CN107057382A - 一种聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于改性煤沥青技术领域，涉及到一种聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青及其制备方法。所述改性煤沥青的原料按质量份计，包括40～60中温煤沥青：40～60份的石油沥青：1～10份的有机化蒙脱土：0.1～10份的聚乙二醇：0.1～10份的SBS改性剂：0.1～5份的增塑剂：0.1～1份的稳定剂。与现有技术相比，本发明所述的聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青具有以下优点：聚合物与蒙脱土协同改性，可显著提高改性煤沥青的高温性能和低温性能；聚乙二醇和有机化蒙脱土的添加有效的降低了混合沥青中多环芳烃的含量；经过协同改性后的煤沥青，其性能完全满足SBS改性石油沥青施工技术要求，满足道路使用要求。

Description

一种聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青及其制备方法
技术领域
本发明属于改性煤沥青技术领域，具体来说，涉及到一种聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青及其制备方法。
背景技术
随着我国公路建设的高速发展，道路石油沥青的市场需求高速增长，且价格随国际形势变化较大，我国高等级路用沥青对外依存度持续增加，寻求石油沥青的替代资源也逐渐成为重要的研究方向。
煤沥青具有良好的润湿、粘附和抗油侵蚀性能，且煤沥青混合料路面摩擦系数大，行车安全系数高，可用作筑路材料，但仍存在易老化、高低温性能和稳定性较差的问题，且施工时会释放出大量的刺激性气体和有毒物质，这些问题都限制了煤沥青在筑路材料方面的应用。
针对以上问题，采用热塑性、热固性塑料及各类橡胶等聚合物材料对蒙脱土进行插层化处理，通过蒙脱土与聚合物熔融共混得到插层型复合物协同改性剂，用于改性煤沥青得到聚合物与蒙脱土改性煤沥青，利用无机蒙脱土粒子与聚合物材料之间的物理作用和化学作用，可改善煤沥青微观结构和物理性能，可减缓氧在煤沥青中的扩散，进而提高改性煤沥青的性能，同时利用部分石油沥青替代的方法提高煤沥青中轻质组分的含量，从根本上改善协同改性煤沥青及其混合料的路用性能；此外，聚合物的加入可以与煤沥青中多环芳烃发生反应，蒙脱土对低沸点挥发物有吸附降解作用，这都会减少复合改性煤沥青在拌合及摊铺时沥青烟的产生，改善其环保性能，最终实现煤沥青的资源化利用。而且我国蒙脱土材料储量丰富、价格低廉，聚合物与蒙脱土改性沥青具有极高的应用价值和推广价值。
目前关于改性煤沥青的研究主要集中于煤沥青和石油沥青所制备的混合沥青，其中煤沥青含量较低、混合沥青性能差以及稳定性不足，这些问题一直制约着混合沥青的广泛应用和推广。因此，提高成本较低的煤沥青含量、降低成本昂贵的石油沥青含量、提升混合沥青性能及有效的降低混合沥青中的污染物，为改性煤沥青在道路建设中的广泛应用有着重要的实际意义。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种经济环保，性能良好的聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青及其制备方法。
本发明所述的一种聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青，所述改性煤沥青的原料按质量份计，包括40～60中温煤沥青：40～60份的石油沥青：1～10份的有机化蒙脱土：0.1～10份的聚乙二醇：0.1～10份的SBS改性剂：0.1～5份的增塑剂：0.1～1份的稳定剂。
本发明所述的一种聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青，所述石油沥青为70#石油沥青或90#石油沥青，属于满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求的道路石油A级沥青。
本发明所述的一种聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青，所述煤沥青时值中温煤沥青，即软化点为60～90℃之间。
本发明所述的一种聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青，所述聚乙二醇属于分子量为400、600、800、1000、1200、1500或2000中的一种或几种。
本发明所述的一种聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青，所述SBS改性剂为线性30/70，线性40/60，星型30/70或星型40/60中的一种。
本发明所述的一种聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青，所述有机化蒙脱土为经有机化处理后的钠基蒙脱土或/和钙基蒙脱土。
本发明所述的一种聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二乙酯中的一种或者几种。
