CN113122299B - 一种石油沥青的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油化工技术领域，具体涉及一种石油沥青的加工方法。在本发明的加工过程中，先对海泡石进行预处理，将海泡石和水分散后，再加入乳化剂和球形纳米过渡金属氧化物，搅拌反应后，过滤，干燥，得预处理海泡石；再将石油沥青、海泡石、苯乙烯‑马来酸酐共聚物混合后，加热球磨56‑72h，得球磨料；随后向球磨料中加入异氰酸酯，加热搅拌反应后，冷却，出料，即完成石油沥青的加工。本发明可以在石油沥青中引入性能优异的连续相，同时，石油沥青与连续相之间相容性优异。

Description

一种石油沥青的加工方法

技术领域

本发明属于石油化工技术领域。更具体地，涉及一种石油沥青的加工方法。

背景技术

随着公路建设的飞速发展以及对环境负荷的管理不断加强，排水沥青路面作为海绵城市的重要组成部分，收到了更多的关注。其中，性能更为优异的改性石油沥青-高粘度改性沥青需求突出。

高粘度改性沥青一般通过加入高含量的苯乙烯系热塑性弹性体（SBS）改性剂制成。提高SBS含量能够使改性沥青发生相转变，SBS形成连续相，从而改性沥青可以更多的表现为聚合物的性能，显著提升沥青的高温性能和低温性能。但是SBS与沥青之间的相容性有限，随着SBS含量的增加，生产过程中SBS在沥青中无法充分溶胀；储存和运输过程中，改性沥青容易发生相分离；在拌和施工过程中，SBS含量增多会导致沥青的135℃粘度增大，导致泵送拌和困难，不利于施工。一般将沥青按照相似成分分为饱和分、芳香分、胶质、沥青质4个组分。其中，SBS与饱和分和沥青质相容性差，与芳香分和胶质相容性好。胶体不稳定指数Ic=（沥青质+饱和分）/（胶质+芳香分），胶体不稳定指数小的基质沥青，与SBS相容性好。但高粘度改性沥青由于SBS含量较高，即使是富芳香分的基质沥青，也存在相容性不足的问题。因此需要额外加入富含芳香分的材料作为相容剂来提高SBS与基质沥青的相容性，富含芳香分的油类物质和石油树脂都可以起到相容剂的作用。但油类物质的加入会提高改性沥青的针入度。针入度对沥青的性能具有很大的影响，一般来讲，针入度大的沥青具有较好的抗疲劳和抗开裂性能，针入度小的沥青具有更好的抗车辙和抗扭转性能，需要根据使用场合选择不同针入度的沥青。

基于此，如何在沥青中引入相容性更为优异的连续相，使其表现为聚合物的性能，同时，可以对沥青其他性能不会产生不良影响，是本领域技术人员亟待解决的技术难题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种石油沥青的加工方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种石油沥青的加工方法，所述石油沥青的加工方法的步骤包括：

高能球磨：

将石油沥青、海泡石、苯乙烯-马来酸酐共聚物混合后，加热球磨56-72h，得球磨料；

加热反应：

向所述球磨料中加入异氰酸酯，加热搅拌反应后，冷却，出料，即完成石油沥青的加工。

上述技术方案首先采用海泡石、苯乙烯-马来酸酐共聚物与石油沥青进行高能加热球磨，在球磨过程中，苯乙烯-马来酸酐共聚物分子与石油沥青组分中的饱和分、芳香分、胶质、沥青质具有良好的相容性，同时，其分子结构中的马来酸酐基团可与海泡石之间具有良好的相容性；另外，由于海泡石呈稻草束状，在高能加热球磨过程中，发生细化，解散成为较小的纤维束，而石油沥青和苯乙烯-马来酸酐共聚物的分子链得以舒展并围绕解散的海泡石纤维束发生相互缠绕，形成复合纤维束，从而使石油沥青发生相转变，并形成连续相，从而使石油沥青表现出聚合物的性能，显著提升沥青的综合性能；

