一種道路瀝青改性劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于道路瀝青技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于添加在道路瀝青中，對(duì)道路瀝青進(jìn) 行改性的道路瀝青改性劑，以及該改性劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，交通體系逐步完善，公路建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，特別是高 等級(jí)公路建設(shè)里程不斷增加，對(duì)高質(zhì)量的公路瀝青需求量呈上升趨勢(shì)。同時(shí)，由于交通量迅 速增加，車輛載重量大幅度增加，以及南北、冬夏溫差大等因素，對(duì)瀝青路面的質(zhì)量提出了 更高的要求。普通瀝青由于存在粘結(jié)力差、延伸度低、含蠟量高、溫度敏感性大等性能缺點(diǎn)， 難以在尚等級(jí)公路上使用。
[0003] 我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的基質(zhì)瀝青受原油性質(zhì)限制，難以同時(shí)滿足高溫下足夠的強(qiáng)度和熱 穩(wěn)定性以及低溫下足夠的彈性和塑性，所以使用改性劑改善瀝青的路用性能便成為解決瀝 青質(zhì)量問(wèn)題的重要方法。產(chǎn)于南美洲Trinidad湖的天然瀝青（TLA)是目前普遍使用的道 路瀝青改性劑，可以較好地解決單一瀝青路面的高溫變形和低溫?cái)嗔熏F(xiàn)象。但TLA來(lái)源有 限，價(jià)格昂貴，在我國(guó)的使用受到限制。
[0004] 目前使用的TLA改性劑替代產(chǎn)品大多只能對(duì)道路瀝青某一性能有明顯的改性效 果，組成上與TLA還有很大的差別，不能從根本上起到改性作用。ZL 201210481546. 4公開(kāi) 了一種道路瀝青改性劑的制備方法，是將廢橡膠粉、分散劑、交聯(lián)劑以及界面劑物理共混制 備而得，其制備過(guò)程中共混組分分子不會(huì)完全打亂重組，不能充分交聯(lián)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種制備工藝簡(jiǎn)單、改性效果好、生產(chǎn)成本低、利于環(huán)保的道 路瀝青改性劑及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明所述的道路瀝青改性劑為黑色粉狀固體，采用下述方法制備得到：將中溫 煤瀝青、廢胎膠粉與芳烴油按照1~2 : 2~8 : 1的質(zhì)量比混合，同時(shí)擔(dān)載廢胎膠粉質(zhì)量 0· 01~3%的鉬酸銨催化劑，在壓力2~15Mpa的氫氣氛圍下，于150~310°C反應(yīng)1~3 小時(shí)，制得道路瀝青改性劑。
[0007] 本發(fā)明以中溫煤瀝青作為生產(chǎn)道路瀝青改性劑的原料之一，煤瀝青的存在可以彌 補(bǔ)石油瀝青與石料粘附性能差的缺點(diǎn)，并且可以改善道路瀝青的高溫性能。
[0008] 廢胎膠粉為廢舊輪胎胎面橡膠部分經(jīng)脫硫粉碎加工而成。本發(fā)明在道路瀝青改性 劑的制備中大量加入廢胎膠粉，一方面可以將輪胎再生利用，減小環(huán)境壓力；另一方面，橡 膠成分的引入能夠改善瀝青的膠體結(jié)構(gòu)，有效改善其路用性能。優(yōu)選地，本發(fā)明使用的廢胎 膠粉為粉碎至0. 2_以下的膠粉。
[0009] 進(jìn)而，本發(fā)明在道路瀝青改性劑的制備過(guò)程中加入了鉬酸銨催化劑。鉬酸銨作為 一種煤加氫催化劑，在本發(fā)明中的作用是進(jìn)一步活化煤瀝青分子，使煤瀝青分子與廢胎膠 粉分子之間更好的交聯(lián)，改善改性性能。
