CN109852077B - 改性沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及道路沥青领域，公开了一种改性沥青及其制备方法，该方法包括将S Zorb催化剂载体细粉掺入到熔融的沥青中后进行剪切，其中，以所述沥青的重量为基准，所述S Zorb催化剂载体细粉掺入量为1.8‑9.5重量％。本发明的改性沥青的高温抗车辙性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及道路沥青领域，具体涉及一种改性沥青及其制备方法。
背景技术
催化剂是化工工艺的灵魂，催化剂对于化学反应的进行有着决定性影响。催化剂在石油炼制、有机合成、聚合物生产、无机化工、制药以及三废处理等领域都有着不可或缺的作用。近年来，催化剂设计与生产技术不断提升，然而催化剂生产产生有毒气体、固体废弃物以及污水的问题也愈发凸显。其中，S Zorb催化剂载体生产过程中产生的细粉便是其中的问题之一，每年S Zorb催化剂载体生产过程中产生数十吨的细粉，该细粉粒径大部分分布在40μm以下，其主要成分是具有晶格结构的硅铝盐，这些细粉当前并没有得到有效的处理与应用，绝大多数采取了直接掩埋的方式，这是硅、铝等资源的严重浪费，并且是对土壤、水以及大气资源的污染。此外，这些细粉进入大气会对人类的肺部健康产生较大的危害。
另一方面，改革开放以来，我国高速公路事业持续高速发展。与此同时，庞大的公路管网建设与维护对道路沥青的质与量均有了更高的要求。特别地，我国高等级路面交通状况存在载荷大，车次频率高的特点。因此，我国的道路沥青材料对高温抗车辙性能有着更高的要求。当前，解决此问题的主要方式是用热塑性树脂类改性剂对石油沥青进行改性以增强沥青混合料的高温抗车辙性能，从而减少高频率以及重负荷车流对沥青路面的永久性破坏，这些热塑性树脂中，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)的使用最为普遍并且使用效果最佳，但SBS改性沥青存在成本高昂以及生产工艺复杂等缺点。因而，寻找成本低廉且改性工艺简单的改性剂替代SBS对石油沥青进行改性具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种新的改性沥青，该改性沥青的高温抗车辙性能优异。
本发明的发明人通过深入的研究发现，通过将S Zorb催化剂载体细粉掺入到熔融的沥青中后进行剪切，并将S Zorb催化剂载体细粉掺入量控制为沥青的1.8-9.5重量％，在保证沥青的基础性能的基础上，显著提高高温抗车辙性能，由此完成了本发明。
也即，为了实现上述目的，本发明一方面提供一种改性沥青的制备方法，其中，该方法包括将S Zorb催化剂载体细粉掺入到熔融的沥青中后进行剪切，其中，以所述沥青的重量为基准，所述S Zorb催化剂载体细粉掺入量为1.8-9.5重量％。
优选地，以所述沥青的重量为基准，所述S Zorb催化剂载体细粉掺入量为2.5-8.5重量％。
优选地，所述S Zorb催化剂载体细粉的粒径为40μm以下。
优选地，所述剪切在120-160℃下以2000-8000rpm/min转速剪切30-90min。
优选地，该方法还包括在所述剪切之后进行搅拌混合的步骤。
优选地，本发明的方法还包括在将所述S Zorb催化剂载体细粉掺入到熔融的沥青之前将所述S Zorb催化剂载体细粉进行筛分、干燥和研磨的步骤。
优选地，所干燥的条件包括：干燥温度为100-200℃，干燥时间为0.5-1h。
优选地，所述沥青为基质沥青、SBS改性沥青中的一种或多种。
优选地，所述S Zorb催化剂载体细粉为S Zorb催化剂载体生产过程中产生的细粉。
本发明第二方面提供一种改性沥青，该改性沥青通过上述的方法制备而得到。
通过上述技术方案，将S Zorb催化剂载体细粉作为改性剂部分代替或全部代替SBS对沥青进行改性，可以使这些对环境以及人类健康带来威胁的细粉得到合理处理，将细粉变废为宝。并且，鉴于我国汽油清洁化要求不断提高，S Zorb催化剂需求量不断增加，载体生产中产生细粉的量也将会持续增加，载体细粉作为道路沥青改性剂应用具有显著的环保效益与经济效益。
