CN114479484B - 一种石油道路沥青材料及其制备方法 - Google Patents
一种石油道路沥青材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114479484B CN114479484B CN202011161655.9A CN202011161655A CN114479484B CN 114479484 B CN114479484 B CN 114479484B CN 202011161655 A CN202011161655 A CN 202011161655A CN 114479484 B CN114479484 B CN 114479484B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heavy oil
- parts
- petroleum
- asphalt
- nano
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 title claims abstract description 130
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 93
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 title claims abstract description 64
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 14
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 78
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000002113 nanodiamond Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 claims abstract description 23
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims abstract description 23
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 17
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 238000005886 esterification reaction Methods 0.000 claims description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 11
- HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N furfural Chemical compound O=CC1=CC=CO1 HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 9
- 239000011973 solid acid Substances 0.000 claims description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 8
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 7
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000005429 filling process Methods 0.000 claims description 6
- -1 inorganic acid salts Chemical class 0.000 claims description 5
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 claims description 3
- 229920000172 poly(styrenesulfonic acid) Polymers 0.000 claims description 3
- 229940005642 polystyrene sulfonic acid Drugs 0.000 claims description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 3
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 claims description 3
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002199 base oil Substances 0.000 claims description 2
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 6
- 125000002843 carboxylic acid group Chemical group 0.000 abstract description 2
