CN106633940A - 一种沥青改性剂、含该改性剂的沥青组合物及其制法 - Google Patents

一种沥青改性剂、含该改性剂的沥青组合物及其制法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种沥青改性剂、含有该改性剂的沥青组合物及其制法。该沥青改性剂组成包括膨胀石墨和偶联剂，其中偶联剂负载在膨胀石墨上，偶联剂与膨胀石墨的重量比为0.02～0.50：1，其制备方法是将可膨胀石墨高温煅烧进行膨胀，在得到的膨胀石墨上负载偶联剂。采用该改性剂制备的沥青组合物，能够提高沥青的软化点，而且不会引起沥青热储存分层离析问题。

Description

一种沥青改性剂、含该改性剂的沥青组合物及其制法
技术领域
本发明属于石油化工技术领域，主要涉及一种提高软化点的沥青改性剂、含有该改性剂的沥青组合物及其制备方法。
背景技术
与水泥路面相比，沥青路面的承载能力、感温性、高温稳定性等往往较差。在中国绝大多数地区的夏季高温约为35~40℃以上，路表温度可达60~65℃，且高温持续时间长，在重载交通作用下，沥青路面容易发生车辙、推移、拥包、泛油等高温损坏。研究表明，沥青路面的高温损坏与沥青的高温性能密切相关，沥青材料性能对高温车辙的贡献率约占40%。在中国现行标准中采用60℃粘度、软化点反映沥青的高温性能，沥青软化点实际上是一个等粘温度，也反映沥青的粘度特性。
现有技术生产高软化点道路沥青的工艺过程主要有常减压蒸馏、溶剂抽提、吹风氧化、增稠剂增粘及组分调和等。一般地，受所加工原油种类及炼厂整体加工方案制约，常减压蒸馏所生产的道路沥青粘度不大，软化点较低；溶剂抽提工艺装置可以生产较高软化点沥青，但是其能耗较高；吹风氧化工艺由于所排放尾气中含有有毒有害物质而被限制使用。通常可行的方法之一是采用组分调和增粘工艺。
组分调和增粘通常采用高软化点的天然沥青等为第三调和组分，与普通道路沥青调合生产不同粘度的道路沥青产品。CN101195758A公开了一种利用天然沥青粉与渣油或石油沥青在180℃-320℃条件下生产较高软化点沥青的方法。由于受沥青矿资源制约，天然沥青产能有限，该技术应用范围较小。
CN1765999A公开了一种沥青增稠剂以及沥青组合物，其中增稠剂为金属化合物和含苯环的过氧化物。CN101074322A公开了一种沥青改性剂及沥青组合物，其中改性剂包括金属化合物和含苯环的过氧化物以及树脂类物质。上述方法采用增稠的方法，降低沥青的针入度。但是，其改性剂包括金属化合物和过氧化物，金属化合物与沥青的相容性不好，过氧化物容易腐蚀设备。
CN102134829A公开了一种自调温冷拌沥青混凝土，由集料、复合相变材料、水和改性乳化沥青原料制备而成，各原料所占重量百分数为：集料70～80 填料1～3%、复合相变材料5～10%、水8～10%、改性乳化沥青6～8%。所述相变材料为石蜡与膨胀石墨复合而成。该方法是用来制备沥青混凝土的，其中石蜡作相变物质，膨胀石墨作为支撑载体，利用石蜡的相变来吸热和放热，从而降低沥青混凝土路面的温度。
发明内容
为了克服现有技术中的不足之处，本发明提供了一种提高软化点的沥青改性剂及其制备方法。本发明还提供了一种含该改性剂的沥青组合物及其制备方法。采用该改性剂制备沥青组合物，能够提高沥青的软化点，而且不会引起沥青热储存分层离析问题。
本发明的第一方面在于提供一种沥青改性剂，所述沥青改性剂组成包括膨胀石墨和偶联剂，其中偶联剂负载在膨胀石墨上，偶联剂与膨胀石墨的重量比为0.05～0.50：1，优选为0.10~0.40：1。
