CN110092945B - 改性重质碳酸钙的制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及精细化工碳酸钙粉体技术领域，具体涉及一种改性重质碳酸钙的制备方法及应用。该制备方法包括以下步骤：(1)将重质碳酸钙粗粉与水混合，形成重质碳酸钙悬浮液；(2)将步骤(1)制得的重质碳酸钙悬浮液进行研磨，得到浆液；(3)将步骤(2)制得的浆液的pH调节至7.0以下，再加入纤维素和酸酐类助剂，搅拌均匀，得到改性浆液；(4)将步骤(3)制得的改性浆液进行脱水、烘干、粉碎，得到改性重质碳酸钙。该方法制得的重质碳酸钙可有效改善沥青的软化点、粘度、延伸度和耐久性，方法简单、生产成本低。

Description

改性重质碳酸钙的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及精细化工碳酸钙粉体技术领域，具体涉及一种改性重质碳酸钙的制备方法及应用。
背景技术
道路沥青是通过适当性质的原油经常/减压蒸馏获得，也可以减压渣油经浅度氧化或丙烷脱沥青工艺后而得，还可以采用不同延度和针入度级别的沥青调和配制而制得，广泛用于铺筑路面和黏结屋面。
随着我国交通基础设施建设的不断发展，道路沥青的用量逐年增长，其暴露的质量问题也逐渐凸显。例如，沥青路面炎热季节在重车作用下造成的车辙、推拥等永久变形，冬季低温开裂和半刚性基层开裂的反射性裂纹等，不同程度均造成了一定的财产损失。
为了改善沥青性能，通常采用结构改性来提高沥青路面的服务水平。所谓的结构改性技术是指在沥青路面结构中增加结构层来改善沥青路面的使用性能，如设置抗反射裂缝延伸的应力吸收膜、设土工格栅加铺层以提高沥青路面抗车辙和疲劳性能等措施。然而，结构改性技术造价成本高、施工复杂又将是面临的一大难题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的道路沥青结构改性成本高、施工复杂的问题，提供一种改性重质碳酸钙的制备方法及应用，该方法制得的重质碳酸钙可有效改善沥青的软化点、粘度、延伸度和耐久性，方法简单、生产成本低。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种改性重质碳酸钙的制备方法，包括以下步骤：
(1)将重质碳酸钙粗粉与水混合，形成重质碳酸钙悬浮液；
(2)将步骤(1)制得的重质碳酸钙悬浮液进行研磨，得到浆液；
(3)将步骤(2)制得的浆液的pH调节至7.0以下，加入纤维素和酸酐类助剂，搅拌均匀，得到改性浆液；
(4)将步骤(3)制得的改性浆液进行脱水、烘干、粉碎，得到改性重质碳酸钙。
优选地，所述重质碳酸钙粗粉、所述纤维素与所述酸酐类助剂的质量比为60-1000：3-10：1。
优选地，所述纤维素的分子量为50000-100000；所述酸酐类助剂为选自乙酸酐、丙酸酐、异丁酸酐、戊酸酐和己酸酐中的一种或多种。
优选地，步骤(1)中，所述重质碳酸钙粗粉的颗粒大小为200-400目，所述重质碳酸钙悬浮液的固含量为40-60％。
优选地，步骤(1)中，所述重质碳酸钙粗粉是由方解石先经机械粗粉碎后，再送入立式磨机进行精粉碎制得。
优选地，步骤(2)中，所述浆液的D97粒径为5.0-7.0μm。
优选地，步骤(3)中所述搅拌的时间为30-60min。
优选地，步骤(2)制得的浆液的pH使用酸性助剂进行调节，所述酸性助剂为选自盐酸、磷酸和硫酸中的一种或多种。
本发明第二方面提供由上述方法制备的改性重质碳酸钙。
本发明第三方面提供由上述方法制备的改性重质碳酸钙在道路沥青中的应用。
通过上述技术方案，可以达到以下优点：本发明方法制备的改性重质碳酸钙，采用纤维素和酸酐类助剂在重质碳酸钙的表面聚合生成了纤维素酯，形成表面改性层，达到表面改性的目的。在该改性重质碳酸钙用于填充道路沥青时，在沥青体系内部形成网络状的弹性纤维交联结构，可显著提高沥青混合料的软化点、粘度、延伸度和耐久性，延长沥青的使用寿命、改善沥青的使用性能。本发明中，改性重质碳酸钙的制备方法简单、生产成本低。