[0010] 本發(fā)明所述的芳烴油是潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油在以苯酚、糠醛等為溶劑的溶劑精制過(guò)程中 產(chǎn)生的富含芳香烴的抽出油。芳烴油的存在，不僅可以增加膠料的可塑性，還能起到溶劑的 作用，促進(jìn)煤瀝青與廢胎膠粉更好的膠溶。同時(shí)，芳烴油中含有大量的芳香分，在道路瀝青 改性過(guò)程中能夠起到很大的作用。
[0011] 本發(fā)明所述道路瀝青改性劑的制備過(guò)程在氫氣氛圍下進(jìn)行，氫氣氛的存在，一方 面活化了煤瀝青分子，另一方面能夠防止改性劑制備過(guò)程中發(fā)生的氧化老化現(xiàn)象。
[0012] 本發(fā)明上述制備的道路瀝青改性劑呈固態(tài)，其組成成分中的四氫呋喃可溶物為 60~75%，甲苯可溶物為18%~40%，殘?jiān)?7%~36%。對(duì)改性劑進(jìn)行常規(guī)性能測(cè)試，針入度 為 3 ~46 (0· Imm)，軟化點(diǎn) 60 ~120°C。
[0013] 本發(fā)明上述制備的道路瀝青改性劑用于添加入基質(zhì)瀝青中，以改善基質(zhì)瀝青的路 用性能。
[0014] 本發(fā)明道路瀝青改性劑的具體使用方法是將所述改性劑粉碎至15微米以下，在 溫度130~210°C下與基質(zhì)瀝青混合均勻，其中所述道路瀝青改性劑占混合瀝青總重量的 5 ~40% 〇
[0015] 本發(fā)明道路瀝青改性劑的制備方法以及所制備的道路瀝青改性劑具有以下技術(shù) 效果。
[0016] 1.本發(fā)明所述道路瀝青改性劑與Trinidad湖的天然瀝青（TLA)改性效果相當(dāng)，達(dá) 到美國(guó)材料測(cè)量協(xié)會(huì)（American Society for Testing Materials)標(biāo)準(zhǔn)（ASTM D5710)，改 性效果好。
[0017] 2.本發(fā)明所述道路瀝青改性劑的制備方法簡(jiǎn)單，制備時(shí)間短，便于大量生產(chǎn)。
[0018] 3.制備本發(fā)明所述道路瀝青改性劑使用的原料之一為廢胎膠粉，既可以提高資源 的回收利用，又可以改善路面質(zhì)量，廢舊輪胎的消耗有利于減少黑色污染，在環(huán)境保護(hù)方面 起到積極的作用。
[0019] 4.制備本發(fā)明所述道路瀝青改性劑使用的另一主要原料為煤瀝青。煤瀝青的大量 堆積對(duì)環(huán)境造成了污染，并且煤瀝青單獨(dú)作為道路瀝青改性劑效果不顯著，容易脆裂。本發(fā) 明中煤瀝青的加入不僅大大提高了煤瀝青的利用價(jià)值，而且為高等級(jí)道路的建設(shè)提供了一 種有效的改性劑。
【具體實(shí)施方式】 [0020] 實(shí)施例1 取25質(zhì)量份粉碎至小于0. 2mm的旭陽(yáng)中溫煤瀝青、50質(zhì)量份廢胎膠粉和25質(zhì)量份芳 烴油，同時(shí)擔(dān)載0. 005質(zhì)量份的鉬酸銨催化劑，加入IL的反應(yīng)器中，向反應(yīng)器內(nèi)通入氫氣并 保持氫氣的壓力為3MPa，升溫至150°C反應(yīng)1小時(shí)。整個(gè)反應(yīng)在通風(fēng)條件下進(jìn)行，并通過(guò)溶 液吸收反應(yīng)過(guò)程中伴生的H 2S等少量有毒有害成分。反應(yīng)完成后，蒸餾分離收集反應(yīng)產(chǎn)物 中的輕油，反應(yīng)器中的重質(zhì)殘余物即為道路瀝青改性劑。
[0021] 以得到所有產(chǎn)物的總質(zhì)量為100%計(jì)，其中瀝青改性劑87%，輕油11. 7%，水1. 3%。
[0022] 將上述制備的道路瀝青改性劑低溫碾磨粉碎，過(guò)篩至15微米以下，取40質(zhì)量份的 改性劑，與60質(zhì)量份的90#石油瀝青在180°C下混合均勻，制得改性道路瀝青，性能指標(biāo)測(cè) 試結(jié)果見(jiàn)表1。
