CN107828085B - 一种环烷基重交沥青改性稳定剂 - Google Patents

一种环烷基重交沥青改性稳定剂 Download PDF

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Abstract

一种环烷基重交沥青专用改性稳定剂，由交联剂、促进剂、活化剂、无机填充剂、黏度改进剂组成，各组分的用量以重量份计为交联剂10‑90份、促进剂1‑50份、活化剂1‑50份、无机土5‑95份、黏度改进剂5‑90份；其中，所述交联剂为硫磺、硫化物、石油磺酸钙，其中所述硫磺、硫化物和石油磺酸盐的质量比为1:0.2‑0.5:0.1‑0.3，其中硫化物和石油磺酸盐的添加量都是以硫计。所述改性稳定剂显著提高环烷基重交沥青制备改性沥青的高低温性能，减小环烷基重交沥青制备改性沥青的离析和性能指标衰减，提高储存稳定性，减小高温黏度，改善环烷基重交沥青制备改性沥青的施工和易性，135℃黏度明显降低。

Description

一种环烷基重交沥青改性稳定剂
技术领域
本技术属于石油化工领域，涉及一种重交沥青专用改性稳定剂及其制备的SBS改性沥青。
背景技术
随着社会经济的发展，交通量不断加大，重载车辆的比例呈现不断增加的趋势，给路面的质量带来了巨大的挑战，很多新建的沥青路面出现严重的鼓包破碎等问题，究其原因，主要是因为路面材料的高温稳定性不足所致。沥青作为路面材料中最重要的组成部分对于路面质量起到决定性作用，一种理想的沥青材料应该满足以下几点要求：高温时具有较大劲度、低温下具有较小劲度、有水存在时抗剥离效果好，SBS改性沥青能够均衡的满足以上要求，因此成为高等级公路建设首选的建筑材料。
环烷基原油具有低蜡低硫等特点，利用环烷基原油生产的重交沥青具有优异的高低温性能和良好的温度敏感性，是一种优质的道路材料。但是从组分组成来说，环烷基重交沥青中缺少芳香分和沥青质，其中芳香分对SBS改性剂起到良好的溶胀作用，有利于稳定的改性沥青体系形成，当芳香分缺少时，沥青与SBS改性剂的相容性差，不易形成稳定的改性沥青体系，这将会导致两个方面的问题，首先改性剂与基质沥青会发生离析分层，造成上下部改性沥青不均匀，其次在热储存过程中会出现不可逆转的性能指标衰减；当沥青质缺少时，改性沥青的高温稳定性较差，表现在具体指标上，改性后软化点较低。现有技术条件下，通常采用加大SBS改性剂掺量的方法来提高SBS改性沥青的性能指标，但这造成了大量的资源浪费，大幅提高生产成本。
改性沥青稳定剂是改性沥青生产所必需的一种原料，稳定剂的加入可以促进改性剂三维网状结构的形成，改善改性剂与基质沥青的相容性，减小离析软化点差，避免热储存指标衰减，使改性沥青体系稳定存在。但是稳定剂对改性沥青性能指标改善的同时，还会造成负面作用，即随着三维网状结构的形成，体系黏度将急剧增加，往往会超过交通运输部发布的行业标准JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》规定135℃旋转黏度应小于3Pa·S的要求，黏度的增加将会导致沥青材料的运输、泵送和拌合困难，影响了改性沥青性质的正常发挥。
另外，储存稳定性也是改性沥青的一个重要性质，改性沥青的储存稳定性包括两方面的内容：首先是改性沥青在储存时间一段时间后的均匀性，主要是改性剂在储存过程中发生离析分层，这种稳定性通常采用样品储存48h后上下部软化点差的方法(成为离析试验)进行表征；另一种储存稳定性是指改性沥青在储存一段时间后由于改性剂受热分解、沥青组分老化而发生的性能指标整体下降的现象。由于现行标准未明确说明，沥青研究人员往往忽视了第二种储存稳定性问题的存在，导致公路路面质量受到严重影响。
