CN105778531A - 一种沥青挥发性有机物复合抑制剂、抑烟沥青及其制作方法 - Google Patents

一种沥青挥发性有机物复合抑制剂、抑烟沥青及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及沥青挥发性有机物的抑制技术领域，具体涉及一种沥青挥发性有机物复合抑制剂、抑烟沥青及其制作方法。所述复合抑制剂包括按重量份计的以下组分：SBS改性剂3‑7份，活性炭1.5‑5份，镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物1.5‑6份。所述抑烟沥青包括按重量份计的以下组分：基质沥青87‑90份，SBS改性剂4‑5份，活性炭2‑4份，镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物2‑4份。制作抑烟沥青方法为：将基质沥青加热至150‑170℃并保温搅拌；在搅拌过程中，按SBS改性剂、活性炭、镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物的顺序加入到基质沥青中；搅拌结束后进行剪切。添加了本发明复合抑制剂的沥青对气体的释放要明显由于其他抑制剂改性而成的抑烟沥青，大达降低了沥青VOC释放量。

Description

一种沥青挥发性有机物复合抑制剂、抑烟沥青及其制作方法
技术领域
本发明涉及沥青挥发性有机物的抑制技术领域，具体涉及一种沥青挥发性有机物复合抑制剂、抑烟沥青及其制作方法。
背景技术
沥青挥发性有机物(VOC)是沥青及其制品在生产、加工和使用过程中所形成的含有少量固、液态颗粒物和多种类气态物质的混合烟雾，成分复杂，大量研究分析表明，沥青挥发性有机物的一百余种成分中包含咔唑、吡啶、萘、菲、蒽、酚等物质，其中苯并芘类、蒽萘类、吖啶类、吡啶类、酚类等物质对人体健康有严重危害。沥青挥发性有机物通过人体呼吸进入呼吸系统和血液循环系统，并刺激人体视觉和嗅觉器官，对从业者的身体健康造成极大威胁，同时，也会对地表土壤、水体、地面动植物等造成多方面的污染，对自然环境造成不可逆转的损害，此外，沥青挥发性有机物的释放，加快了沥青的老化，使沥青路面的使用寿命变短，间接加快资源、能源消耗。
根据沥青VOC的成分及其抑制原理，目前能够减少沥青VOC释放的抑制剂种类主要包括以下几类：
(1)聚合物改性剂
该改性剂主要是通过在沥青内部形成网状结构，从而使沥青内部结构更加紧密，沥青内部的小分子成分被固定在形成的网状框架结构内，当沥青在生产运输或是路面铺筑过程中受热，小分子物质不易逸出到沥青表面挥发，从而减少沥青VOC和沥青烟的的释放。聚合物改性剂的作用机理一是由于物理作用，形成网状结构，固定小分子物质，二是由于化学作用，阻止某些中间产物的产生，从而切断VOC形成过程，达到抑制VOC的作用，但是通过前期研究，聚合物物理形成网络结构对沥青VOC的抑制作用更为明显，效果更好。
(2)吸附剂
吸附剂分为物理吸附剂和化学吸附剂。某些吸附剂为多孔结构，能够提供巨大的表面积，其孔壁上有较大的分子键作用应力，将其掺加到沥青中对其进行改性后，沥青中的小分子物质被空隙吸收并固定，使沥青的稳定性更强，在受热或是光线照射作用时不容易发生结构变化，从而减少了沥青VOC的排放，达到减少烟气的作用。
(3)阻燃剂
其原理包括中断热交换阻燃和凝聚相阻燃，前者是利用阻燃剂阻断沥青与热量的关系，如氢氧化铝、氢氧化镁等物质，受热时会吸收大量热量，从而降低沥青表面温度，使沥青在中途即中断燃烧。凝聚相阻燃的原理是阻止沥青热分解和可燃气体的排放。但是阻燃剂的添加，一般会对沥青的性能产生一定的负面影响，并且由于阻燃剂吸收热量大，沥青温度低、降温快，为现场施工带来一定的难度，因此，在国内外沥青VOC的抑制剂使用中，多不选择阻燃剂。
现阶段研发的沥青挥发性有机物抑制剂效果并不明显，且成分复杂，制备工艺繁琐，抑制原理不清晰，因此，效果优良、制备简单的沥青VOC复合抑制剂的研发至关重要。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明目的在于提供一种沥青挥发性有机物复合抑制剂、改性沥青及其制作方法，目的在于减少VOC释放，起到保护和改善环境的目的。
本发明技术方案如下：
一种沥青挥发性有机物复合抑制剂，所述复合抑制剂包括按重量份计的以下组分：
SBS改性剂3-7份，活性炭1.5-5份，镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物1.5-6份。