[0023] 實(shí)施例2 取20質(zhì)量份粉碎至小于0. 2mm的旭陽(yáng)中溫煤瀝青、60質(zhì)量份廢胎膠粉和20質(zhì)量份芳 烴油，同時(shí)擔(dān)載0. 009質(zhì)量份的鉬酸銨催化劑，加入IL的反應(yīng)器中，向反應(yīng)器內(nèi)通入氫氣并 保持氫氣的壓力為6MPa，升溫至190°C反應(yīng)3小時(shí)。整個(gè)反應(yīng)在通風(fēng)條件下進(jìn)行，并通過(guò)溶 液吸收反應(yīng)過(guò)程中伴生的H 2S等少量有毒有害成分。反應(yīng)完成后，蒸餾分離收集反應(yīng)產(chǎn)物 中的輕油，反應(yīng)器中的重質(zhì)殘余物即為道路瀝青改性劑。
[0024] 以得到所有產(chǎn)物的總質(zhì)量為100%計(jì)，其中瀝青改性劑84. 1%，輕油15. 1%，水0. 8%。
[0025] 將上述制備的道路瀝青改性劑低溫碾磨粉碎，過(guò)篩至15微米以下，取30質(zhì)量份的 改性劑，與70質(zhì)量份的90#石油瀝青在200°C下混合均勻，制得改性道路瀝青，性能指標(biāo)測(cè) 試結(jié)果見(jiàn)表1。
[0026] 實(shí)施例3 取40質(zhì)量份粉碎至小于0. 2mm的旭陽(yáng)中溫煤瀝青、40質(zhì)量份廢胎膠粉和20質(zhì)量份芳 烴油，同時(shí)擔(dān)載0. 008質(zhì)量份的鉬酸銨催化劑，加入IL的反應(yīng)器中，向反應(yīng)器內(nèi)通入氫氣并 保持氫氣的壓力為9MPa，升溫至230°C反應(yīng)2小時(shí)。整個(gè)反應(yīng)在通風(fēng)條件下進(jìn)行，并通過(guò)溶 液吸收反應(yīng)過(guò)程中伴生的H 2S等少量有毒有害成分。反應(yīng)完成后，蒸餾分離收集反應(yīng)產(chǎn)物 中的輕油，反應(yīng)器中的重質(zhì)殘余物即為道路瀝青改性劑。
[0027] 以得到所有產(chǎn)物的總質(zhì)量為100%計(jì)，其中瀝青改性劑79. 4%，輕油20. 2%，水0. 4%。
[0028] 將上述制備的道路瀝青改性劑低溫碾磨粉碎，過(guò)篩至15微米以下，取25質(zhì)量份的 改性劑，與75質(zhì)量份的90#石油瀝青在190°C下混合均勻，制得改性道路瀝青，性能指標(biāo)測(cè) 試結(jié)果見(jiàn)表1和表2。
[0029] 實(shí)施例4 取28. 6質(zhì)量份粉碎至小于0. 2_的旭陽(yáng)中溫煤瀝青、57. 1質(zhì)量份廢胎膠粉和14. 3質(zhì) 量份芳烴油，同時(shí)擔(dān)載〇. 014質(zhì)量份的鉬酸銨催化劑，加入IL的反應(yīng)器中，向反應(yīng)器內(nèi)通入 氫氣并保持氫氣的壓力為12MPa，升溫至270°C反應(yīng)3小時(shí)。整個(gè)反應(yīng)在通風(fēng)條件下進(jìn)行， 并通過(guò)溶液吸收反應(yīng)過(guò)程中伴生的H 2S等少量有毒有害成分。反應(yīng)完成后，蒸餾分離收集 反應(yīng)產(chǎn)物中的輕油，反應(yīng)器中的重質(zhì)殘余物即為道路瀝青改性劑。
[0030] 以得到所有產(chǎn)物的總質(zhì)量為100%計(jì)，其中瀝青改性劑74. 2%，輕油25. 7%，水0. 1%。
[0031] 將上述制備的道路瀝青改性劑低溫碾磨粉碎，過(guò)篩至15微米以下，取20質(zhì)量份的 改性劑，與80質(zhì)量份的90#石油瀝青在180°C下混合均勻，制得改性道路瀝青，性能指標(biāo)測(cè) 試結(jié)果見(jiàn)表1。