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 abstract description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 10
- 239000012075 bio-oil Substances 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 8
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 8
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 description 6
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 description 6
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 3
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 3
- 239000002557 mineral fiber Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 3
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 3
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 3
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011964 heteropoly acid Substances 0.000 description 2
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 230000003679 aging effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000005476 size effect Effects 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000004227 thermal cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 1
- 238000003809 water extraction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L95/00—Compositions of bituminous materials, e.g. asphalt, tar, pitch
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/002—Physical properties
- C08K2201/005—Additives being defined by their particle size in general
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/011—Nanostructured additives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2201/00—Properties
- C08L2201/08—Stabilised against heat, light or radiation or oxydation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
- C08L2205/03—Polymer mixtures characterised by other features containing three or more polymers in a blend
- C08L2205/035—Polymer mixtures characterised by other features containing three or more polymers in a blend containing four or more polymers in a blend
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
- C08L2205/08—Polymer mixtures characterised by other features containing additives to improve the compatibility between two polymers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Working-Up Tar And Pitch (AREA)
Abstract
本发明公开了一种石油道路沥青材料，包括以下原料组分：石油基质沥青100份；预处理生物质重油10~28份；热塑性嵌段共聚物1~6份；纳米金刚石粉末1~5份；相容剂1~10份。本发明所采用的预处理生物质重油密度降低，粘度降低，部分羧酸基团转化为酯基，使得道路沥青材料热稳定性得到了明显提高。另外，本发明采用纳米金刚石粉末复合材料，可显著提高该沥青材料的高温性能，尤其是软化点及抗车辙性能，弥补生物质重油抗车辙性能差的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于沥青技术领域，具体涉及一种石油道路沥青材料及其制备方法。
背景技术
随着经济的快速发展，高等级公路及建筑行业对沥青材料的需求不断增加。当前所用的沥青绝大部分为从原油中提炼的石油沥青，地球上石油的储量有限且不可再生，由于过度开采和使用，石油资源将逐渐枯竭。同时，石油沥青的大量使用也会对环境造成严重影响，这些因素无疑将影响与制约沥青路面的发展前景。
生物资源与石油资源都是基于生物质而来，不过生物资源具有可再生及绿色环保等优点。近年来世界各地都在发展高效、无污染的生物质能，对其利用方式也趋近多样化，其中生物质快速热解制取生物油是生物质能高效利用的方法之一。用生物资源替代石油资源不仅在技术上可行，而且符合可持续发展的要求。生物沥青是以农林业产品及废弃物、生活有机废弃物、能源作物等生物质材料为原料，经过热裂解、调和等工艺制备而成的类似于石油沥青的胶结料，其具有可再生、清洁、经济环保等性能。用生物沥青替代传统的石油沥青，可显著提升沥青的低温性能和抗开裂性能，提升沥青材料的延展性，同时取代部分石油沥青，降低对石油资源的依赖性，大大减少沥青的生产成本，这对节约资源和环境保护意义重大。然而，生物沥青软化点低、黏度小，高温抗车辙能力有限，尤其是生物质重油中氧元素的含量是石油沥青的30~40倍，使其含有大量含氧有机物，特别是有机羧酸化合物，性质极其不稳定，难以得到广泛应用。
金刚石的纳米结构尺寸小、表面积大、存在大量悬挂键，具有独特的物理特性，纳米金刚石颗粒尺寸范围为5~20 nm。通常可利用负氧平衡炸药在爆轰过程中产生的游离碳，通过控制爆轰时的压力和温度使之转变成微晶金刚石颗粒。纳米金刚石已在润滑油、金属镀膜、磁性记录系统、医学等领域开始获得应用，并且应用领域还在不断扩展。
CN109735120A公开了一种改性生物沥青材料及其制备方法与用途，其选用特定的改性剂，提高了生物沥青的软化点和黏度，添加的矿物纤维具有强度高、耐高温等优异性能，提高了生物沥青混合料的抗形变能力。但生物沥青材料本身产量偏低，高温性能差，且通常矿物纤维是在沥青与石料热拌和时才会加入，提前加入生物沥青中很有可能造成分层现象，该专利未对该问题进行解释，也未进行离析试验分析，且生物质重油中的大量含氧化合物未得到处理，性质难以稳定。
CN107434917A通过将生物质资源转化为适于制备生物沥青的生物油，并将制得的生物油与丁苯橡胶/废胶粉复合制备性能更优的生物沥青材料，与单纯地以生物质为原料制备的生物沥青相比，该专利制备的生物沥青在高低温性能均有一定的优势。但是该材料针入度过小，低温延伸性能差，沥青性能表征不全面，加入的胶粉及橡胶类物质与生物质沥青相容性未作考察，生物质重油中的大量含氧化合物未得到处理，性质难以稳定。
CN104388107A公开了一种酯化生物沥青的制备方法，将生物油与醇混合，通过酯化反应、水萃取、氧化处理等工艺过程，得到酯化生物沥青。所制得的生物沥青具有粘度增速小的特点，但该专利最后的氧化处理工艺是否会增加生物沥青中不稳定含氧有机物的量值得思考，且未对生物沥青的热氧老化性质进行综合评价，只考察了粘度增速，难以说明制备的生物沥青材料是否具备抗老化性的特点。
综上，现有技术主要是针对由生物质热处理得到的生物沥青进行相应改性，虽然一定程度上可以提高生物沥青的性能，但生物沥青产品质量不稳定，其高温抗车辙性能仍较差，且生物沥青中含有大量不稳定的有机羧酸化合物。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种石油道路沥青材料及其制备方法。本发明的石油道路沥青材料，可以有效改进沥青材料的综合性能，特别是高温性能，软化点和抗车辙性能。显著的弥补生物质重油抗车辙性能差、热稳定性差的缺陷。使得到的道路沥青产品综合性能优异，同时利用了可再生资源，是一种环保型沥青材料。可应用于道路铺装、路面养护等方面。
本发明第一方面提供了一种石油道路沥青材料，按重量份计，包括以下原料组分：
石油基质沥青100份；
预处理生物质重油10~28份，优选为12~24份；
热塑性嵌段共聚物 1~6份，优选为2~5份；
纳米金刚石粉末1~5份，优选为2~4份；
相容剂1~10份，优选为3~8份。
上述技术方案中，所述预处理生物质重油是生物质重油通过在固体酸催化剂作用下与醇类物质酯化反应后得到的；所述酯化反应为将生物质重油与醇类物质，以质量比1:（1~5）的比例投入催化酯化反应装置，添加占生物质重油3~8wt%的固体酸催化剂，反应温度控制在40~100℃，反应时间2~7h，产物经过水萃取后得到预处理生物质重油。所述固体酸催化剂，为杂多酸、无机酸盐、金属氧化物、沸石分子筛、离子交换树脂中的一种或多种，进一步，优选聚苯乙烯磺酸型树脂、ZSM-5、ZrO2、TiO2、Al2O3、SiO2中的一种或多种；所述醇类物质优选为乙醇；所述生物质重油为将生物质材料进行热解，之后进行常压蒸馏，所收集的大于120℃生物油残留物；进一步地，生物质材料为木屑、树叶、枝丫木片等以树木和采伐加工剩余物为主的材料，热解前优选先进行粉碎处理；进一步，所述热解过程为采用流化床装置进行的生物质快速分解反应，反应温度控制在400~550℃，优选430~520℃。生物质重油经预处理后，可有效降低不稳定含氧有机物的含量，进而提升生物沥青的抗老化性能和热稳定性能。