为了解决低芳香分低沥青质的换烷基沥青不易改性的问题，CN103232617A、CN105647201A等提出采用添加稳定剂的方法提高改性沥青性能指标。
例如CN103232617A公开的“一种用于SBS改性沥青的稳定剂组合物”中提及的采用硫化交联剂、促进剂、抗老化剂、抗氧化剂与活性剂制备稳定剂，可使SBS改性沥青具有较小的离析软化点差和较好的低温性能，但是该专利并未提及所制备改性沥青在长期热储存后的性能指标情况，且忽视了关系到改性沥青施工和易性的高温黏度指标。
又例如CN105647201A公开的“一种改性沥青稳定剂及其制备方法”提出采用由单质硫、有机硫、橡胶油、200#沥青、分散剂制备液态稳定剂，能够更容易与各种不同改性沥青产品相结合，提高改性沥青的稳定性。但该专利并未提及所制备液体稳定剂对于组分较为特殊的环烷基重交沥青的改性效果。
又例如《聚合物SBS的种类对中海AH-70重交通道路沥青性能的影响》(作者邓庆忠等)提出的采用不同种类SBS改性剂复配的方法制备得到48h离析软化点差合格的改性沥青，但与CN103232617类似，并未提及制备改性沥青在长期热储存后的性能指标衰减情况。
可见，现有的解决方案中，虽然能够实现对于换烷基沥青的高低温性能和离析进行改善，但是尚无法改善热储存性能衰减及施工和易性，因此均未能实现环烷基重交沥青改性效果的全面提升。为了更加合理的利用环烷基沥青，迫切需要一种适合环烷基重交沥青使用的改性稳定剂。
发明内容
为解决环烷基重交沥青改性后高温粘度过高、长时间保存后性能下降的问题，本发明提供了一种环烷基重交沥青专用的改性沥青稳定剂。
为实现上述目的，本发明提供一种稳定剂。
一种环烷基重交沥青专用改性稳定剂，由交联剂、促进剂、活化剂、无机填充剂、黏度改进剂组成，各组分的用量以重量份计为交联剂10-90份、促进剂1-50份、活化剂1-50份、无机土5-95份、黏度改进剂5-90份。
优选的，所述各组分重量份配比为：交联剂30-70份、促进剂10-30份、活化剂10-30份、无机土5-20份、黏度改进剂10-30份。
其中，所述交联剂为硫磺、硫化物、石油磺酸钙，其中所述硫磺、硫化物和石油磺酸盐的质量比为1:0.2-0.5:0.1-0.3，其中硫化物和石油磺酸盐的添加量都是以硫计。
其中，所述硫磺可以是粉末状、片状或液体状态；所述硫化物是硫化钠、硫化钾硫化铵中的一种；所述石油磺酸盐是石油磺酸钙、石油磺酸钡、石油磺酸钠、石油磺酸钾中的一种。
其中，所述促进剂为包括乙基苯基二硫代氨基甲酸锌、二苄基二硫代氨基甲酸锌、二硫化四苄基秋兰姆、过氧化苯甲酰中的一种或几种，经过优化配比的促进剂能够促进改性剂交联反应的发生，促进形成稳定的网状结构。
其中，所述活化剂优选为金属氧化物和硬脂酸中的一种或两者的混合物，活化剂加入后，能够进一步的促进网状结构的形成，提高改性沥青的性能指标。
其中，所述无机填充剂优选为硅藻土、蒙脱土、纳米膨润土中的一种或多种。无机填充剂加入后，与SBS在基质沥青中均匀分散，能够形成剥离型或插层型纳米复合结构，改善改性沥青的高低温性能和储存稳定性。
其中，所述黏度改进剂为含有长链脂肪烃分子的固体石蜡，在有效降低体系黏度的同时，增强高温稳定性。
硫磺与橡胶共热后，能够产生非常活泼的双基硫，它与橡胶反应生成橡胶硫醇化合物，然后转变为多硫交联键，这着种多硫交联键能够发生加成、环化反应，进而形成交联体系。本发明中硫磺的加入量减少，因此改性稳定剂加入沥青后，只有部分的橡胶发生交联，可以保证整个沥青体系高温粘度不会上升很快。本发明人意外的发现，采用石油磺酸盐作为交联剂，一方面石油磺酸盐本身是一种表面活性剂，有利于降低各种组分的表面张力，有助于不同添加剂之间的混合，另一方面石油磺酸盐中的硫元素可以在高温下和硫化物发生氧化还原反应，缓慢释放出硫作为交联剂，起到硫缓蚀剂的作用，延缓整个体系的交联速度，从而保证沥青体系高温粘度较低，有利于沥青的搅拌运输等操作；其次由于硫在施工会缓慢释放，使得交联过程可以持续较长时间，有利于沥青体系保持较好的性能稳定性。