所述复合抑制剂包括按重量份计的以下组分：
SBS改性剂4-5份，活性炭2-4份，镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物2-4份。
所述SBS改性剂为星型的SBS道改二号，嵌段比4/6，挥发分≤0.7％，灰分≤0.2，纯度≥99％，密度为0.95g/m3。
所述活性炭纯度≥95％，比表面积1500-2000m2/g，密度0.5g/m3，粒度D90＝40-60。
所述镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物纯度≥99.5％，密度1.7g/m3，粒度D90＝0.3-0.5。
一种抑烟沥青，所述抑烟沥青包括按重量份计的以下组分：基质沥青87-90份，SBS改性剂4-5份，活性炭2-4份，镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物2-4份。
制作所述的抑烟沥青，特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)将基质沥青加热至150-170℃并保温搅拌；
2)在步骤1)搅拌过程中，按照SBS改性剂、活性炭、镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物的顺序分多次少量加入到基质沥青中；
3)搅拌结束后进行剪切；
完成抑烟沥青的制作。
所述步骤1)搅拌速率为330-360r/min，搅拌时间25-40min。
所述步骤3)剪切速率为3800-5000r/min，剪切时间为0.8-1.5h。
所述SBS改性剂，是由苯乙烯(硬段S)和丁二烯(软段B)组成的，软段作为连续相，使SBS呈高弹性态，硬段分布于丁二烯之间作为分散相起固定和补强作用，SBS兼具有橡胶的弹性和树脂的热塑性。
本发明提供一种沥青挥发性有机物复合抑制剂、抑烟沥青及其制作方法，有益效果如下：
1、SBS改性剂对沥青组分有溶胀、束缚、吸附及交联作用，可以将沥青中的轻组分进行固定并阻止其挥发，从而达到具备减少沥青VOC释放；
2、活性炭为细小颗粒状，具有多孔结构，提供了较大的比表面积，充分分布于炭粒中，具有很强的吸附能力，此外，活性炭孔壁上大量分子间也可以产生强大的吸引力，将沥青产生的挥发性有机物吸附在活性炭孔径中；
3、镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物无机表层的表层金属元素和负离子层之间的表层能够以化学方式吸收紫外辐射，因此有抵抗紫外光的作用，而光线照射是沥青VOC产生的一个重要条件，并且镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物的微观分子结构为层状，对沥青小分子成分有一定的固定作用，从而抑制其逸出形成VOC。
4、添加了本发明复合抑制剂的A6的抑烟沥青对气体的释放要明显由于其他抑制剂改性而成的抑烟沥青，大达降低了沥青VOC释放量。
附图说明
图1：本发明复合抑制剂对分子量为44气体挥发量的影响；
图2：本发明复合抑制剂对分子量为46气体挥发量的影响；
图3：本发明复合抑制剂对分子量为128气体挥发量的影响；
图4：本发明复合抑制剂对分子量为152气体挥发量的影响；
图5：本发明复合抑制剂对分子量为191气体挥发量的影响；
图6：本发明复合抑制剂对分子量为212气体挥发量的影响。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例1
选用90#道路石油沥青，按照复合抑制剂添加顺序和改性工艺制备沥青挥发性有机物抑制抑烟沥青，抑烟沥青(改性沥青)各组分质量百分数为：基质沥青-91％、SBS改性剂-4％、活性炭-3％、镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物-2％。根据《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》部颁沥青基本性能试验方法，测试其针入度、软化点、抗老化能力等参数，数据如表1。
表1沥青基本性能测试结果1
本发明复合抑制剂加入沥青后，沥青的针入度降低，软化点上升，残留针入度上升，软化点增量减小，这说明复合抑制剂的掺入使得沥青粘度变大、高温性能和抗老化性能变好。
实施例2