上述技术方案中，所述热塑性嵌段共聚物是苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SBS）；所述的苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SBS）结构为线型结构或星型结构的颗粒，嵌段比S/B为20/80~40/60。
上述技术方案中，所述相容剂为一种可以提高热塑性嵌段共聚物与生物道路沥青相容性的液体混合物。优选为润滑油基础油在溶剂精制过程中的抽出油；优选糠醛精制抽出油、酚精制抽出油中的至少一种。
上述技术方案中，所述纳米金刚石粉末粒径为5~15 nm。纳米金刚石粉末为采用爆炸法生产的纳米金刚石，即把含有石墨微粉的炸药在密闭的高压容器内爆炸，在爆炸时所产生的高压高温会使石墨微粒瞬间化作几纳米至几十纳米的金刚石微粒。可利用其高比表面积及高强度有效增强热塑性嵌段共聚物与生物沥青胶体间的相互作用力，防止在制备过程及热储存运输过程中发生离析分层现象，增强改性沥青整体的抗拉伸韧性及抗车辙强度。
上述技术方案中，所述基质沥青选自常压或减压蒸馏所得渣油和/或沥青，其中，针入度（25℃，100g，5s，1/10mm）为45~120，优选为AH-50、AH-70、AH-90沥青或满足JTGF40-2004规范中对50A、70A、90A道路石油沥青技术要求的基质沥青。
本发明第二方面还提供了石油道路沥青材料的制备方法，其包括如下步骤：
（1）对生物质重油进行预处理，得到预处理生物质重油；
（2）预充油工艺：将纳米金刚石粉末及热塑性嵌段共聚物与步骤（1）得到的预处理生物质重油在加热搅拌下进行预充油处理，使纳米金刚石粉末与预处理生物质重油充分与热塑性嵌段共聚物混合、交联、渗透，得到纳米金刚石复合材料。
（3）将纳米金刚石复合材料加入沥青材料中，剪切，然后将相容剂材料加入其中混合均匀，搅拌发育，得到石油道路沥青材料。
上述技术方案中，步骤（1）中所述预处理过程为将生物质重油与醇类物质，以质量比1:（1~5）的比例投入催化酯化反应装置，添加占生物质重油3~8wt%的固体酸催化剂，反应温度控制在40~100℃，反应时间2~7 h，产物经过水萃取后得到预处理生物质重油；所述固体酸催化剂，为杂多酸、无机酸盐、金属氧化物、沸石分子筛、离子交换树脂中的一种或几种，进一步，优选聚苯乙烯磺酸型树脂、ZSM-5、ZrO2、TiO2、Al2O3、SiO2中的一种或几种；所述醇类物质优选为乙醇；所述生物质重油为将生物质材料进行热解，之后进行常压蒸馏，所收集的大于120℃生物油残留物；进一步地，生物质材料为木屑、树叶、枝丫木片等以树木和采伐加工剩余物为主的材料，热解前优选先进行粉碎处理；进一步，所述热解过程为采用流化床装置进行的生物质快速分解反应，反应温度控制在400~550℃，优选430~520℃。
上述技术方案中，步骤（2）所述加热搅拌下进行预充油处理过程为：先将生物质重油与SBS两者混合，利用小分子的生物质重油渗入到SBS孔道中，然后加入纳米金刚石粉末，持续加热搅拌发育，得到纳米金刚石复合材料。发育温度80~120℃，优选90~110℃；发育时间1~5h，优选2~3h。
上述技术方案中，步骤（3）中基质沥青预先加热至温度为130~150℃；纳米金刚石复合材料预先加热至温度为100~110℃。所述剪切温度为160~170℃，剪切转速为1000~5000rpm，剪切时间为30~60min，加入相容剂后搅拌发育的转速为300~1000rpm，发育时间为2~6h。
与现有技术相比，本发明提供的石油道路沥青材料及其制备方法具有如下优点：
本发明所采用的预处理生物质重油密度降低，粘度降低，部分羧酸基团转化为酯基，使得道路沥青材料热稳定性得到了明显提高。
另外，本发明采用纳米金刚石粉末复合材料，可显著提高该沥青材料的高温性能，尤其是软化点及抗车辙性能，弥补生物质重油抗车辙性能差的缺陷。纳米金刚石粉末与SBS聚合物两者复合改性可协同大幅提高沥青产品抗车辙性能，尤其是抗超、重载车辆强剪切力的性能。所制得的石油道路沥青材料综合性能优异，制备成本低廉、改性效果好，是一种环保型沥青材料。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明的技术方案，但并不局限于以下实施例。
实施例1
（1）将松树木屑材料粉碎后，采用流化床试验装置对其进行快速热解反应，反应温度500℃，得到生物油材料。对所得生物油进行常压蒸馏，收集大于120℃馏分油，得到生物质重油。将得到的生物质重油与乙醇以质量比1:1的比例投入催化酯化反应装置，添加占生物质重油3wt%的聚苯乙烯磺酸型树脂，反应温度控制在40℃，反应时间3h，产物经过水萃取后得到预处理生物质重油。
（2）将步骤（1）得到的12重量份预处理生物质重油加热至90℃，先加入2重量份热塑性嵌段共聚物，再将2重量份纳米金刚石粉末（5 nm）缓慢加入，在90℃搅拌下进行预充油处理2h，使纳米金刚石粉末与预处理生物质重油充分与热塑性嵌段共聚物混合、交联、渗透，得到纳米金刚石复合材料。其中，热塑性嵌段共聚物为线型结构SBS颗粒，嵌段比S/B为20/80。