稳定剂加入后都会增加体系的黏度，对和易性造成不良影响。与其他稳定剂技术相比，本专利技术通过添加以长链脂肪烃分子的固体石蜡为主要组分的黏度改进剂，通过石蜡在沥青体系中发挥的滑移作用，可以最大程度的降低体系黏度，减小对和易性的不良影响。
本发明还提供一种制备环烷基重交沥青改性稳定剂的方法，包括以下步骤：
(1)在室温下将除黏度改进剂外的全部原料混合均匀，得到稳定剂基本料；
(2)将黏度改进剂通过物理粉碎机，粉碎为细度60目的粉状颗粒，将第一步中得到的稳定剂基本料与粉碎的黏度改进剂均匀混合，得到含有黏度改进剂的稳定剂基本料；
(3)将含有黏度改进剂的稳定剂基本料通过药粉混合机混合均匀，使各原料相互渗透，混合更为均匀，得到混合后的稳定剂基本料；
(4)将混合均匀的稳定剂基本料通过筛孔为50目的细筛，筛下部分即为稳定剂。
本发明具有如下有益效果：
显著提高环烷基重交沥青制备改性沥青的高低温性能，使用较低掺量的SBS高低温性能即可达到较高水平，进一步节省了成本；
减小环烷基重交沥青制备改性沥青的离析和性能指标衰减，提高储存稳定性，热储存7天软化点不发生明显变化；
减小高温黏度，改善环烷基重交沥青制备改性沥青的施工和易性，135℃黏度明显降低。
本领域技术人员公知的，本发明中所述百分比或比例关系，如无特殊说明，都指质量比。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
实施例1
1备料
交联剂35重量份，促进剂10重量份，活化剂10重量份，无机土15重量份，黏度改进剂30重量份；
其中，交联剂为含量99％的粉末状硫磺、硫化钠、石油磺酸钠按照1：0.35:0.8的质量比混合，促进剂为商品二硫化四苄基秋兰姆、过氧化苯甲酰按照1:1的质量比的混合物，活化剂为商品硬脂酸，无机土为商品硅藻土，黏度改进剂为Sasobit，产自德国Sasol-Wax公司。
2稳定剂的制备
(1)在室温下将除黏度改进剂外的全部原料混合均匀，得到稳定剂基本料；
(2)将黏度改进剂通过天冠牌GJ型粉碎机，粉碎为细度60目的粉状颗粒，将第一步中得到的稳定剂基本料与粉碎的黏度改进剂均匀混合，得到含有黏度改进剂的稳定剂基本料；
(3)将含有黏度改进剂的稳定剂基本料通过上海升立牌DSH双螺旋锥形药粉混合机，使各原料相互渗透，混合更为均匀，得到混合后的稳定剂基本料；
(4)将混合均匀的稳定剂基本料通过筛孔为50目的细筛，筛下部分即为稳定剂。
实施例2
1备料
交联剂60重量份，促进剂12重量份，活化剂10重量份，无机土8重量份，黏度改进剂10重量份
其中，交联剂为含量99％的粉末状硫磺、硫化钾、石油磺酸钙按照质量比1:0.6:1.5混合，促进剂为商品乙基苯基二硫代氨基甲酸锌、二苄基二硫代氨基甲酸锌、二硫化四苄基秋兰姆按照1:1:1的比例的混合物，活化剂为商品氧化锌，无机土为商品蒙脱土，黏度改进剂为Sasobit，产自德国Sasol-Wax公司。
2稳定剂的制备
(1)在室温下将除黏度改进剂外的全部原料混合均匀，得到稳定剂基本料；
(2)将黏度改进剂通过天冠牌的GJ型粉碎机，粉碎为细度60目的粉状颗粒，将第一步中得到的稳定剂基本料与粉碎的黏度改进剂均匀混合，得到含有黏度改进剂的稳定剂基本料；
