CN1249144C - 用于生产高分子改性沥青的促进剂－凝胶体添加剂 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供一种促进剂-凝胶体添加剂，用于把一种促进剂，例如硫添加到生产高分子改性沥青、硫化橡胶的系统或类似系统中。不同于常规的将促进剂添加到这种系统中的方法，该促进剂-凝胶体添加剂将该促进剂悬浮在一个凝胶系统中，由此阻止了在处理过程中该促进剂的沉淀。其结果是，该高分子和沥青可以在更低的温度下进行处理，减少了如硫化氢的有毒、可燃气体的生成。

Description

用于生产高分子改性沥青的促进剂-凝胶体添加剂

                     背景技术

1.技术领域

本发明涉及高分子改性沥青组合物和生成这些组合物的各种方法。特别地，本发明涉及一种生产高分子改性沥青的方法，该方法使用一种促进剂-凝胶体添加剂作为高分子-沥青生成过程中的促进剂的载体。

2.相关技术

高分子改性沥青和生产高分子改性沥青的方法在本技术领域是公知的。高分子，例如热塑性弹性体，在沥青中结合很广泛，用于提高它的强度和性能。在高分子-沥青组合物中添加硫能提高它的稳定性也是公知的。一般认为，硫与高分子和沥青之间以硫化物和多硫化物键化学结合，这样可以强化和加速高分子-沥青的成键和硫化过程。

促进剂，例如硫可以添加到高分子-沥青系统中用于强化高分子和沥青之间的成键和硫化。不同形式的硫促进剂，例如元素硫和给出硫的偶联剂(sulfur-donating coupling agents)包括烷基多硫化物，二硫代氨基甲酸盐，五硫化二磷，秋兰姆，噻唑衍生物，4，4’-二硫代吗啉都可以用于高分子沥青系统。硫可以通过各种方式与高分子和沥青结合，典型地包括将高分子和沥青的混和物搅拌一定时间后，把硫以单质的形式或偶联剂的形式添加到高分子和沥青的混和物中。或者，也可以先用硫对高分子进行预处理，然后把硫处理过的高分子添加到熔化的沥青中。

不幸的是，把细粉碎的干原料，如硫添加到反应器或反应槽的过程有爆炸的危险，这是由于烃类蒸汽的形成和存在与升高的处理温度共同作用的结果。另外，细粉碎的干的原料在与这种系统中的液体原料在混合时往往不能完全而高效地混合。在解决这个问题的一个尝试中，是可以把细粉碎的干原料物质预先分散到油中。但是，由于这些细粉碎的干原料有沉淀的倾向，需要不停地搅拌。已经使用粘度更大的石油和/或沥青熔体来防止这些细粉碎的干原料的沉淀，但是使用这些原料需要更高的处理温度，来将石油和/或沥青熔体保持在可用泵输送的粘度。另外，该方法还要求不停地搅拌来保持该细粉碎原料的分散。结果是处理过程中所需的的更高的温度增大了释放出有毒气体的危险，例如释放出剧毒易燃的硫化氢。因此，处理高度浓缩的硫/石油或硫/熔体的温度不能超过140°F。

                      发明目的和概要

鉴于上述之不足，本发明的目的是提供一种稳定的、用于在高分子改性沥青的生产过程中将促进剂添加到液体的高分子-沥青混和物中的组合物。

本发明的另一个目的是提供一种稳定的促进剂-凝胶悬浮液，这种悬浮液在储存过程中和用于生产制造过程、例如添加到高分子和沥青系统中，不会发生分离。

本发明进一步的目的是提供一种稳定的促进剂-凝胶体添加剂，这种添加剂可以在常温下预先混合并储存，它具有液体或凝胶的特点，在通常的加工处理条件和低于140°F的温度时可以方便的处理和用泵输送。