（3）将步骤（2）得到的纳米金刚石复合材料加热至100℃，加入到100重量份140℃的石油基质沥青中，在加热温度160℃、3000 rpm条件下将两者混合后先剪切0.5 h，然后加入3重量份的相容剂。其中，所述石油基质沥青针入度（25℃，100g，5s，1/10mm）为51。所述相容剂为糠醛精制抽出油，其中芳香烃的重量含量为60%。继续在160℃、300 rpm条件下搅拌发育2 h后，即得石油道路沥青材料A1，其组成见表1。
实施例2
（1）将松树木屑材料粉碎后，采用流化床试验装置对其进行快速热解反应，反应温度430℃，得到生物油材料。对所得生物油进行常压蒸馏，收集大于120℃馏分油，得到生物质重油。将得到的生物质重油与乙醇以质量比1:3的比例投入催化酯化反应装置，添加占生物质重油5wt%的ZSM-5，反应温度控制在80℃，反应时间5h，产物经过水萃取后得到预处理生物质重油。
（2）将步骤（1）得到的18重量份预处理生物质重油加热至90℃，先加入4重量份热塑性嵌段共聚物，再将3重量份纳米金刚石粉末（10 nm）缓慢加入，在90℃搅拌下进行预充油处理，使纳米金刚石粉末与预处理生物质重油充分与热塑性嵌段共聚物混合、交联、渗透，得到纳米金刚石复合材料。其中，热塑性嵌段共聚物为线型结构SBS颗粒，嵌段比S/B为30/70。
（3）将步骤（2）得到的纳米金刚石复合材料加热至110℃，加入到100重量份140℃的石油基质沥青中，在加热温度160℃、4000 rpm条件下将两者混合后先剪切1 h，然后加入5重量份的相容剂。其中，所述石油基质沥青针入度（25℃，100g，5s，1/10mm）为51。所述相容剂为糠醛精制抽出油，其中芳香烃的重量含量为60%。继续在160℃、800 rpm条件下搅拌发育4 h后，即得石油道路沥青材料A2，其组成见表1。
实施例3
（1）将松树木屑材料粉碎后，采用流化床试验装置对其进行快速热解反应，反应温度520℃，得到生物油材料。对所得生物油进行常压蒸馏，收集大于120℃馏分油，得到生物质重油。将得到的生物质重油与乙醇以质量比1:5的比例投入催化酯化反应装置，添加占生物质重油8wt%的ZrO2，反应温度控制在100℃，反应时间7h，产物经过水萃取后得到预处理生物质重油。
（2）将步骤（1）得到的24重量份预处理生物质重油加热至80℃，先加入5重量份热塑性嵌段共聚物，再将4重量份纳米金刚石粉末（15nm）缓慢加入，在80℃搅拌下进行预充油处理，使纳米金刚石粉末与预处理生物质重油充分与热塑性嵌段共聚物混合、交联、渗透，得到纳米金刚石复合材料。其中，热塑性嵌段共聚物为线型结构SBS颗粒，嵌段比S/B为40/60。
（3）将步骤（2）得到的纳米金刚石复合材料加热至110℃，加入到100重量份150℃的石油基质沥青中，在加热温度170℃、5000 rpm条件下将两者混合后先剪切0.5 h，然后加入8重量份的相容剂。其中，所述石油基质沥青针入度（25℃，100g，5s，1/10mm）为51。所述相容剂为糠醛精制抽出油，其中芳香烃的重量含量为60%。继续在160℃、500 rpm条件下搅拌发育4h后，即得石油道路沥青材料A3，其组成见表1。
比较例1
所述材料制备方法及配方同实施例2，区别在于不经过预充油处理工艺，将预处理生物质重油、纳米金刚石粉末和热塑性嵌段共聚物直接加入到石油沥青中进行剪切处理，制得石油道路沥青材料A4，其组成见表1。
比较例2
所述材料制备方法及配方同实施例2，唯一区别在于不添加纳米金刚石粉末材料，制得石油道路沥青材料A5，其组成见表1。
实施例4（测试例）
将上述实施例及比较例中样品的性能进行测试，得到的结果如表2及表3所示。
表1 石油道路沥青材料的组成（重量份）
| 项目 | 预处理生物质重油 | 石油基质沥青 | 纳米金刚石粉末 | 相容剂 | 热塑性嵌段共聚物 | 沥青材料 |
| 实施例1 | 12 | 100 | 2 | 3 | 2 | A1 |
| 实施例2 | 18 | 100 | 3 | 5 | 4 | A2 |
| 实施例3 | 24 | 100 | 4 | 8 | 5 | A3 |
| 比较例1 | 18 | 100 | 3 | 5 | 4 | A4 |
| 比较例2 | 18 | 100 | - | 5 | 4 | A5 |
表2 石油道路沥青材料主要性质
| 沥青材料 | 基质沥青 | A1 | A2 | A3 | A4 | A5 |
| 针入度25℃/0.1mm | 51 | 66 | 68 | 70 | 69 | 74 |
| 针入度指数PI | -0.8 | 1.1 | 1.5 | 1.4 | 0.5 | -0.6 |
| 软化点/℃ | 49.1 | 83.5 | 82.8 | 82.2 | 50.3 | 49.5 |
| 60℃粘度/Pa·s | 295.6 | 7632.4 | 8894.5 | 8543.3 | 2498.1 | 1846.3 |
| 黏韧性 | 6.6 | 38.2 | 39.4 | 39.2 | 18.2 | 15.6 |
| 韧性 | 4.1 | 27.3 | 28.9 | 28.4 | 12.3 | 10.5 |
| 48h储存离析软化点差/℃ | - | 2.1 | 1.7 | 1.9 | 12.8 | 13.4 |
| TFOT后针入度比（25℃）/% | 65.8 | 78.1 | 80.5 | 76.1 | 62.2 | 69.9 |
| TFOT后软化点/℃ | 55.6 | 86.6 | 85.7 | 84.1 | 48.9 | 52.1 |
表3 石油道路沥青材料车辙因子|G*|/sinδ（kPa）