本发明所述的改性剂中，膨胀石墨是由可膨胀石墨经高温煅烧后得到的，所述可膨胀石墨的粒度为100～200目，膨胀率不小于50倍，一般为50～200倍，可膨胀石墨的煅烧温度为400~1200℃，优选为600~1000℃。
本发明所述的改性剂中，偶联剂是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂及木质素偶联剂中的一种或几种，优选硅烷偶联剂，所述的硅烷偶联剂为乙烯基硅烷、环氧基硅烷、氨基硅烷、硫基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷的一种或几种，优选为环氧基硅烷。
本发明第二方面在于提供一种沥青改性剂的制备方法，包括如下内容：
（1）将可膨胀石墨加入煅烧炉中，加热，加热温度至少为400℃，一般为400~1200℃，优选为600~1000℃，待石墨不再膨胀后，降温出炉，得到膨胀石墨；
（2）将偶联剂负载到膨胀石墨上，得到沥青改性剂。
本发明方法中，所述可膨胀石墨的粒度为100～200目，膨胀率不小于50倍，一般为50～200倍。
本发明方法中，偶联剂负载到膨胀石墨上的方法可采用任何可用的方法，优选采用如下方法：在常温条件下，将偶联剂均匀加入到膨胀石墨中，即得到沥青改性剂。偶联剂可以采用喷淋方法加入。
本发明第三方面在于提供了一种沥青组合物，含有基质沥青和本发明第一方面提供的沥青改性剂，按重量份计，基质沥青为85~98份，沥青改性剂2份~15份。
本发明的沥青组合物中，所述的基质沥青为石油沥青，包括减压渣油、成品道路沥青或建筑防水沥青中的一种或几种。所述的基质沥青最好为软化点为45~55℃和/或60℃动力粘度为150~260 Pa.s的石油沥青。本发明的沥青组合物的软化点在70℃以上，优选80℃以上。本发明的沥青组合物的60℃粘度为300 Pa.s以上。
本发明第四方面提供了一种制备沥青组合物的方法，包括将本发明提供的沥青改性剂均匀分散到基质沥青。
所述的均匀分散过程为：
按配比量称取沥青改性剂与基质沥青，并加入反应釜中，在反应器温度100~250℃，优选为150~230℃条件下，搅拌1~10小时，搅拌速度1000~4000转/分钟，优选为1500~4000转/分钟，使沥青改性剂均匀地分散到基质沥青中。搅拌过程完成后即可出料，冷却即制得该沥青组合物成品。
对产品性能而言，如果需要对沥青产品进行其它方面的性能改进，还可以根据本领域一般知识添加适宜的添加剂，如天然橡胶、丁苯橡胶等中的一种或多种。
本发明沥青改性剂能够显著提高沥青组合物的软化点和60℃动力粘度。本发明沥青改性剂既可以对成品道路沥青增稠，也可以对建筑沥青及石油馏分重馏分油进行增稠。
本发明中，可膨胀石墨经高温煅烧产生一种疏松、多孔、质轻具有网状孔型结构的膨胀石墨，使其由密实鳞片状结构转变成密度很低的蠕虫状结构，而这种蠕虫状结构的石墨由于其体积及孔隙结构增大，使其比表面积增大几十或几百倍，微孔直径也同倍增大，导致其与沥青的吸附能力增强。同时，将偶联剂负载到膨胀石墨表面，起到增强石墨的亲油性，提高了膨胀石墨在沥青中的分散性及与沥青的相容性，有利于石墨与沥青的交联，提高沥青的软化点和60℃动力粘度。同时，由于高温煅烧后的可膨胀石墨呈现大孔径、低密度的网状结构特征并以适宜的形式分散在沥青中，从而使沥青组合物不会出现层析分离现象，也不影响沥青的低温性能表现。
具体实施方式
本发明所采用的测试方法，针入度是根据T 0604方法进行测定，软化点是根据T 0606方法进行测定，60℃粘度是根据T 0620方法进行测定，储存稳定性离析48h软化点差是根据T 0661方法进行测定。本发明中所给的份数均为重量份数。