根据《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》部颁沥青混合料基本性能试验方法，测试改性沥青混合料稳定度、劈裂强度、高温稳定性等参数，数据如表2。
表1沥青基本性能测试结果2
抑烟(改性)沥青的残留稳定度比PJ90基质沥青分别高出10.9％，冻融循环强度比比PJ90基质沥青分别高出17.51％。说明复合抑制剂的掺入增强了沥青的粘附强度，提高了沥青混合料的抗水损害性能。
实施例3
STA 449 F3 Jupiter是耐驰公司推出的一台同步TG-DSC热分析仪，覆盖-150℃至2000℃的宽广的温度范围，具有高解析度(0.1μg)，本发明中用此仪器测定沥青挥发性有机物中特定组分，评价复合抑制剂对沥青VOC的抑制作用。其中，A1-A5为其他类型的沥青VOC抑制剂，A6为本发明沥青VOC复合抑制剂。选取PJ90基质沥青和加入复合抑制剂的PJ90抑烟沥青，升温速率控制为10℃/min，从室温加热到250℃进行质谱分析，从而评价沥青VOC的挥发量。
选取分子量为44和46的两种气体，通过其释放速率评价抑制剂作用，结果见图1、2。
由图1、2可以看出，相同条件下，添加了本发明复合抑制剂的A6的抑烟沥青对于分子量为44和46两种小分子气体的释放要明显由于其他五种抑制剂改性而成的抑烟沥青，大达降低了沥青VOC释放量。
实施例4
选取分子量为128和152的两种气体，通过其释放速率评价抑制剂作用，结果见图3、4。
由图3、4可以看出，相同条件下，添加了本发明复合抑制剂的A6的抑烟沥青对于分子量为128和152两种多环芳烃气体的释放要明显由于其他五种抑制剂改性而成的抑烟沥青，大达降低了沥青VOC释放量。
实施例5
选取分子量为191和212的两种气体，通过其释放速率评价抑制剂作用，结果见图5、6。
由图5、6可以看出，相同条件下，添加了本发明复合抑制剂的A6的抑烟沥青对于分子量为191和212两种多环芳烃气体的释放要明显由于其他五种抑制剂改性而成的抑烟沥青，大达降低了沥青VOC释放量。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种沥青挥发性有机物复合抑制剂，其特征在于：所述复合抑制剂包括按重量份计的以下组分：
SBS改性剂3-7份，活性炭1.5-5份，镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物1.5-6份。
2.根据权利要求1所述的复合抑制剂，其特征在于：所述复合抑制剂包括按重量份计的以下组分：
SBS改性剂4-5份，活性炭2-4份，镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物2-4份。
3.根据权利要求1或2所述的复合抑制剂，其特征在于：所述SBS改性剂为星型的SBS道改二号，嵌段比4/6，挥发分≤0.7%，灰分≤0.2，纯度≥99%，密度为0.95g/m3。
4.根据权利要求1或2所述的复合抑制剂，其特征在于：所述活性炭纯度≥95%，比表面积1500-2000㎡/g，密度0.5g/m3，粒度D90=40-60。
5.根据权利要求1或2所述的复合抑制剂，其特征在于：所述镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物纯度≥99.5%，密度1.7g/m3，粒度D90=0.3-0.5。
6.一种抑烟沥青，其特征在于，所述抑烟沥青包括按重量份计的以下组分：基质沥青87-90份，SBS改性剂4-5份，活性炭2-4份，镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物2-4份。
7.制作权利要求6所述的抑烟沥青，特征在于，所述方法包括以下步骤：
1）将基质沥青加热至150-170℃并保温搅拌；
2）在步骤1）搅拌过程中，按照SBS改性剂、活性炭、镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物的顺序分多次少量加入到基质沥青中；
3）搅拌结束后进行剪切；
完成抑烟沥青的制作。
8.根据权利要求7的方法，特征在于：所述步骤1）搅拌速率为330-360 r/min，搅拌时间25-40 min。
9.根据权利要求7的方法，特征在于：所述步骤3）剪切速率为3800-5000 r/min，剪切时间为0.8-1.5 h。
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