按照上述目的，本发明提供了一种高分子改性沥青，它是通过在生产高分子改性沥青时把促进剂-凝胶体添加剂作为促进剂添加到高分子-沥青液体原料中的方法来形成的。这种促进剂-凝胶体添加剂也可以用在沥青的其它相关处理过程中，例如“催化”吹气氧化法(air blowing)，用于简化细粉碎的固体催化剂，例如五氧化二磷或氯化铁的添加，以及把细粉碎的原料添加到清沥青(neat asphalts)中的过程，例如，把碳酸钙添加到强酸性的沥青中。这种促进剂-凝胶体添加剂也可以用在沥青的其它相关处理过程中，例如“催化”吹气氧化法，用于简化细粉碎的固体催化剂，例如五氧化二磷或氯化铁的添加，以及把细粉碎的原料添加到清沥青中的过程，例如，把碳酸钙添加到强酸性的沥青中。这种促进剂-凝胶体添加剂也可以用作沥青或高分子改性沥青之外的其它处理过程的添加混和物。其它处理过程包括但不限于：橡胶的配料和硫化，高分子物料的注射、挤出和成型。此外，本发明提供了一种制造促进剂-凝胶体添加剂的方法。

本发明的高分子改性沥青通过如下方法制造：形成促进剂-凝胶体添加剂，把促进剂-凝胶体添加剂与高分子和沥青混和形成一种混和物，以及在约200-500°F、优选在约300-400°F的温度下硫化。如此形成的高分子改性沥青需要的硫化时间较短，并且提供了由于抑制了相分离而显示出的高分子改性沥青配方的改进的储存稳定性。除了硫化时间和稳定性方面的改进外，相对于常规的处理系统，可以更快更高效地达到这些所要求的性能。

本发明的促进剂-凝胶体添加剂是一种组合物，包括：促进剂、加工油、粘土，极性活化剂；其中各组分百分比是：促进剂为约2.0％-75.0％；加工油为约25.0％-88.0％；粘土为约0.5％-10.0％；且极性活化剂为约0.5-3.0份极性活化剂：1.0-5.0份粘土。它是通过如下方法制造的，该方法包括将促进剂和粘土与加工油混和成均匀的混和物。然后将极性活化剂慢慢地添加并混合到混和物中，以在粘土中分离出小片(platelets)。这将使该油凝胶，由此使促进剂以稳定的形式悬浮，防止促进剂象细粉碎的干的硫原料一样沉淀。尽管促进剂-凝胶体添加剂非常稳定，但随时间延长添加剂会有一些轻微的褪色。但是这种褪色并不影响促进剂-凝胶体添加剂的性能。促进剂-凝胶体添加剂最好储存在密封的容器中，以防止可能的氧化。长期储存后，也许可能观察到油有一些轻微的渗出。这种渗出可以在轻微搅拌下重新混入。增大粘土和极性活化剂的用量可以防止这种渗出的发生。

结合考虑下面的描述，本发明的这些及其它的方面和目的会更容易理解。但是应该理解，下面的描述指出了本发明的优选实施方案和许多特定的细节，这些描述用于说明而不是用于限制本发明。在不偏离本发明精神的范围内，可以对其进行变化和修改，本发明包括所有这些修改。

                      发明的详细描述

本发明及其各种特征与优点将参考如下详细描述的实施方案进行更全面的说明，但不限于此。公知的成分和处理技术的描述将被省略以免对本发明的细节造成不必要的模糊。

本发明涉及一种新型的促进剂-凝胶体添加剂及其在高分子改性沥青的生产中将一种促进剂引入到高分子沥青液体原料中的应用。更具体的说，制造该高分子改性沥青的方法包括，生成促进剂-凝胶体添加剂，将促进剂-凝胶体添加剂与高分子和沥青混合，以及在约200-500°F之间的温度下、优选地在约300-400°F之间的温度下硫化该高分子改性沥青，直到得到期望的性质。这个时间依赖于每批容量的大小和所给定的生产系统的混和能力。

该促进剂-凝胶体添加剂的配方包括：大致为2.0％-75.0％的促进剂，25.0％-88.0％的加工油；和0.5％-10.0％的粘土。此外，该促进剂-凝胶体添加剂还可以进一步包括一种极性活化剂。该极性活化剂的含量约等于以重量百分比表示的比率范围：0.5-3.0份极性活化剂：1.0-5.0份粘土，更优选的范围约为：1.0份极性活化剂：2.0份粘土。