本发明的改性沥青的工艺简单且不需额外添加物，S Zorb催化剂载体细粉与普通石油沥青以及SBS改性沥青相容性较好，相比于基质沥青和SBS改性沥青，S Zorb催化剂载体细粉改性沥青与S Zorb催化剂载体细粉/SBS复合改性沥青在低温抗裂性能与抗老化性能不受影响的前提下，其高温稳定性能有显著的改善，因而S Zorb催化剂载体细粉作为改性剂可以提升沥青混合料使用性能，延长其使用年限并且降低其生产成本。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供一种改性沥青的制备方法，其中，该方法包括将S Zorb催化剂载体细粉掺入到熔融的沥青中后进行剪切，其中，以所述沥青的重量为基准，所述S Zorb催化剂载体细粉掺入量为1.8-9.5重量％。
根据本发明，所述沥青可以为基质沥青、SBS改性沥青、橡胶改性沥青中的一种或多种。优选为基质沥青或SBS改性沥青。
在本发明中，所述S Zorb催化剂载体细粉为S Zorb催化剂载体生产过程中产生的细粉。具体而言，是喷雾干燥工序、焙烧等工序产生的细粉。所述S Zorb催化剂载体细粉的主要成分是具有晶格结构的硅铝盐。
在本发明中，所述S Zorb催化剂载体优选通过以下步骤得到，将原料氧化硅、氧化铝和水混合打桨后，将浆料进行喷雾干燥，然后进行焙烧。
上述氧化硅与氧化铝的重量用量比优选为1：1.5-2.5。
上述原料与水的重量用量比优选为1：2-3，更优选为1：2-2.5。
上述喷雾干燥的温度优选为120-150℃。
优选上述焙烧的条件包括：温度为300-1000℃，时间为60-90min；更优选地，温度为300-500℃，时间为60-70min。
所述S Zorb催化剂载体细粉优选为上述喷雾和焙烧工序中产生的细粉。
根据本发明，以所述沥青的重量为基准，所述S Zorb催化剂载体细粉掺入量为1.8-9.5重量％。优选地，以所述沥青的重量为基准，所述S Zorb催化剂载体细粉掺入量为2.5-8.5重量％。通过使所述沥青在上述范围内，能够在保证改性沥青满足《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004相关要求性能的前提下，显著提高高温抗车辙性能。
根据本发明，所述S Zorb催化剂载体细粉的粒径优选为40μm以下，更优选为10-30μm。通过使用上述粒径范围的S Zorb催化剂载体细粉，可以提高细粉和沥青的相容性。
根据本发明，根据需要，在所述催化剂载体细粉的粒径不满足上述范围的情况下，优选地，可以对所述S Zorb催化剂载体细粉进行筛分以获得具有本发明优选范围的粒径的细粉。此外，在筛分之后，优选进行干燥和研磨。
上述筛分可以采用本领域常规的方法进行，在此不再累述。
作为上述干燥的条件没有特别的限定，可以为本领域的常规条件。例如，所述干燥的条件包括：干燥温度为100-200℃，干燥时间为0.5-1h。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述干燥的条件包括：干燥温度为200℃，干燥时间为0.5h。
上述研磨可以采用本领域常规的方法进行，只要研磨至无结块即可。
根据本发明，优选地，所述剪切在120-160℃下以2000-8000rpm/min转速剪切30-90min。
在本发明中，所述剪切可以在本领域公知的剪切设备中进行，例如可以在高速剪切机或胶体磨设备中进行。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述沥青为基质沥青，所述剪切在150℃下以4000rpm/min转速剪切70min。
在本发明的另一个优选的实施方式中，所述沥青为SBS改性沥青，所述剪切在160℃下以4000rpm/min转速剪切90min。
根据本发明，优选地，该方法还包括在所述剪切之后进行搅拌混合的步骤。所搅拌混合的目的在于将改性沥青混匀，其可以采用本领域的常规方法进行。例如，所述搅拌混合可以在130-170℃下以1000-3000rpm/min的转速搅拌50-90min。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述沥青为基质沥青，所述搅拌混合在150℃下以2000rpm/min的转速搅拌混合50min。