本发明所述的一种聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青，所述稳定剂为硫化剂BIBP、N,N’-间苯撑双马来酰亚胺中的一种或者几种。
本发明所述聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青的制备方法，所述制备方法具体步骤为：
1)将中温煤沥青和石油沥青加热到100～120℃下恒温2～4h，然后称取中温煤沥青和石油沥青并一同加入搅拌釜中，在130～160℃下机械搅拌30min；
2)再加入增塑剂和聚乙二醇，并在160～180℃下继续机械搅拌5～30min；
3)在140℃下，将有机化蒙脱土和SBS改性剂加入到密练机中共混10～120min，加入到步骤2)的沥青中，加入稳定剂，将机械搅拌换成高速剪切仪，将高速剪切仪转速调整为2000～6000rpm，搅拌釜温度保持在170～200℃，恒温恒速剪切30～120min，自然冷却即制得聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青。
与现有技术相比，本发明所述的聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青及其制备方法具有以下优点：
1)聚合物与蒙脱土协同改性，可显著提高改性煤沥青的高温性能和低温性能，其软化点可以达到65.6℃，5℃延度可以到52cm，动稳定度可达到4000次/mm，这些性能都远高于目前改性煤沥青的性能；
2)聚乙二醇和有机化蒙脱土的添加有效的降低了混合沥青中多环芳烃的含量，其中多环芳烃的代表性物质苯并芘含量最高可以脱除48.4％；
3)经过协同改性后的煤沥青，其性能完全满足SBS改性石油沥青施工技术要求，满足道路使用要求。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明所述的聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青及其制备方法做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
将中温煤沥青和70#石油沥青与120℃烘箱中恒温加热4h，称取50份中温煤沥青和50份70#石油沥青置于搅拌釜中，在130～150℃下搅拌30min。称取2份邻苯二甲酸辛酯和5份聚乙二醇600混合均匀后加入到上述混合沥青当中，调整温度150～180℃下搅拌10min。在140℃下，将5份钠基有机化蒙脱土和3份线型30/70的SBS加入到密练机中共混10～120min，加入到上述中的沥青中，加入0.5份N,N’-间苯撑双马来酰亚胺，将机械搅拌换成高速剪切仪，调整转速为4000～6000rpm，调整温度为170～190℃，继续恒温恒速剪切60min，即可得到聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青。苯并芘脱除率为29.8％。
实施例2
将中温煤沥青和70#石油沥青与120℃烘箱中恒温加热4h，称取50份中温煤沥青和50份70#石油沥青置于搅拌釜中，在130～150℃下搅拌30min。称取1份邻苯二甲酸二丁酯、1份20-甲酰基-13-乙酸酯-4α-去氧佛波内酯和5份聚乙二醇600混合均匀后加入到上述混合沥青当中，调整温度150～180℃下搅拌10min。在140℃下，将5份钠基有机化蒙脱土和3份线型30/70SBS加入到密练机中共混10～120min，加入到上述中的沥青中，加入0.5份N,N’-间苯撑双马来酰亚胺，将机械搅拌换成高速剪切仪，调整转速为4000～6000rpm，调整温度为170～190℃，继续恒温恒速剪切60min，即可得到聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青。苯并芘脱除率为48.4％。
实施例3
将中温煤沥青和70#石油沥青与120℃烘箱中恒温加热4h，称取60份中温煤沥青和40份70#石油沥青置于搅拌釜中，在130～150℃下搅拌30min。称取2份邻苯二甲酸辛酯和5份聚乙二醇600混合均匀后加入到上述混合沥青当中，调整温度150～180℃下搅拌10min。在140℃下，将5份钙基有机化蒙脱土和3份线型40/60的SBS加入到密练机中共混10～120min，加入到上述中的沥青中，加入0.5份N,N’-间苯撑双马来酰亚胺，将机械搅拌换成高速剪切仪，调整转速为4000～6000rpm，调整温度为170～190℃，继续恒温恒速剪切60min，即可得到聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青。苯并芘脱除率为36.5％。
实施例4
将中温煤沥青和90#石油沥青与120℃烘箱中恒温加热4h，称取50份中温煤沥青和50份90#石油沥青置于搅拌釜中，在130～150℃下搅拌30min。称取5份邻苯二甲酸二乙酯和5份聚乙二醇1500混合均匀后加入到上述混合沥青当中，调整温度150～180℃下搅拌10min。在140℃下，将5份钠基有机化蒙脱土和3份星型40/60的SBS加入到密练机中共混10～120min，加入到上述中的沥青中，加入0.5份N,N’-间苯撑双马来酰亚胺，将机械搅拌换成高速剪切仪，调整转速为4000～6000rpm，调整温度为170～190℃，继续恒温恒速剪切60min，即可得到聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青。苯并芘脱除率为32.6％。