| 温度/℃ | 基质沥青 | A1 | A2 | A3 | A4 | A5 |
| 64 | 3.82 | 8.12 | 8.99 | 8.87 | 4.15 | 3.71 |
| 70 | 2.03 | 4.22 | 4.95 | 4.31 | 2.13 | 2.01 |
| 76 | 0.98 | 1.98 | 2.66 | 2.35 | 1.11 | 0.88 |
| 82 | 0.75 | 1.23 | 1.72 | 1.61 | 0.76 | 0.74 |
由表2及表3中可见，本发明的改性石油道路沥青材料综合性能较好。由A1、A2、A3的性质分析结果可知，本发明的石油沥青软化点高于80℃，60℃动力粘度高，表明沥青材料整体的高温性能非常优异；其黏韧性及韧性远高于普通改性沥青以及高粘度改性沥青的指标要求，说明纳米金刚石粉末及SBS等赋予了沥青材料超强的抗拉伸及抗变形能力；改性后沥青材料的48h离析软化点差满足改性沥青的储存稳定性要求，这是因为通过预充油工艺，使纳米金刚石粉末与SBS之间提前发生渗透及交联复合作用，增加了SBS的强度及密度，使得SBS能够更稳定地存在于沥青之中不发生分层现象，因此可以看出两者产生了非常好的协同效果。
比较A2和A4材料性质可知，不经过预充油工艺处理的情况下，改性后的沥青材料稳定性差、高温性能改善有限，这是因为纳米金刚石粉末具有纳米尺寸效应，易发生团聚沉降等现象，无法与SBS等物质发生相互作用发挥协同效果。比较A2和A5材料性质可知，不添加纳米金刚石粉末的时候，沥青材料高温性能较差，单一SBS无法有效弥补生物质重油的高温性能缺陷，其黏韧性及韧性均无法达到普通改性沥青的性能要求。
由表3中可见，从车辙因子|G*|/sinδ的表征结果知，纳米金刚石粉末复合材料有效提高了材料的高温抗车辙能力，有效弥补了生物质重油的高温性能缺陷，主要原因是通过预充油工艺，使纳米粒子的分散性及抗老化性在该发明中得到更好的发挥。该发明不仅改性效果好，同时利用了可再生资源，是一种环保型路面使用的石油道路沥青材料。
Claims (17)
1.一种石油道路沥青材料，其特征在于，按重量份计，包括以下原料组分：
石油基质沥青100份；
预处理生物质重油10~28份；
热塑性嵌段共聚物 1~6份；
纳米金刚石粉末1~5份；
相容剂1~10份；
其中，所述热塑性嵌段共聚物是苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物；
所述预处理生物质重油是生物质重油通过在固体酸催化剂作用下与醇类物质酯化反应后得到的；
所述石油道路沥青材料采用如下方法制备，包括：
（1）对生物质重油进行预处理，得到预处理生物质重油；
（2）预充油工艺：将纳米金刚石粉末及热塑性嵌段共聚物与步骤（1）得到的预处理生物质重油在加热搅拌下进行预充油处理，得到纳米金刚石复合材料；
（3）将纳米金刚石复合材料加入沥青材料中，剪切，然后将相容剂材料加入其中混合均匀，搅拌发育，得到石油道路沥青材料。
2.根据权利要求1所述的石油道路沥青材料，其特征在于，所述的石油道路沥青材料，按重量份计，包括以下原料组分：
石油基质沥青100份；
预处理生物质重油12~24份；
热塑性嵌段共聚物2~5份；
纳米金刚石粉末2~4份；
相容剂3~8份。
3.根据权利要求1所述的石油道路沥青材料，其特征在于，所述酯化反应为将生物质重油与醇类物质，以质量比1:（1~5）的比例投入催化酯化反应装置，添加占生物质重油3~8wt%的固体酸催化剂，反应温度控制在40~100℃，反应时间2~7h，产物经过水萃取后得到预处理生物质重油。
4.根据权利要求3所述的石油道路沥青材料，其特征在于，所述固体酸催化剂为杂多酸、无机酸盐、金属氧化物、沸石分子筛、离子交换树脂中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的石油道路沥青材料，其特征在于，所述固体酸催化剂为聚苯乙烯磺酸型树脂、ZSM-5、ZrO2、TiO2、Al2O3、SiO2中的一种或多种。
6.根据权利要求3所述的石油道路沥青材料，其特征在于，所述醇类物质为乙醇。
7.根据权利要求1所述的石油道路沥青材料，其特征在于，所述的苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物结构为线型结构或星型结构的颗粒，嵌段比S/B为20/80~40/60。
8.根据权利要求1所述的石油道路沥青材料，其特征在于，所述相容剂为润滑油基础油在溶剂精制过程中的抽出油。
9.根据权利要求1所述的石油道路沥青材料，其特征在于，所述相容剂为糠醛精制抽出油、酚精制抽出油中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的石油道路沥青材料，其特征在于，所述纳米金刚石粉末粒径为5~15 nm。
11.一种权利要求1-10中任一项所述石油道路沥青材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）对生物质重油进行预处理，得到预处理生物质重油；
（2）预充油工艺：将纳米金刚石粉末及热塑性嵌段共聚物与步骤（1）得到的预处理生物质重油在加热搅拌下进行预充油处理，得到纳米金刚石复合材料；