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。
第一方面，本发明提供了一种改性重质碳酸钙的制备方法，包括以下步骤：
(1)将重质碳酸钙粗粉与水混合，形成重质碳酸钙悬浮液；
(2)将步骤(1)制得的重质碳酸钙悬浮液进行研磨，得到浆液；
(3)将步骤(2)制得的浆液的pH调节至7.0以下，再加入纤维素和酸酐类助剂，搅拌均匀，得到改性浆液；
(4)将步骤(3)制得的改性浆液进行脱水、烘干、粉碎，得到改性重质碳酸钙。
本发明中，步骤(2)中研磨可以为剥片机研磨、球磨机研磨或其他任何一种研磨的方法。
优选地，所述重质碳酸钙粗粉、所述纤维素与所述酸酐类助剂的质量比为60-1000：3-10：1。
优选地，步骤(3)中，所述纤维素的分子量为50000-100000；其中，纤维素随所用醚化剂的不同可分为甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、苄基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、氰乙基纤维素、苄基氰乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素和苯基纤维素等。本发明中，酸酐类助剂可以为任何一种酸酐物质，所述酸酐类助剂优选为选自乙酸酐、丙酸酐、异丁酸酐、戊酸酐和己酸酐中的一种或多种。
优选地，步骤(1)中，所述重质碳酸钙粗粉的颗粒大小为200-400目，所述重质碳酸钙悬浮液的固含量为40-60％。固含量具体可以为40％、45％、50％、55％、60％，以及这些点值中的任意两个所构成的范围内的任意值。
优选地，步骤(1)中，所述重质碳酸钙粗粉是由方解石先经机械粗粉碎后，再送入立式磨机进行精粉碎制得。
优选地，步骤(2)中，所述浆液的D97粒径为5.0-7.0μm。
D97粒径是指颗粒粒度分布中，从小到大累积分布百分数达到97％时对应的粒径值，即指某一粉体中，粒径小于D97粒径的颗粒数占总颗粒数的97％。所述浆液的D97粒径具体可以为5.0μm、5.5μm、6.0μm、6.5μm、7.0μm，以及这些点值中的任意两个所构成的范围内的任意值。本发明中，粒径的检测采用珠海欧美克公司生产的激光粒度仪，型号为POP(6)；将样品加入到蒸馏水中配成浓度为0.01-0.1wt％的溶液，先将超声波分散2min，再加入到激光粒度仪中检测，当检测粒径过大时，大于需要的数值时，减小隔膜进料泵的进料速度，物料在研磨机中的研磨时间延长，从而得到较细的粒径的产品；当检测成品的粒径过细时，增加隔膜进料泵的进料速度，物料在研磨机中的研磨时间减小，从而得到较粗的粒径的产品，根据产品的实际需要进行调节。
优选地，步骤(3)中所述搅拌的时间为30-60min，具体可以为30min、40min、50min、60min，以及这些点值中的任意两个所构成的范围内的任意值，避免搅拌时间过短，造成反应不充分，或者搅拌时间过长浪费产能。
步骤(2)制得的浆液的pH使用酸性助剂进行调节，所述酸性助剂为选自盐酸、磷酸和硫酸中的一种或多种。本发明中，盐酸、磷酸或硫酸选用质量浓度为5-15％的盐酸溶液、磷酸溶液或硫酸溶液。
第二方面，本发明提供了由上述方法制备的改性重质碳酸钙。
第三方面，本发明提供了由上述方法制备的改性重质碳酸钙在道路沥青中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，针入度通过针入度测定仪根据GB4509-84《石油沥青针入度测量法》和T0604-2000《沥青针入度试验》测得；软化点通过沥青软化点测定仪测得；延度通过沥青延伸度仪测得；方解石购于广西贺州市桂宝粉体公司，羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟乙基纤维素购于河北恒美化工有限公司，其他原料为市售品。