再者，上述技术方案通过在球磨料中进一步引入异氰酸酯，利用小分子的异氰酸酯在加热搅拌反应过程中，向复合纤维束内部扩散渗透，并与内部残留羟基、羧基等官能团之间发生反应，产生二氧化碳，二氧化碳气体的产生可以使得复合纤维束内部形成疏松多孔的状态，异氰酸酯的加入量，可以调控产品的针入度，使得产品根据使用场合，灵活选择不同针入度。

进一步地，所述石油沥青的加工方法的步骤还包括：

在高能球磨前，对海泡石进行预处理，所述预处理方法为：

将海泡石和水分散后，再加入乳化剂，搅拌反应后，过滤，干燥。

进一步地，所述石油沥青的加工方法的步骤还包括：待海泡石和水分散后，加入球形纳米过渡金属氧化物。

进一步地，所述球形纳米过渡金属氧化物选自：球形纳米二氧化锰、球形纳米氧化铁、球形纳米氧化钴、球形纳米氧化镍中的任意一种。

上述技术方案进一步对海泡石进行预处理，首先，通过利用乳化剂对海泡石进行预处理，使得海泡石在球磨过程中更容易发生解离，并且，在乳化剂的作用下，海泡石纤维束与其余组分之间的界面相容性也可以得到提升；

更进一步地，上述技术方案通过在海泡石预处理过程中，引入球形纳米过渡氧化物，在球磨过程中，球形纳米过渡氧化物可以充当纳米级别的研磨介质，使得海泡石纤维束、苯乙烯-马来酸酐共聚物以及石油沥青中的高分子，更容易发生解离，另外，在高能球磨过程中，过渡氧化物可以作为活性催化剂，在研磨过程中，利用研磨的高能量，促使各组分之间结合，以形成牢固的相互缠绕，使得其形成的复合纤维束性能更加稳定。

进一步地，所述乳化剂选OP-10、吐温-60、吐温-80、斯潘-80、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基二甲基甜菜碱或十八烷基二甲基甜菜碱中的任意一种。

进一步地，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或赖氨酸二异氰酸酯中的任意一种。

进一步地，所述苯乙烯-马来酸酐共聚物为单分散苯乙烯-马来酸酐共聚物；

上述技术方案采用单分散的苯乙烯-马来酸酐共聚物，在高能球磨过程中，单分散的苯乙烯-马来酸酐共聚物可以发生尽量同步的解离，其与海泡石纤维束以及沥青分子链的复合也变得更为可控。

所述单分散苯乙烯-马来酸酐共聚物的制备方法为：

将马来酸酐、苯乙烯、引发剂和丁酸乙酯混合后，于惰性气体保护状态下，加热回流反应，再经离心分离，去除上清液，即得。

进一步地，所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或偶氮二异丁酸二甲酯中的任意一种。

本发明有益效果为：本发明可以在石油沥青中引入性能优异的连续相，同时，石油沥青与连续相之间相容性优异。具体表现为，本发明的石油沥青在剪切粘度、针入度、研度和弹性恢复方面，都具有明显优势。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1

单分散苯乙烯-马来酸酐共聚物的制备：

按重量份数计，依次取10份马来酸酐，10份苯乙烯，1份引发剂，100份丁酸乙酯，混合倒入反应器中，并向反应器中通入惰性气体，在惰性气体保护状态下，于温度为80℃条件下，加热回流反应4h后，于速率为50rad/min条件下，离心分离20min后，去除上清液，收集下层沉淀物，即得苯乙烯-马来酸酐共聚物；

所述引发剂为偶氮二异丁腈；

海泡石的预处理：

将海泡石和水按质量比为1：5混合后，于超声频率为50kHz条件下，超声分散10min，得分散液，再向分散液中加入海泡石质量1%的乳化剂，以及海泡石质量5%的球形纳米过渡金属氧化物，于转速为400r/min条件下，搅拌反应3h后，过滤，收集滤饼，并将所得滤饼于温度为80℃条件下，干燥至恒重，得预处理海泡石；