在本发明的另一个优选的实施方式中，所述沥青为SBS改性沥青，所述搅拌混合在170℃下以3000rpm/min的转速搅拌混合50min。
本发明还提供一种改性沥青，该改性沥青通过上述的方法制备而得到。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，AH-70基质沥青购于中石油燃料油有限责任公司，SBS改性沥青购于淄博齐文化工有限公司。
以下实施例中，细粉为S Zorb催化剂载体生产过程中在喷雾干燥工序和焙烧工序中产生的S Zorb催化剂载体细粉。其中，S Zorb催化剂载体生产过程具体如下。
将原料氧化硅、氧化铝和水混合打桨后，将浆料进行喷雾干燥，然后进行焙烧。其中，氧化硅和氧化铝的重量用量比为1：2；上述原料与水的重量用量比为1：3；上述喷雾干燥的温度：温度为130℃；上述焙烧的条件包括：温度为400℃，时间为60min。
实施例1
1)利用筛网筛分出细粉中40μm以下的部分；
2)称取100g筛分出的细粉并均匀摊薄在托盘上，放置在200℃的烘箱中烘干0.5h；
3)研磨烘干后的细粉至无结块；
4)称取600g的AH-70基质沥青，加热至完全融溶状态，称取15g的细粉并缓慢加入沥青中，控制沥青温度在150℃，在高速剪切机中，以4000rpm/min高速剪切70min；
5)将经过剪切的样品在150℃下，在高速搅拌机中，以2000rpm/min的转速搅拌50min；制备得到细粉改性沥青A。
实施例2
按照实施例1的方法进行，不同的是称取细粉的质量为27g，同样地制得细粉改性沥青B。
实施例3
按照实施例1的方法进行，不同的是称取细粉的质量为39g，同样地制得细粉改性沥青C。
实施例4
按照实施例1的方法进行，不同的是称取细粉的质量为51g，同样地制得细粉改性沥青D。
实施例5
1)利用筛网筛分出细粉中40μm以下的部分；
2)称取100g筛分出的细粉并均匀摊薄在托盘上，放置在200℃的烘箱中烘干0.5h；
3)研磨烘干后的细粉至无结块；
4)称取600g的SBS改性沥青，加热至完全融溶状态，称取15g的细粉并缓慢加入沥青中，控制沥青温度在160℃，在高速剪切机中，以4000rpm/min高速剪切90min；
5)将经过剪切的样品在170℃下，在高速搅拌器中，以3000rpm/min的转速搅拌50min；制备得到细粉/SBS复合改性沥青E，进一步对其进行沥青使用性能评价并且考察细粉与SBS改性沥青的相容性。
实施例6
按照实施例5的方法进行，不同的是称取细粉的质量为27g，同样地制得细粉/SBS复合改性沥青F。
实施例7
按照实施例5的方法进行，不同的是称取细粉的质量为39g，同样地制得细粉/SBS复合改性沥青G。
实施例8
按照实施例5的方法进行，不同的是称取细粉的质量为51g，同样地制得细粉/SBS复合改性沥青H。
对比例1
按照实施例1的方法进行，不同的是，称取细粉的质量为9g(沥青的1.5重量％)，同样地制得细粉/SBS复合改性沥青I。
对比例2
按照实施例1的方法进行，不同的是，称取细粉的质量为60g(沥青的10重量％)，同样地制得细粉/SBS复合改性沥青J。
对比例3
按照实施例5的方法进行，不同的是，称取细粉的质量为9g(沥青的1.5重量％)，同样地制得细粉/SBS复合改性沥青I。
对比例4
按照实施例5的方法进行，不同的是，称取细粉的质量为60g(沥青的15重量％)，同样地制得细粉/SBS复合改性沥青J。
测试例
按照公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004中的实验方法对上述各实施例和对比例得到的改性沥青、AH-70基质沥青和SBS改性沥青的使用性能及相容性、抗老化性能进行测试，并将测试结果表示在表1和表2中。其中，表1为各实施例和对比例制备得到改性沥青使用性能及相容性评价指标。表2为各实施例和对比例制备得到改性沥青的抗老化性能评价指标。表1中针入度越小表示沥青稠度越大，抗剪切变形能力越强，软化点越大表示沥青高温性能越好。
