CN107841150A - 一种改性沥青及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性沥青,原料配方按重量份数配比如下:基质沥青480‑520份、活性胶料80‑100份、芳烃油25‑35份、聚乙烯蜡8‑12份,所述活性胶料的原料配方包括如下质量分数的组分:油田油泥50‑60%、废胶粉6‑10%、陶土30‑43%、松焦油0.01‑0.03%、烷基苯酚一硫化物0.01‑0.03%,本发明还公开了该改性沥青的制备方法,通过本方法制得的改性沥青具有很好的高温稳定性、低温性能、抗老化性能和降噪功能,不易开裂,具有很好的市场推广前景。

Description

一种改性沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性沥青,特别涉及一种油田油泥和废胶粉制备的改性沥青。
背景技术
沥青是自然界中天然存在的或是原油经蒸馏得到的固体或半固体有机混合物。沥青具有良好的粘结性、防水性和化学稳定性,而且资源丰富,价格低廉,因此在高等级公路建设上得到广泛应用。沥青性能直接影响着公路路面的承载能力和使用寿命,是高等级公路建设的技术基础。但是普通基质沥青存在高温性能差,软化点低、夏天易流延蠕变;低温性不佳,针入度高、冬天易脆裂等缺点,严重影响其路用性能。如何提高沥青路用性能,满足沥青使用要求成为路用材料研究工作者和沥青生产厂家普遍关注的课题。
聚合物改性沥青是解决这一问题的有效途径,聚合物改性沥青可显著降低基质沥青温度敏感性,改善基质沥青高低温性能,从而提高基质沥青路用性能。随着全球汽车行业的快速发展,废旧轮胎的产生量迅速增加,废旧橡胶引发的环境污染和资源浪费问题日渐凸显。于是,人们研究在基质沥青中添加橡胶粉来提高基质沥青的性能,取得了显著的成果。但是由于废橡胶本身可塑性差,易老化等问题,严重制约了废橡胶改性沥青技术的进一步推广。
在油田的开采过程中,油田污水处理***和原油生产储运***会产生大量油田油泥。油田油泥如果不经处理直接排放,不仅占用大量的土地,其还含有大量的重金属和细菌,会产生恶臭,造成水体、土壤和大气的严重污染。油田油泥本身成分较为复杂,其成分以残留石油、高分子聚合物、含硫化合物和无机矿物质为主,同时还含有一些以表面活性剂、有机聚合物为主的钻井采油助剂和污水处理过程中加入的有机、无机絮凝剂等。这些物质可以与基质沥青有很好的相容性,更有利于提高沥青的性能。同时,油泥中残留的石油可以作为油泥与废橡胶反应的软化剂。因此,在基质沥青中添加油田油泥制得的活性胶料,将会提高基质沥青的使用性能,并且能合理利用废弃资源,减少对环境的污染。但目前还未见任何报道。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种改性沥青及其制备方法,以达到提高改性沥青的高温稳定性、低温性能、抗老化性能和降噪功能的目的。
为达到上述目的,本发明的技术方案如下:
一种改性沥青,原料配方按重量份数配比如下:基质沥青480-520份、活性胶料80-100份、芳烃油25-35份、聚乙烯蜡8-12份,所述活性胶料的原料配方包括如下质量分数的组分:油田油泥50-60%、废胶粉6-10%、陶土30-43%、松焦油0.01-0.03%、烷基苯酚一硫化物0.01-0.03%。
上述方案中,所述改性沥青的原料配方中还包含有SBS改性剂15-25份。
作为优选的,所述改性沥青的原料配方按重量份数配比如下:基质沥青500份、活性胶料80份、芳烃油30份、聚乙烯蜡10份。
作为优选的,所述改性沥青的原料配方按重量份数配比如下:基质沥青480份、活性胶料100份、芳烃油25份、聚乙烯蜡12份。
作为优选的,所述改性沥青的原料配方按重量份数配比如下:基质沥青520份、活性胶料90份、芳烃油35份、聚乙烯蜡8份、SBS改性剂20份。
进一步的技术方案中,所述活性胶料的原料配方包括如下质量分数的组分:油田油泥50%、废胶粉9.96%、陶土40%、松焦油0.03%、烷基苯酚一硫化物0.01%。
一种改性沥青的制备方法,包括如下步骤:
(1)制备活性胶料:将活性胶料的原料各组分按比例进行混合,在反应釜中常压加热至160-190℃,充分搅拌、反应2-4小时,反应结束后,降温,出料得到活性胶料;
(2)基质沥青热熔:称取所需的基质沥青,加热到135-140℃,使沥青软化形成热沥青,并输送至搅拌罐中;