所述球形纳米过渡金属氧化物为球形纳米二氧化锰；

所述乳化剂为OP-10；

高能球磨：

按重量份数计，依次取60份石油沥青，8份预处理海泡石，10份苯乙烯-马来酸酐共聚物，倒入球磨罐中，并按球料质量比为20：1加入氧化锆球磨珠，于温度为100℃，自转转速为400r/min，公转转速为400r/min条件下，高能球磨混合56h，得球磨料；

加热反应：

向球磨料中加入球磨料质量5%的异氰酸酯，于温度为120℃，转速为600r/min条件下，加热搅拌反应4h后，冷却，出料，即完成石油沥青的加工；

所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯。

实施例2

单分散苯乙烯-马来酸酐共聚物的制备：

按重量份数计，依次取15份马来酸酐，15份苯乙烯，2份引发剂，120份丁酸乙酯，混合倒入反应器中，并向反应器中通入惰性气体，在惰性气体保护状态下，于温度为82℃条件下，加热回流反应5h后，于速率为55rad/min条件下，离心分离30min后，去除上清液，收集下层沉淀物，即得苯乙烯-马来酸酐共聚物；

所述引发剂为偶氮二异庚腈；

海泡石的预处理：

将海泡石和水按质量比为1：8混合后，于超声频率为70kHz条件下，超声分散20min，得分散液，再向分散液中加入海泡石质量3%的乳化剂，以及海泡石质量10%的球形纳米过渡金属氧化物，于转速为600r/min条件下，搅拌反应4h后，过滤，收集滤饼，并将所得滤饼于温度为90℃条件下，干燥至恒重，得预处理海泡石；

所述球形纳米过渡金属氧化物为球形纳米氧化铁；

所述乳化剂为吐温-60；

高能球磨：

按重量份数计，依次取70份石油沥青，9份预处理海泡石，15份苯乙烯-马来酸酐共聚物，倒入球磨罐中，并按球料质量比为25：1加入氧化锆球磨珠，于温度为120℃，自转转速为450r/min，公转转速为600r/min条件下，高能球磨混合60h，得球磨料；

加热反应：

向球磨料中加入球磨料质量8%的异氰酸酯，于温度为125℃，转速为700r/min条件下，加热搅拌反应5h后，冷却，出料，即完成石油沥青的加工；

所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯。

实施例3

单分散苯乙烯-马来酸酐共聚物的制备：

按重量份数计，依次取20份马来酸酐，20份苯乙烯，3份引发剂，150份丁酸乙酯，混合倒入反应器中，并向反应器中通入惰性气体，在惰性气体保护状态下，于温度为85℃条件下，加热回流反应8h后，于速率为60rad/min条件下，离心分离40min后，去除上清液，收集下层沉淀物，即得苯乙烯-马来酸酐共聚物；

所述引发剂为偶氮二异丁酸二甲酯；

海泡石的预处理：

将海泡石和水按质量比为1：10混合后，于超声频率为80kHz条件下，超声分散30min，得分散液，再向分散液中加入海泡石质量5%的乳化剂，以及海泡石质量15%的球形纳米过渡金属氧化物，于转速为800r/min条件下，搅拌反应5h后，过滤，收集滤饼，并将所得滤饼于温度为100℃条件下，干燥至恒重，得预处理海泡石；

所述球形纳米过渡金属氧化物为球形纳米氧化钴；

所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠；

高能球磨：

按重量份数计，依次取80份石油沥青，10份预处理海泡石，20份苯乙烯-马来酸酐共聚物，倒入球磨罐中，并按球料质量比为30：1加入氧化锆球磨珠，于温度为130℃，自转转速为500r/min，公转转速为800r/min条件下，高能球磨混合72h，得球磨料；