实施例5
将中温煤沥青和90#石油沥青与120℃烘箱中恒温加热4h，称取50份中温煤沥青和50份90#石油沥青置于搅拌釜中，在130～150℃下搅拌30min。称取2份邻苯二甲酸二乙酯和3份聚乙二醇1500混合均匀后加入到上述混合沥青当中，调整温度150～180℃下搅拌10min。在140℃下，将5份钙基有机化蒙脱土和3份星型40/60的SBS加入到密练机中共混10～120min，加入到上述中的沥青中，加入0.1份N,N’-间苯撑双马来酰亚胺，将机械搅拌换成高速剪切仪，调整转速为4000～6000rpm，调整温度为170～190℃，继续恒温恒速剪切60min，即可得到聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青。苯并芘脱除率为28.7％。
实施例6
将中温煤沥青和90#石油沥青与120℃烘箱中恒温加热4h，称取50份中温煤沥青和50份90#石油沥青置于搅拌釜中，在130～150℃下搅拌30min。称取5份邻苯二甲酸二乙酯和3份聚乙二醇2000混合均匀后加入到上述混合沥青当中，调整温度150～180℃下搅拌10min。在140℃下，将5份钠基有机化蒙脱土和3份星型30/70的SBS加入到密练机中共混10～120min，加入到上述中的沥青中，加入0.1份N,N’-间苯撑双马来酰亚胺，将机械搅拌换成高速剪切仪，调整转速为4000～6000rpm，调整温度为170～190℃，继续恒温恒速剪切60min，即可得到聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青。苯并芘脱除率为29.7％。
将上述实施例1-6的改性混合沥青三大指标性能测试结果汇总与表1中。
表1 改性混合沥青性能测试

Claims (9)

1.一种聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青，其特征在于，所述改性煤沥青的原料按质量份计，包括40～60中温煤沥青：40～60份的石油沥青：1～10份的有机化蒙脱土：0.1～10份的聚乙二醇：0.1～10份的SBS改性剂：0.1～5份的增塑剂：0.1～1份的稳定剂。
2.根据权利要求1所述的聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青，其特征在于，所述石油沥青为70#石油沥青或90#石油沥青，属于满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求的道路石油A级沥青。
3.根据权利要求1所述的聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青，其特征在于，所述煤沥青时值中温煤沥青，即软化点为60～90℃之间。
4.根据权利要求1所述的聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青，其特征在于，所述聚乙二醇属于分子量为400、600、800、1000、1200、1500或2000中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青，其特征在于，所述SBS改性剂为线性30/70，线性40/60，星型30/70或星型40/60中的一种。
6.根据权利要求1所述的聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青，其特征在于，所述有机化蒙脱土为经有机化处理后的钠基蒙脱土或/和钙基蒙脱土。
7.根据权利要求1所述的聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二乙酯中的一种或者几种。
8.根据权利要求1所述的聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青，其特征在于，所述稳定剂为硫化剂BIBP、N,N’-间苯撑双马来酰亚胺中的一种或者几种。
9.根据权利要求1所述聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体步骤为：
1)将中温煤沥青和石油沥青加热到100～120℃下恒温2～4h，然后称取中温煤沥青和石油沥青并一同加入搅拌釜中，在130～160℃下机械搅拌30min；
2)再加入增塑剂和聚乙二醇，并在160～180℃下继续机械搅拌5～30min；
3)在140℃下，将有机化蒙脱土和SBS改性剂加入到密练机中共混10～120min，加入到步骤2)的沥青中，加入稳定剂，将机械搅拌换成高速剪切仪，将高速剪切仪转速调整为2000～6000rpm，搅拌釜温度保持在170～200℃，恒温恒速剪切30～120min，自然冷却即制得聚合物与蒙脱土协同改性煤沥青。
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