(3)将含有黏度改进剂的稳定剂基本料通过上海升立牌DSH双螺旋锥形药粉混合机，使各原料相互渗透，混合更为均匀，得到混合后的稳定剂基本料；
(4)将混合均匀的稳定剂基本料通过筛孔为50目的细筛，筛下部分即为稳定剂。
实施例3
1备料
交联剂40重量份，促进剂20重量份，活化剂10重量份，无机土10重量份，黏度改进剂20重量份
其中，交联剂为含量99％的粉末状硫磺、硫化铵、石油磺酸钡按照质量比1:0.5:2.0混合，促进剂为商品二硫化四苄基秋兰姆、过氧化苯甲酰和氧化锌按照1:1:1的比例的混合物，活化剂为商品硬脂酸，无机土为商品纳米膨润土，黏度改进剂为Sasobit，产自德国Sasol-Wax公司。
2稳定剂的制备
(1)在室温下将除黏度改进剂外的全部原料混合均匀，得到稳定剂基本料；
(2)将黏度改进剂通过天冠牌的GJ型粉碎机，粉碎为细度60目的粉状颗粒，将第一步中得到的稳定剂基本料与粉碎的黏度改进剂均匀混合，得到含有黏度改进剂的稳定剂基本料；
(3)将含有黏度改进剂的稳定剂基本料通过上海升立牌DSH双螺旋锥形药粉混合机，使各原料相互渗透，混合更为均匀，得到混合后的稳定剂基本料；
(4)将混合均匀的稳定剂基本料通过筛孔为50目的细筛，筛下部分即为稳定剂。
实施例4
1备料
交联剂30重量份，促进剂10重量份，活化剂30重量份，无机土20重量份，黏度改进剂10重量份
其中，交联剂为含量99％的粉末状硫磺、硫化钾、石油磺酸钙按照质量比1:0.8:2.5混合，促进剂为商品二硫化四苄基秋兰姆、过氧化苯甲酰和氧化锌按照1:1:1的比例的混合物，活化剂为商品硬脂酸，无机土为商品硅藻土，黏度改进剂为Sasobit，产自德国Sasol-Wax公司。
2稳定剂的制备
(1)在室温下将除黏度改进剂外的全部原料混合均匀，得到稳定剂基本料；
(2)将黏度改进剂通过天冠牌的GJ型粉碎机，粉碎为细度60目的粉状颗粒，将第一步中得到的稳定剂基本料与粉碎的黏度改进剂均匀混合，得到含有黏度改进剂的稳定剂基本料；
(3)将含有黏度改进剂的稳定剂基本料通过上海升立牌DSH双螺旋锥形药粉混合机，使各原料相互渗透，混合更为均匀，得到混合后的稳定剂基本料；
(4)将混合均匀的稳定剂基本料通过筛孔为50目的细筛，筛下部分即为稳定剂。
对比例1
对比例采用常规的硫磺作为交联剂，其它组分与制备过程与实施例1相同。
1备料
交联剂35重量份，促进剂10重量份，活化剂10重量份，无机土15重量份，黏度改进剂30重量份；
其中，交联剂为含量99％的粉末状硫磺，促进剂为商品二硫化四苄基秋兰姆、过氧化苯甲酰按照1:1的质量比的混合物，活化剂为商品硬脂酸，无机土为商品硅藻土，黏度改进剂为Sasobit，产自德国Sasol-Wax公司。
2稳定剂的制备
(1)在室温下将除黏度改进剂外的全部原料混合均匀，得到稳定剂基本料；
(2)将黏度改进剂通过天冠牌GJ型粉碎机，粉碎为细度60目的粉状颗粒，将第一步中得到的稳定剂基本料与粉碎的黏度改进剂均匀混合，得到含有黏度改进剂的稳定剂基本料；
(3)将含有黏度改进剂的稳定剂基本料通过上海升立牌DSH双螺旋锥形药粉混合机，使各原料相互渗透，混合更为均匀，得到混合后的稳定剂基本料；
(4)将混合均匀的稳定剂基本料通过筛孔为50目的细筛，筛下部分即为稳定剂。
对比例2
对比例采用常规的硫磺作为交联剂，不加入活化剂，其它组分与制备过程与实施例1相同。
1备料
交联剂35重量份，促进剂10重量份，无机土15重量份，黏度改进剂30重量份；
其中，交联剂为含量99％的粉末状硫磺，促进剂为商品二硫化四苄基秋兰姆、过氧化苯甲酰按照1:1的质量比的混合物，无机土为商品硅藻土，黏度改进剂为Sasobit，产自德国Sasol-Wax公司。