加热反应：

向球磨料中加入球磨料质量10%的异氰酸酯，于温度为130℃，转速为800r/min条件下，加热搅拌反应6h后，冷却，出料，即完成石油沥青的加工；

所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。

实施例4

本实施例相比于实施例1而言，区别在于：在海泡石进行预处理的过程中，未加入球形纳米过渡金属氧化物，其余条件保持不变。

实施例5

本实施例相比于实施例1而言，区别在于：在海泡石进行预处理的过程中，未加入乳化剂OP-10，其余条件保持不变。

对比例1

本对比例相比于实施例1而言，区别在于：球磨料中未加入异氰酸酯，其余条件保持不变。

对比例2

本对比例相比于实施例1而言，区别在于：采用如下制备步骤取代高能球磨：

按重量份数计，依次取60份石油沥青，8份预处理海泡石，10份苯乙烯-马来酸酐共聚物，于温度为100℃，搅拌转速为300r/min条件下，加热搅拌反应56h；

其余条件保持不变。

对实施例1-5及对比例1-2所得产品进行性能测试，具体测试方法和测试结果如下所述：

60℃零剪切粘度测试：由美国Waters公司的DHR-1型流变仪来测定；将各实施例和对比例产品放置于直径为25mm的平行板上，板间距为1mm，温度设定为60℃，测量剪切速率在10-3-1s-1范围内产品的黏度，测量结果用Carreau模型拟合；具体测试结果见表1；

针入度测试：根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中的T0604测定，具体测试结果见表1：针入度越大，则沥青具有较好的抗疲劳和抗开裂性能，针入度小的沥青具有更好的抗车辙和抗扭转性能；对比例1由于未加入异氰酸酯，因此产品实际内部孔隙率明显下降，因此，可以调节针入度明显下降，而对比例2由于取消了高能球磨过程，因此体系内部各组分并未良好结合形成致密的网络结构，因此，针入度也明显下降；

延度测试：根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中的T0606测定，具体测试结果见表1；

弹性恢复测试：根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中的T0605测定，具体测试结果见表1。

表1：产品性能测试结果

	60℃零剪切粘度/（Pa·s）	针入度/（0.1mm）	延度/（5℃）/（cm）	弹性恢复/（5℃）/（%·30min<sup>-1</sup>）
					实施例1	61000	65	25	32
实施例2	62000	62	23	30
					实施例3	61500	65	22	28
实施例4	55000	55	35	45
					实施例5	53000	52	36	46
对比例1	38000	46	42	56
					对比例2	39000	45	41	55

由表1测试结果可知，本发明所得产品具有优异的综合性能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种石油沥青的加工方法，其特征在于，所述石油沥青的加工方法的步骤包括：

高能球磨：

将石油沥青、海泡石、苯乙烯-马来酸酐共聚物混合后，加热球磨56-72h，得球磨料；

加热反应：

向所述球磨料中加入异氰酸酯，加热搅拌反应后，冷却，出料，即完成石油沥青的加工。

2.根据权利要求1所述的一种石油沥青的加工方法，其特征在于，所述石油沥青的加工方法的步骤还包括：

在高能球磨前，对海泡石进行预处理，所述预处理方法为：

将海泡石和水分散后，再加入乳化剂，搅拌反应后，过滤，干燥。

3.根据权利要求2所述的一种石油沥青的加工方法，其特征在于，所述石油沥青的加工方法的步骤还包括：待海泡石和水分散后，加入球形纳米过渡金属氧化物。

4.根据权利要求3所述的一种石油沥青的加工方法，其特征在于，所述球形纳米过渡金属氧化物选自：球形纳米二氧化锰、球形纳米氧化铁、球形纳米氧化钴、球形纳米氧化镍中的任意一种。

5.根据权利要求2所述的一种石油沥青的加工方法，其特征在于，所述乳化剂选自OP-10、吐温-60、吐温-80、斯潘-80、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基二甲基甜菜碱或十八烷基二甲基甜菜碱中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种石油沥青的加工方法，其特征在于，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或赖氨酸二异氰酸酯中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的一种石油沥青的加工方法，其特征在于，所述苯乙烯-马来酸酐共聚物为单分散苯乙烯-马来酸酐共聚物；

所述单分散苯乙烯-马来酸酐共聚物的制备方法为：

将马来酸酐、苯乙烯、引发剂和丁酸乙酯混合后，于惰性气体保护状态下，加热回流反应，再经离心分离，去除上清液，即得。

8.根据权利要求7所述的一种石油沥青的加工方法，其特征在于，所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或偶氮二异丁酸二甲酯中的任意一种。