下面通过具体实施例进一步说明本发明的方案和效果，必须说明的是以下实施例只用于对本发明的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明实施例和对比例所用沥青原料为道路沥青B1、道路沥青B2和道路沥青B3，其性质见表1。
表1 实施例和对比例所用沥青原料的性质
性质 道路沥青B1 道路沥青B2 道路沥青B3
25℃针入度，1/10mm 87 30 48
软化点，℃ 45 55 50
60℃粘度，Pa.s 156 259 205
储存稳定性离析48h软化点差，℃ 0.3 0.1 0.2
实施例1
将粒度为100目可膨胀石墨A01加入到煅烧炉中，加热，在600℃条件下煅烧4小时，降温出炉，得到膨胀石墨A1，膨胀率不低于60倍。
将粒度为200目可膨胀石墨A02加入到煅烧炉中，加热，在1000℃条件下煅烧4小时，降温出炉，得到膨胀石墨A11，膨胀率不低于150倍。
在常温条件下，将10份乙烯基硅烷偶联剂均匀喷淋于100份膨胀石墨A1上，即得到沥青添加剂A2。
在常温条件下，将20份环氧基硅烷偶联剂均匀喷淋于100份膨胀石墨A1上，即得到沥青添加剂A3。
在常温条件下，将30份硫基硅烷偶联剂均匀喷淋于100份膨胀石墨A11上，得到沥青改性剂A4。
实施例2
将80份软化点为45℃的道路沥青B1加热到210℃左右，加入20份的沥青改性剂A3，搅拌器转速为2500转/分钟，搅拌 2小时。搅拌过程完成后即可出料，冷却至室温，即成目的产品。
实施例3
将90份软化点为45℃的道路沥青B1加热到170℃左右，加入15份的沥青改性剂A2，搅拌器转速为2000转/分钟，搅拌5小时。搅拌过程完成后即可出料，冷却至室温，即成目的产品。
实施例4
将95份软化点为55℃的道路沥青B2加热到190℃左右，加入15份的沥青改性剂A3，搅拌器转速为3000转/分钟，搅拌2小时。搅拌过程完成后即可出料，冷却至室温，即成目的产品。
实施例5
将95份软化点为50℃的道路沥青B3加热到180℃左右，加入6份的沥青改性剂A3，搅拌器转速为4000转/分钟，搅拌1小时。搅拌过程完成后即可出料，冷却至室温，即成目的产品。
实施例6
将98份软化点为55℃的道路沥青B3加热到190℃左右，加入10份的沥青改性剂A4，搅拌器转速为3000转/分钟，搅拌2小时。搅拌过程完成后即可出料，冷却至室温，即成目的产品。
对比例1
将90份软化点为45℃的道路沥青B1加热到170℃左右，加入15份的膨胀石墨A1，搅拌器转速为2500转/分钟，搅拌 2小时。搅拌过程完成后即可出料，冷却至室温，即成目的产品。
对比例2
将90份软化点为45℃的道路沥青B1加热到170℃左右，分别加入13.6份的可膨胀石墨A0和1.4份乙烯基硅烷偶联剂，搅拌器转速为2500转/分钟，搅拌 2小时。搅拌过程完成后即可出料，冷却至室温，即成目的产品。
对比例3
将90份软化点为45℃的道路沥青B1加热到170℃左右，加入1.4份乙烯基硅烷偶联剂，搅拌器转速为2500转/分钟，搅拌 2小时。搅拌过程完成后即可出料，冷却至室温，即成目的产品。
对比例4
将95份软化点为45℃的道路沥青B1加热到170℃左右，加入13.6份的膨胀石墨A2，搅拌器转速为500转/分钟，搅拌 5小时。搅拌过程完成后即可出料，冷却至室温，即成目的产品。
对比例5
将95份软化点为45℃的道路沥青B1加热到170℃左右，分别加入13.6份的膨胀石墨A1和1.4份乙烯基硅烷偶联剂，搅拌器转速为2500转/分钟，搅拌 5小时。搅拌过程完成后即可出料，冷却至室温，即成目的产品。
表2 实施例和对比例所得沥青产品的性质