（3）将纳米金刚石复合材料加入沥青材料中，剪切，然后将相容剂材料加入其中混合均匀，搅拌发育，得到石油道路沥青材料。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述加热搅拌下进行预充油处理过程为：先将生物质重油与SBS两者混合，然后加入纳米金刚石粉末，持续加热搅拌发育，得到纳米金刚石复合材料。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述发育的发育温度80~120℃，发育时间1~5h。
14.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述发育的发育温度90~110℃；发育时间2~3h。
15.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中基质沥青预先加热至温度为130~150℃；纳米金刚石复合材料预先加热至温度为100~110℃。
16.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述剪切温度为160~170℃，剪切转速为1000~5000rpm，剪切时间为30~60min。
17.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中加入相容剂后搅拌发育的转速为300~1000rpm，发育时间为2~6h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011161655.9A CN114479484B (zh) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | 一种石油道路沥青材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011161655.9A CN114479484B (zh) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | 一种石油道路沥青材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114479484A CN114479484A (zh) | 2022-05-13 |
| CN114479484B true CN114479484B (zh) | 2023-01-10 |
Family
ID=81470243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011161655.9A Active CN114479484B (zh) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | 一种石油道路沥青材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114479484B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106336673A (zh) * | 2016-08-25 | 2017-01-18 | 深圳市市政设计研究院有限公司 | 一种生物油复配纳米硅藻土改性沥青及其制备方法 |
| CN109825097A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-05-31 | 青岛科凯达橡塑有限公司 | 一种低噪音高抗压沥青及其制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8696806B2 (en) * | 2009-05-01 | 2014-04-15 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Asphalt materials containing bio-oil and methods for production thereof |
| US8900360B2 (en) * | 2012-05-29 | 2014-12-02 | Imperial Commodities Corp. | Asphalt compositions with resinous addition derived from animal waste |
| US8765847B2 (en) * | 2012-11-12 | 2014-07-01 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Asphalt compositions with cracking resistance additives |
-
2020
- 2020-10-27 CN CN202011161655.9A patent/CN114479484B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106336673A (zh) * | 2016-08-25 | 2017-01-18 | 深圳市市政设计研究院有限公司 | 一种生物油复配纳米硅藻土改性沥青及其制备方法 |