实施例1
(1)将100kg方解石经机械粗粉碎后，送入立式磨机进行精粉碎，形成颗粒大小为325目的重质碳酸钙粗粉后，将重质碳酸钙粗粉与水混合，形成固含量为50％的重质碳酸钙悬浮液；
(2)将步骤(1)制得的重质碳酸钙悬浮液输送至剥片机中进行研磨，得到D97粒径为5.8μm的浆液；
(3)在步骤(2)制得的浆液中加入质量浓度为10％的磷酸溶液，将浆液的pH调节至6.4，再加入3kg分子量为80000的羟丙基甲基纤维素(HPMC)的水溶液和0.3kg异丁酸酐、0.3kg丙酸酐，搅拌处理45min后得到改性浆液；
(4)将步骤(3)制得的改性浆液进行脱水、烘干、粉碎，得到改性重质碳酸钙。
实施例2
(1)将100kg方解石经机械粗粉碎后，送入立式磨机进行精粉碎，形成颗粒大小为200目的重质碳酸钙粗粉后，将重质碳酸钙粗粉与水混合，形成固含量为40％的重质碳酸钙悬浮液；
(2)将步骤(1)制得的重质碳酸钙悬浮液输送至剥片机中进行研磨，得到D97粒径为5.1μm的浆液；
(3)在步骤(2)制得的浆液中加入质量浓度为15％的盐酸溶液，将浆液的pH调节至6.8，再加入1kg分子量为100000的羟乙基纤维素的水溶液和0.1kg乙酸酐，搅拌处理30min后得到改性浆液；
(4)将步骤(3)制得的改性浆液进行脱水、烘干、粉碎，得到改性重质碳酸钙。
实施例3
(1)将100kg方解石经机械粗粉碎后，送入立式磨机进行精粉碎，形成颗粒大小为400目的重质碳酸钙粗粉后，将重质碳酸钙粗粉与水混合，形成固含量为60％的重质碳酸钙悬浮液；
(2)将步骤(1)制得的重质碳酸钙悬浮液输送至剥片机中进行研磨，得到D97粒径为6.8μm的浆液；
(3)在步骤(2)制得的浆液中加入浓度为5％的硫酸溶液，将浆液的pH调节至6.0，再加入5kg分子量为60000的羟丙基甲基纤维素(HPMC)的水溶液和1.67kg戊酸酐，搅拌处理60min后得到改性浆液；
(4)将步骤(3)制得的改性浆液进行脱水、烘干、粉碎，得到改性重质碳酸钙。
实施例4
(1)将100kg方解石经机械粗粉碎后，送入立式磨机进行精粉碎，形成颗粒大小为300目的重质碳酸钙粗粉后，将重质碳酸钙粗粉与水混合，形成固含量为55％的重质碳酸钙悬浮液；
(2)将步骤(1)制得的重质碳酸钙悬浮液输送至剥片机中进行研磨，得到D97粒径为6μm的浆液；
(3)在步骤(2)制得的浆液中加入质量浓度为10％的磷酸溶液和质量浓度为10％的硫酸溶液，将浆液的pH调节至6.4，再加入2kg分子量为30000的羟丙基甲基纤维素(HPMC)的水溶液和0.3kg己酸酐，搅拌处理50min后得到改性浆液；
(4)将步骤(3)制得的改性浆液进行脱水、烘干、粉碎，得到改性重质碳酸钙。
实施例5
(1)将100kg方解石经机械粗粉碎后，送入立式磨机进行精粉碎，形成颗粒大小为250目的重质碳酸钙粗粉后，将重质碳酸钙粗粉与水混合，形成固含量为45％的重质碳酸钙悬浮液；
(2)将步骤(1)制得的重质碳酸钙悬浮液输送至剥片机中进行研磨，得到D97粒径为5μm的浆液；
(3)在步骤(2)制得的浆液中加入质量浓度为10％的硫酸溶液，将浆液的pH调节至6.4，再加入8kg分子量为90000的羟丙基甲基纤维素(HPMC)的水溶液和0.4kg丙酸酐，搅拌处理45min后得到改性浆液；
(4)将步骤(3)制得的改性浆液进行脱水、烘干、粉碎，得到改性重质碳酸钙。
实施例6
(1)将100kg方解石经机械粗粉碎后，送入立式磨机进行精粉碎，形成颗粒大小为300目的重质碳酸钙粗粉后，将重质碳酸钙粗粉与水混合，形成固含量为55％的重质碳酸钙悬浮液；
(2)将步骤(1)制得的重质碳酸钙悬浮液输送至剥片机中进行研磨，得到D97粒径为6μm的浆液；