表1
表2
| 沥青种类 | 针入度比/％ | 质量损失/％ | 老化后延度(15℃)/cm |
| 实施例1 | 68 | -0.05 | 38.9 |
| 实施例2 | 69 | -0.02 | 36.9 |
| 实施例3 | 68 | -0.06 | 36.0 |
| 实施例4 | 70 | -0.03 | 34.9 |
| 实施例5 | 80 | 0.02 | 63.1 |
| 实施例6 | 81 | 0.02 | 60.9 |
| 实施例7 | 80 | 0.01 | 58.7 |
| 实施例8 | 83 | 0.02 | 53.6 |
| 对比例1 | 68 | -0.06 | 38.6 |
| 对比例2 | 67 | -0.05 | 38.9 |
| 对比例3 | 79 | 0.03 | 63.1 |
| 对比例4 | 80 | 0.02 | 63.0 |
| AH-70 | 66 | -0.07 | 40.5 |
| SBS改性沥青 | 79 | 0.02 | 66.2 |
从表1和表2可以看出，细粉与基质沥青以及SBS改性沥青的离析软化点差均低于2.5℃，说明细粉与基质沥青以及SBS改性沥青有较好的相容性，并且相比于AH-70基质沥青以及SBS改性沥青，细粉改性沥青以及细粉/SBS复合改性沥青在低温抗裂性能与抗老化性能均能满足《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004相关要求的前提下，其高温抗车辙性能有了明显的改善，沥青混合料抵抗永久性破坏的能力得到大幅度提升，其使用年限得到延长，细粉作为沥青改性剂可以降低沥青路面铺筑与维护的成本。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种改性沥青的制备方法，其特征在于，该方法包括将S Zorb催化剂载体细粉掺入到熔融的沥青中后进行剪切，其中，以所述沥青的重量为基准，所述S Zorb催化剂载体细粉掺入量为1.8-9.5重量％，所述S Zorb催化剂载体细粉的主要成分是具有晶格结构的硅铝盐。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，以所述沥青的重量为基准，所述S Zorb催化剂载体细粉掺入量为2.5-8.5重量％。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述S Zorb催化剂载体细粉的粒径为40μm以下。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述剪切在120-160℃下以2000-8000rpm转速剪切30-90min。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，该方法还包括在所述剪切之后进行搅拌混合的步骤。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括在将所述S Zorb催化剂载体细粉掺入到熔融的沥青之前将所述S Zorb催化剂载体细粉进行筛分、干燥和研磨的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述 干燥的条件包括：干燥温度为100-200℃，干燥时间为0.5-1h。
8.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述沥青为基质沥青、SBS改性沥青中的一种或多种。
9.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述S Zorb催化剂载体细粉为SZorb催化剂载体生产过程中产生的细粉。
10.一种改性沥青，其特征在于，该改性沥青通过权利要求1-9中任意一项所述的方法制备而得到。
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