[0032] 實(shí)施例5 取11. 1質(zhì)量份粉碎至小于〇. 2_的旭陽(yáng)中溫煤瀝青、77. 8質(zhì)量份廢胎膠粉和11. 1質(zhì) 量份芳烴油，同時(shí)擔(dān)載〇. 023質(zhì)量份的鉬酸銨催化劑，加入IL的反應(yīng)器中，向反應(yīng)器內(nèi)通入 氫氣并保持氫氣的壓力為15MPa，升溫至310°C反應(yīng)1小時(shí)。整個(gè)反應(yīng)在通風(fēng)條件下進(jìn)行， 并通過(guò)溶液吸收反應(yīng)過(guò)程中伴生的H 2S等少量有毒有害成分。反應(yīng)完成后，蒸餾分離收集 反應(yīng)產(chǎn)物中的輕油，反應(yīng)器中的重質(zhì)殘余物即為道路瀝青改性劑。
[0033] 以得到所有產(chǎn)物的總質(zhì)量為100%計(jì)，其中瀝青改性劑78. 3%，輕油21. 6%，水0. 1%。
[0034] 將上述制備的道路瀝青改性劑低溫碾磨粉碎，過(guò)篩至15微米以下，取10質(zhì)量份的 改性劑，與90質(zhì)量份的90#石油瀝青在170°C下混合均勻，制得改性道路瀝青，性能指標(biāo)測(cè) 試結(jié)果見(jiàn)表1和表2。
[0035] 對(duì)比例1 在200°C下，將10質(zhì)量份粉碎至15微米以下的TLA與90質(zhì)量份的90#石油瀝青混合 均勻，制得改性道路瀝青。
[0036] 對(duì)比例2 在200°C下，將20質(zhì)量份粉碎至15微米以下的TLA與80質(zhì)量份的90#石油瀝青混合 均勻，制得改性道路瀝青。
[0037] 對(duì)比例3 在200°C下，將30質(zhì)量份粉碎至15微米以下的TLA與70質(zhì)量份的90#石油瀝青混合 均勻，制得改性道路瀝青。
[0038] 對(duì)比例4 在200°C下，將40質(zhì)量份粉碎至15微米以下的TLA與60質(zhì)量份的90#石油瀝青混合 均勻，制得改性道路瀝青。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種道路瀝青改性劑的制備方法，是將中溫煤瀝青、廢胎膠粉與芳烴油按照1~2 : 2~8 : 1的質(zhì)量比混合，擔(dān)載廢胎膠粉質(zhì)量0.Ol~3%的鉬酸銨催化劑，在壓力2~15Mpa的氫氣氛圍下，于150~310°C反應(yīng)1~3小時(shí)，制得道路瀝青改性劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的道路瀝青改性劑的制備方法，其特征是所述的廢胎膠粉為粉 碎至0? 2mm以下的膠粉。
3. 權(quán)利要求1所述方法制備得到的道路瀝青改性劑。
4. 權(quán)利要求3所述道路瀝青改性劑的使用方法，是將改性劑粉碎至15微米以下，在 130~210°C下與基質(zhì)瀝青混合均勻，其中所述道路瀝青改性劑占混合瀝青總重量的5~ 40% 〇
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于制備高等級(jí)道路瀝青的道路瀝青改性劑，是將中溫煤瀝青、廢胎膠粉與芳烴油按照1～2﹕2～8﹕1的質(zhì)量比混合，擔(dān)載廢胎膠粉質(zhì)量0.01～3%的鉬酸銨催化劑，在壓力2～15Mpa的氫氣氛圍下，于150～310℃反應(yīng)1～3小時(shí)制得。本發(fā)明的道路瀝青改性劑與天然瀝青TLA改性效果相當(dāng)，達(dá)到美國(guó)材料測(cè)量協(xié)會(huì)ASTM D5710標(biāo)準(zhǔn)。
【IPC分類】C08K5-01, C08L95-00, C08L21-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104788974
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510185959
【發(fā)明人】薛永兵, 蘇深, 葛澤峰, 李豐超
【申請(qǐng)人】太原科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月20日