2稳定剂的制备
(1)在室温下将除黏度改进剂外的全部原料混合均匀，得到稳定剂基本料；
(2)将黏度改进剂通过天冠牌GJ型粉碎机，粉碎为细度60目的粉状颗粒，将第一步中得到的稳定剂基本料与粉碎的黏度改进剂均匀混合，得到含有黏度改进剂的稳定剂基本料；
(3)将含有黏度改进剂的稳定剂基本料通过上海升立牌DSH双螺旋锥形药粉混合机，使各原料相互渗透，混合更为均匀，得到混合后的稳定剂基本料；
(4)将混合均匀的稳定剂基本料通过筛孔为50目的细筛，筛下部分即为稳定剂。
性能测试
在试样缸中加入熔融的中海油36-1 70#重交沥青，随后加入一定比例的SBS改性剂，在175℃下搅拌30min后升温至185℃，以4000转/分钟的速率剪切30min后，加入根据本发明所述方法制备的实施例1-4，随后在180℃温度下搅拌2h得到改性沥青产品。具体比例即指标如下表所示。
表1使用性能对比表
采用本发明所述的改性稳定剂可以明显改善离析软化点差，说明本发明所述的改性稳定剂可以使改性沥青具有更优良的均匀性，在长期热存储后依然可以保持比较稳定的性能，取得了意料不到的技术效果。
本发明并不受限于在本文中具体公开和举例的实施方案。对于本领域技术人员，本发明的各种改进是显而易见的。可以在不背离后附的权利要求范围的情况下进行所述改变和修饰。

Claims (10)

1.一种环烷基重交沥青专用改性稳定剂，由交联剂、促进剂、活化剂、无机填充剂、黏度改进剂组成，各组分的用量以重量份计为交联剂10-90份、促进剂1-50份、活化剂1-50份、无机填充剂5-95份、黏度改进剂5-90份；其中，所述交联剂为硫磺、硫化物、石油磺酸盐，其中所述硫磺、硫化物和石油磺酸盐的质量比为1:0.2-0.5:0.1-0.3，其中硫化物和石油磺酸盐的添加量都是以硫计。
2.如权利要求1所述的改性稳定剂，其特征在于所述各组分重量份配比为：交联剂30-70份、促进剂10-30份、活化剂10-30份、无机填充剂5-20份、黏度改进剂10-30份。
3.如权利要求1所述的改性稳定剂，其特征在于所述硫磺是粉末状、片状或液体状态。
4.如权利要求1所述的改性稳定剂，其特征在于所述硫化物是硫化钠、硫化钾、硫化铵中的一种。
5.如权利要求1所述的改性稳定剂，其特征在于所述石油磺酸盐是石油磺酸钙、石油磺酸钡、石油磺酸钠、石油磺酸钾中的一种。
6.如权利要求1所述的改性稳定剂，其特征在于所述促进剂为乙基苯基二硫代氨基甲酸锌、二苄基二硫代氨基甲酸锌、二硫化四苄基秋兰姆、过氧化苯甲酰中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的改性稳定剂，其特征在于所述活化剂为金属氧化物和硬脂酸中的一种或两者的混合物。
8.如权利要求1所述的改性稳定剂，其特征在于所述无机填充剂为硅藻土、蒙脱土、纳米膨润土中的一种或多种。
9.如权利要求1所述的改性稳定剂，其特征在于所述黏度改进剂为含有长链脂肪烃分子的固体石蜡。
10.制备如权利要求1-9任一项所述的改性稳定剂的方法，包括以下步骤：
(1)在室温下将除黏度改进剂外的全部原料混合均匀，得到稳定剂基本料；
(2)将黏度改进剂通过物理粉碎机，粉碎为细度60目的粉状颗粒，将第一步中得到的稳定剂基本料与粉碎的黏度改进剂均匀混合，得到含有黏度改进剂的稳定剂基本料；
(3)将含有黏度改进剂的稳定剂基本料通过药粉混合机混合均匀，使各原料相互渗透，混合更为均匀，得到混合后的稳定剂基本料；
(4)将混合均匀的稳定剂基本料通过筛孔为50目的细筛，筛下部分即为改性稳定剂。
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