(3)在步骤(2)制得的浆液中加入质量浓度为10％的磷酸溶液，将浆液的pH调节至6.2，再加入4kg分子量为80000的羟丙基甲基纤维素(HPMC)的水溶液和0.4kg邻苯二甲酸酐，搅拌处理55min后得到改性浆液；
(4)将步骤(3)制得的改性浆液进行脱水、烘干、粉碎，得到改性重质碳酸钙。
实施例7
按照实施例3的方法制备改性重质碳酸钙，不同的是，步骤(1)为将100kg方解石经机械粗粉碎后，送入立式磨机进行精粉碎，形成颗粒大小为500目的重质碳酸钙粗粉后，将重质碳酸钙粗粉与水混合，形成固含量为30％的重质碳酸钙悬浮液。
对比例
(1)将100kg方解石经机械粗粉碎后，送入立式磨机进行精粉碎，形成颗粒大小为325目的重质碳酸钙粗粉后，将重质碳酸钙粗粉与水混合，形成固含量为50％的重质碳酸钙悬浮液；
(2)将步骤(1)制得的重质碳酸钙悬浮液输送至剥片机中进行研磨，得到D97粒径为8μm的浆液；
(3)在步骤(2)制得的浆液中加入3kg硬脂酸钠，搅拌处理45min后得到改性浆液；
(4)将步骤(3)制得的改性浆液进行脱水、烘干、粉碎，得到改性重质碳酸钙。
将以上实施例和对比例制得的改性重质碳酸钙按表1中的配料质量比制备道路沥青混合料。
测试按照表1中质量比制得的沥青的性能参数，包括针入度、软化点和延度，测试结果如表2所示。
表1道路沥青的配料质量比
Figure BDA0002050616160000091
表2沥青性能测试结果
Figure BDA0002050616160000092
通过表2的结果可以看出，实施例1-实施例7采用本发明制得的重质碳酸钙应用于道路沥青配制中，能够显著提高沥青混合料的软化点、粘度、延伸度和耐久性。
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)

1.一种改性重质碳酸钙的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将重质碳酸钙粗粉与水混合，形成重质碳酸钙悬浮液；
(2)将步骤(1)制得的重质碳酸钙悬浮液进行研磨，得到浆液；
(3)将步骤(2)制得的浆液的pH调节至7.0以下，加入纤维素和酸酐类助剂，搅拌均匀，得到改性浆液；
(4)将步骤(3)制得的改性浆液进行脱水、烘干、粉碎，得到改性重质碳酸钙。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重质碳酸钙粗粉、所述纤维素与所述酸酐类助剂的质量比为60-1000：3-10：1。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纤维素的分子量为50000-100000；所述酸酐类助剂为选自乙酸酐、丙酸酐、异丁酸酐、戊酸酐和己酸酐中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述重质碳酸钙粗粉的颗粒大小为200-400目，所述重质碳酸钙悬浮液的固含量为40-60％。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述重质碳酸钙粗粉是由方解石先经机械粗粉碎后，再送入立式磨机进行精粉碎制得。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述浆液的D97粒径为5.0-7.0μm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述搅拌的时间为30-60min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)制得的浆液的pH使用酸性助剂进行调节，所述酸性助剂为选自盐酸、磷酸和硫酸中的一种或多种。
9.权利要求1至8中任意一项所述的方法制备的改性重质碳酸钙。
10.权利要求9所述的改性重质碳酸钙在道路沥青中的应用。
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