性质 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
25℃针入度，1/10mm 15 19 16 20 18
软化点，℃ 115 78 98 75 87
60℃粘度，Pa.s 662 498 592 467 555
储存稳定性离析48h软化点差，℃ 0.4 0.3 0.2 0.2 0.1
续表2
性质 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5
25℃针入度，1/10mm 21 39 72 23 22
软化点，℃ 69 50 46 65 67
60℃动力粘度，Pa.s 382 272 203 332 358
储存稳定性离析48h软化点差，℃ 1.6 1.8 0.2 1.4 1.5
由以上实施例及对比例可以看出，采用本发明的沥青改性剂可显著提高沥青组合物的软化点和60℃动力粘度，从而提高了沥青产品的高温性能。而且，本发明方法不会引起沥青热储存分层离析问题，拓宽了生产高软化点沥青的原料。

Claims (13)

1.一种沥青改性剂，组成包括膨胀石墨和偶联剂，其中偶联剂负载在膨胀石墨上，偶联剂与膨胀石墨的重量比为0.05～0.50：1，优选为0.10~0.40：1。
2.按照权利要求1所述的改性剂，其特征在于：所述的改性剂中，膨胀石墨是由可膨胀石墨经高温煅烧后得到的，膨胀率不小于50倍，一般为50～200倍。
3.按照权利要求2所述的改性剂，其特征在于：所述可膨胀石墨的粒度为100～200目，可膨胀石墨的煅烧温度为400~1200℃，优选为600~1000℃。
4.权利要求1～3任一所述的改性剂的制备方法，包括：
（1）将可膨胀石墨加入煅烧炉中，加热，加热温度至少为400℃，一般为400~1200℃，优选为600~1000℃，待石墨不再膨胀后，降温出炉，得到膨胀石墨；
（2）将偶联剂负载到膨胀石墨上，得到沥青改性剂。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，偶联剂负载到膨胀石墨上的方法如下：将偶联剂均匀喷淋在膨胀石墨上，得到沥青改性剂。
6.一种沥青组合物，其特征在于：含有基质沥青和权利要求1～3任一所述的沥青改性剂，按重量份计，基质沥青为85~98份，沥青改性剂2份~15份。
7.按照权利要求6所述的沥青组合物，其特征在于：基质沥青为石油沥青，包括减压渣油、成品道路沥青或建筑防水沥青中的一种或几种；所述的基质沥青软化点为45~55℃。
8.按照权利要求6或7所述的沥青组合物，其特征在于：基质沥青60℃动力粘度为150~260 Pa.s。
9.按照权利要求6所述的沥青组合物，其特征在于：所述的沥青组合物的软化点在70℃以上，优选80℃以上。
10.按照权利要求8所述的沥青组合物，其特征在于：所述的沥青组合物的60℃动力粘度为300 Pa.s以上。
11.按照权利要求6所述的沥青组合物，其特征在于：所述的沥青组合物中含有天然橡胶或丁苯橡胶。
12.权利要求6～10任一所述的沥青组合物的制备方法，包括：将权利要求1～3任一所述的沥青改性剂均匀分散到基质沥青中。
13.按照权利要求12所述的制备方法，其特征在于：所述的均匀分散过程为：按配比量称取所述的沥青改性剂与基质沥青，并加入反应釜中，在反应器温度100~250℃，优选为150~230℃条件下，搅拌1~10小时，搅拌速度1000~4000转/分钟，优选为1500~4000转/分钟，使沥青改性剂均匀地分散到基质沥青中，搅拌过程完成后即可出料，冷却即制得沥青组合物。
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