该促进剂可以选自包括如下的组：硫，4，4’-二硫基二吗啉，噻唑衍生物，二硫代氨基甲酸盐(dithiocarbanates)，五硫化二磷，五氧化二磷，硬脂锌酸，硬脂酸铵，氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化钙，氧化铝，或者这些或其他硫化剂或促进剂的组合。该促进剂可以是粉末，片状粉(flakes)，小球状或其他适合的形状，优选为细粉碎的粉末。此外，该促进剂可以是处理后的作为粉尘抑制剂的油。

该优选的促进剂是从包含元素硫，斜方硫，或多硫(polymeric sulfur)的组中选择的硫，并以从粉末、片状粉或小球状中所选择的一种形状使用。

该加工油可以从具有至少为300°F，优选为425°F或更高的闪点，并且，有足够低的粘度以在室温下易与硫混合的任何油中选择。例如，如花生油、玉米油、橄榄油、canola油、红花油等植物油，以及如石蜡族、环烷族(napthenic)、芳族、矿物油等石油馏出油，以及这些油的回收形式是可以接受的加工油。优选的加工油是Ergon Hyperne L-500润滑油。

该粘土选自包括胺处理粘土和亲有机性粘土的组，优选为亲有机性粘土Baragel 32013。

优选地，在该促进剂-凝胶体添加剂中加入一种极化活性剂，如碳酸丙烯酯或乙醇-水的混合物，最优选的是碳酸丙烯酯。

优选的促进剂-凝胶体添加剂的配方包含：硫约50.0％，ErgonHyprene L-500润滑油约47.0％，Baragel 32013约2.25％和碳酸丙烯酯约0.75％。

该促进剂-凝胶体添加剂是通过如下方法形成的：将一种促进剂，优选为元素硫粉末，一种粘土，优选为Baragel 32013，和一种加工油混合，直到形成一种呈粗质(gritty)的黄色颜料状外观的均匀混合物。接着将一种极性活化剂，优选为碳酸丙烯酯，慢慢加入该均匀的混合物中，搅拌直到该混合物形成一种将硫悬浮在促进剂-凝胶体添加剂中的“凝胶”。接着将所得到的促进剂-凝胶体添加剂在室温下、优选在40°F和140°F之间储存。它可以立即用于高分子改性沥青的生产中，或不定期地进行储存。

虽然如前所述的是优选的方法，但是可供选择的制造该促进剂-凝胶体添加剂的方法包括并不限于：预混合促进剂和粘土，接着将其加入到加工油中，将促进剂-粘土混合物加入到加工油中，以及混入极性活化剂以生成一种凝胶的产品，促进剂被加速地加入到该产品中。

在该促进剂-凝胶体添加剂形成之后，接着在约200°F-500°F、优选在约300°F-400°F之间的温度下将其加入到高分子和沥青的混合物中。如已讨论的那样，将促进剂-凝胶体添加剂加入到沥青高分子混合物中改善了存储稳定性和获得期望的性质的时间。虽然有几种方法可以在沥青高分子混合物中获得促进剂交联，但其优选的形式为使用粉末状或片状粉的元素硫形式的细粉碎的硫原料。加入细粉碎形式的硫将造成如前所述的安全和处理的问题对该领域的技术人员是公知的。该促进剂-凝胶体添加剂允许将硫以一种形式和方法加入到沥青高分子混合物中，这种形式和方法将限制和减少对常规的将细粉碎的干的原料加入到液体的沥青高分子混合物的方法中存在的对安全和处理的担心。

该促进剂-凝胶体添加剂可以在不同的生产阶段加入到沥青高分子混合物中，其可以加入到约1.0％-25.0％之间的高分子、优选为约2.0％-18.0％之间的高分子浓缩物中。需要注意的是一些具有更高浓度的高分子的沥青高分子混合物可能由于促进剂的加入而受到不利的影响。该促进剂-凝胶体添加剂可以有效地加入到从浓缩物稀释的高分子沥青混合物中，该浓缩物可以使用纯的、处理后的或含有高分子的沥青稀释。该促进剂-凝胶体添加剂也可以在沥青高分子浓缩物稀释前加入到稀释沥青中。加入促进剂-凝胶体添加剂的优选方法是在沥青稀释的时候或在最终产品生产期间加入。