| CN109825097A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-05-31 | 青岛科凯达橡塑有限公司 | 一种低噪音高抗压沥青及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Developments of nano materials and technologies on asphalt materials -A review;RuoyuLi等;《Construction and Building Materials》;20170715;第143卷;全文 * |
| SBS改性生物沥青结合料高温流变特性;高俊锋等;《沈阳建筑大学学报(自然科学版)》;20180315(第02期);全文 * |
| 生物油/SBS改性沥青制备及性能研究;赵建华等;《化工新型材料》;20200515(第05期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114479484A (zh) | 2022-05-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Thermal storage stability of bio-oil modified asphalt | |
| Zhang et al. | Progress in application of the pyrolytic lignin from pyrolysis of biomass | |
| CN103044932A (zh) | 用低沥青质含量的原料制备改性沥青的方法 | |
| CN103242881B (zh) | 从煤直接液化残渣中分离沥青类物质的方法 | |
| CN102977621A (zh) | Sbs和废橡胶粉的复合改性沥青及其制备方法 | |
| CN102796547B (zh) | 生物沥青、生物沥青组合物及其制备方法 | |
| CN102766340A (zh) | 改性生物沥青材料、生物沥青混合料、其制备方法及用途 | |
| EP2883914B1 (en) | Biological asphalt and preparation method thereof | |
| CN104099117B (zh) | 一种用低温干馏煤焦油沥青制备多种炭素材料的方法 | |
| CN101302443A (zh) | 联产针状焦和轻质油品的组合工艺 | |
| KR102334006B1 (ko) | 리그닌 유래 활성탄의 제조방법 및 이에 따라 제조된 활성탄을 포함하는 고분자 복합재료 | |
| Tayh et al. | An overview of utilization of bio-oil in hot mix asphalt | |
| CN103723728A (zh) | 活性炭及利用煤直接液化残渣制备活性炭的方法 | |
| CN111019365B (zh) | 一种由木质纤维素生物质水热炭制备生物沥青的方法 | |
| CN103755926B (zh) | 缩合多核多环芳烃树脂及其制备方法 | |
| CN103045281A (zh) | 一种提高低沥青质原料中沥青质含量的方法 | |
| CN107434917B (zh) | 一种生物沥青及其制备方法 | |
| CN101348350A (zh) | 废旧橡胶粉复合改性沥青及其制备方法 | |
| CN114479484B (zh) | 一种石油道路沥青材料及其制备方法 | |
| Cheng et al. | Analysis of the mechanism and effectiveness of lignin in improving the high-temperature thermal stability of asphalt | |
| JP2017080662A (ja) | バイオマスと廃プラスチック混合物の処理方法 | |
| CN103044939B (zh) | 一种煤沥青制备的道路沥青及其制备方法 | |
| CN113861701B (zh) | 一种石油道路沥青材料及其制备方法 | |
| WO2023061354A1 (zh) | 一种高分子复合材料添加剂及其应用 | |
| CN116376301A (zh) | 一种纳米酶解木质素提升沥青抗老化性能及再生方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231113 Address after: 100728 No. 22 North Main Street, Chaoyang District, Beijing, Chaoyangmen Patentee after: CHINA PETROLEUM & CHEMICAL Corp. Patentee after: Sinopec (Dalian) Petrochemical Research Institute Co.,Ltd. Address before: 100728 No. 22 North Main Street, Chaoyang District, Beijing, Chaoyangmen Patentee before: CHINA PETROLEUM & CHEMICAL Corp. Patentee before: DALIAN RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM AND PETROCHEMICALS, SINOPEC Corp. |