以及与沥青的相容性，使得该沥青阻燃剂能够在沥青混合料中均匀分散并有着较好的亲和力，同时不影响沥青混合料的各项技术指标。

在本实施例的具体应用中，取基质沥青或改性沥青、石料和矿粉制备沥青混合料，并向该沥青混合料中加入5％-20％沥青重量的上述沥青阻燃剂。具体地，首先将沥青和石料加热至190℃并搅拌均匀，然后按配比加入上述沥青阻燃剂及矿粉并搅拌均匀，即制得阻燃沥青混合料。该沥青混合料不产生有毒气体，安全环保；生产工艺简单，成本较低，质量稳定。

为了更详尽的描述本发明，分别对实施例1至实施例3制得的添加了沥青阻燃剂的沥青混合料做性能测试，同时以不添加沥青阻燃剂的沥青作为参照实验，实验结果如表2所示：

实验项目	实施例1	实施例2	实施例3	参照
					动稳定度(次/mm)	1423	1391	1547	1328
浸水残留稳定度(％)	93.2	92.8	93.6	92
					冻融劈裂残留强度比(％)	85.3	83.4	84.6	84
低温弯曲破坏应变(με)	3029	2861	3138	2969

表2沥青混合料的性能测试

由表2可知，通过添加沥青阻燃剂，在显著提高沥青混合料阻燃效率的基础上，并不影响沥青混合料的动稳定性、浸水残留稳定度、冻融劈裂残留强度比和低温弯曲破坏应变等各项技术指标。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于上述说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种沥青阻燃剂，其特征在于，包括以下重量比的组分：

40％-60％的环氧树脂包覆聚磷酸铵、10％-20％的无机阻燃剂、10％-20％的硼酸锌、10％-20％的硅藻土、2％-4％的表面改性剂以及1％-3％的抗氧剂。

2.根据权利要求1所述的沥青阻燃剂，其特征在于：所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂以及缩水甘油胺型环氧树脂中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的沥青阻燃剂，其特征在于：所述环氧树脂包覆聚磷酸铵中的聚磷酸铵，分子式为(NH₄PO₃)n，聚合度n≥700。

4.根据权利要求1所述的沥青阻燃剂，其特征在于：所述无机阻燃剂为氢氧化镁和/或氢氧化铝。

5.根据权利要求1所述的沥青阻燃剂，其特征在于：所述表面改性剂为钛酸酯类、铝酸酯类或硅烷类。

6.根据权利要求5所述的沥青阻燃剂，其特征在于：所述表面改性剂为硅烷偶联剂。

7.根据权利要求1所述的沥青阻燃剂，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂168中的至少一种。

8.一种制备如权利要求1-7任一项所述的沥青阻燃剂的方法，其特征在于：按重量比将环氧树脂包覆聚磷酸铵、无机阻燃剂、硼酸锌、硅藻土及抗氧剂投放至混料机中，并加热至50℃-80℃，高速搅拌10min-30min；按重量比加入表面改性剂，高速搅拌20min-40min后，再用双螺旋杆挤出机混炼、挤出、切割或粉磨。

9.一种沥青阻燃剂的应用，用于制备阻燃沥青混合料，其特征在于：向沥青中加入5％-20％沥青重量的沥青阻燃剂，得到所述阻燃沥青混合料，所述沥青阻燃剂为权利要求1-7任一项所述的沥青阻燃剂。

10.根据权利要求9所述的沥青阻燃剂的应用，其特征在于：所述阻燃沥青混合料还包括石料和矿粉，将所述沥青和石料加热至140℃-190℃，搅拌混匀；加入所述沥青阻燃剂及矿粉，搅拌均匀。