在本发明中用来生产高分子改性沥青的高分子选自包括包含具有不饱和烃链组成的高分子的组：聚异戊二烯(橡胶)、丁苯橡胶(SBR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)，其中苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)是优选的。这些高分子可以单独使用，或者以多种聚合物和聚合物形态的复合物形式使用，这些形态如线型、分支、接枝或各种形态的组合。

所述的沥青选自包括如下的组：来自原油馏出的沥青，天然沥青，特立尼达湖沥青(Trinidad Lake Asphalt，TLA)、黑沥青，和加工沥青包括各种等级和来源的沥青的混和物以及吹气氧化沥青。优选的沥青是来自原油馏出物的清沥青。

该混合物包含促进剂-凝胶体添加剂，然后高分子和沥青在约200°F-500°F之间、优选在约300°F-400°F之间的温度下硫化直到得到期望的性质。这个时间依赖于每批容量的大小和给定生产系统的混料能力。直到得到期望的性质。这个时间依赖于每批容量的大小和给定生产系统的混料能力。

所得到的高分子改性沥青具有的性质为减少的硫化时间，并提供了改进的该高分子改性沥青配方的存储稳定性，其表现为对相分离的抑制。除改进的硫化时间和稳定性外，期望的性质也可在更适时的方式中得到。

每一个被披露的实施方案中的所有披露的特征能与每个其他被披露的实施方案中所披露的特征组合或替换，除了那些相互之间排斥的特征。所附的权利要求是要试图覆盖所有的那些添加、改进和重新排列。本发明的有利的实施方案通过所附的从属权利要求加以区分。

Claims (13)

1.一种用于生产高分子改性沥青的促进剂-凝胶体添加剂，包含：

A.促进剂；

B.加工油；

C.粘土；和

D.极性活化剂；

其中，按重量计，各组分百分比是：

A.促进剂为约2.0％-75.0％；

B.加工油为约25.0％-88.0％；

C.粘土为约0.5％-10.0％；且

D.极性活化剂为约0.5-3.0份极性活化剂：1.0-5.0份粘土。

2.如权利要求1所述的促进剂-凝胶体添加剂，其中，各组分重量百分比是：

A.促进剂约50.0％；

B.加工油约47.0％；

C.粘土约2.25％；且

D.极性活化剂约0.75％。

3.如权利要求1所述的促进剂-凝胶体添加剂，其中，所述的促进剂选自包含以下的组：

硫；

4，4’-二硫基二吗啉；

噻唑衍生物；

二硫代氨基甲酸盐；

五硫化二磷；和，

以上的化合物的组合。

4.如权利要求1所述的促进剂-凝胶体添加剂，其中，所述的促进剂为元素硫。

5.如权利要求1所述的促进剂-凝胶体添加剂，其中，所述的加工油选自包含植物油和石油馏出油的组。

6.如权利要求1所述的促进剂-凝胶体添加剂，其中，所述的粘土选自包含亲有机性粘土和胺处理粘土的组。

7.如权利要求1所述的促进剂-凝胶体添加剂，其中，所述的极性活化剂选为碳酸丙烯酯。

8.一种制造如权利要求1所述的促进剂-凝胶体添加剂的方法，包括：

A.将一种促进剂和一种粘土与一种加工油混和形成混和物；

B.将一种极性活化剂添加到该混和物中；以及

C.搅拌所述混和物以形成一种促进剂-凝胶悬浮液。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述的促进剂选自包含如下的组：

硫；

4，4’-二硫代二吗啉；噻唑衍生物；

二硫代氨基甲酸盐；

五硫化二磷；和，

以上化合物的组合。

10.如权利要求8所述的方法，其中，所述的加工油选自包含植物油和石油馏出油的组。

11.如权利要求8所述的方法，其中，所述的粘土包含亲有机性粘土和胺处理粘土。

12.如权利要求8所述的方法，其中，所述的极性活化剂为碳酸丙烯酯。

13.如权利要求8所述的方法，进一步的特征在于，所述的促进剂和所述的粘土在与所述的加工油混和之前被预先混和。