(3)将搅拌罐中的热沥青边搅拌边加热,待温度达到160-180℃时,提高搅拌转速到800-1000r/min,依次加入活性胶料、部分芳烃油和聚乙烯蜡;
(4)待原料都加入后,缓慢调节搅拌转速到100r/min,搅拌2小时;
(5)将混合料转移到发育罐中,加入剩余的芳烃油和聚乙烯蜡,保持搅拌转速300-400r/min,搅拌至少1小时,即得改性沥青。
进一步的技术方案中,步骤(3)中还添加部分SBS改性剂,剩余SBS改性剂在步骤(5)中添加。
沥青既可以看成胶体结构,也可以看成由高分子组成的混合物。沥青动态分子量的大小决定其软化点的大小。沥青由固态变为液态时的温度是沥青体系中的整个高分子链相对于其它链发生位移的临界温度,而整个链的运动要靠所有链段的协同运动来完成。动态分子量越大,为实现流动所需协同运动的链段数就越多,运动过程所需要克服的摩擦阻力也就越大,沥青的软化点将随之升高。反之,则沥青的软化点就会降低。
当搅拌温度较低时,沥青中的高分子链运动相对较小,改性沥青中胶质分子与溶入沥青中的再生胶粉颗粒表面分子结合的机率相应较少,导致沥青的动态分子量较小,这样改性沥青中整个高分子链运动所需协同的链段数就较少,分子链运动起来越容易,运动时所需克服的阻力越小,导致改性沥青的软化点降低;当搅拌温度升高时,改性沥青中的胶质分子与橡胶粒及橡胶粒表面分子的结合机率增大,导致沥青的动态分子量增大,对应改性沥青高分子链运动所需的协同的链段数增多。分子链运动起来就相应要克服较大的阻力,最终导致改性沥青的软化点相应升高。
因此,改性沥青的制备并不是温度越高越好,也不是越低越好,而是有一个合理的温度范围。本发明选用的搅拌温度为160-180℃,并且,开始搅拌缓慢,逐渐提高转速,待原料都添加后,再减小转速,搅拌2小时;同时,转移到发育罐中之后,要保持很低的转速,使具有相当活力的轻质油分渗透到添加剂中或者是部分添加剂分子和沥青组分发生键和,从而达到改善技术性能和防止离析的目的,这样使得制得的改性沥青的各项性能均达到很高的水平。
通过上述技术方案,本发明提供的改性沥青采用油田油泥和废胶粉制备的活性胶料作为原料,然后与基质沥青进行混合反应,同时添加助剂。由于活性胶料在制备过程中是经过了脱硫处理的,所以活性胶料具有比废橡胶更优异的性能。油泥中残留的石油可以作为油泥与废橡胶反应的软化剂,而含有的高分子聚合物和硫醇类化合物,在制备活性胶料过程中可以起到活化剂的作用。油泥和废胶粉混合制备的活性胶料,虽其本身具有一定活性,但它的活性有限,不能完全满足和基质沥青混合制备改性沥青的要求;为了达到最佳的改性效果,需要添加其他化学助剂,本发明中采用了芳烃油、聚乙烯蜡以及SBS改性剂。
制得的改性沥青具有以下优点:
第一,活性胶料耐老化性好,能改善废橡胶制品的耐自然老化性能;
第二,活性胶料具有良好的耐热、耐油、耐酸碱性,比废橡胶制品有更强的环境适应性;
第三,活性胶料有良好的塑性,易于和其他添加剂混合,节省工时,降低动力消耗等。因此,活性胶料制得的改性沥青性不仅在制作工艺上优于普通橡胶沥青,而且在性能上均优于普通橡胶沥青。
通过采用该方案,一方面可以将油田油泥制备活性胶料技术得到推广,减少固废排放(减量化),实现能源和资源可持续利用;另一方面,活性胶料制备改性沥青用于公路道路的路面铺设,从质量和成本考虑,大大优于普通基质沥青和橡胶沥青。因此,本发明开发的改性沥青技术,具有较大的经济效益和重大的社会、环境效益。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种改性沥青及其制备方法,具体实施例如下:
实施例一:
改性沥青的原料配方按重量份数配比如下:基质沥青500g、活性胶料80g、芳烃油30g、聚乙烯蜡10g;活性胶料的原料配方包括如下质量分数的组分:油田油泥50%、废胶粉9.96%、陶土40%、松焦油0.03%、烷基苯酚一硫化物0.01%。
制备过程如下:
(1)制备活性胶料:将活性胶料的原料各组分按比例进行混合,在反应釜中常压加热至180℃,充分搅拌、反应3小时,反应结束后,降温,出料得到活性胶料;
(2)基质沥青热熔:称取基质沥青500g,加热到135℃,使沥青软化形成热沥青,并输送至搅拌罐中;
(3)将搅拌罐中的热沥青边搅拌边加热,待温度达到180℃时,提高搅拌转速到800r/min,依次加入活性胶料80g、芳烃油20g和聚乙烯蜡6g;
(4)待原料都加入后,缓慢调节搅拌转速到100r/min,搅拌2小时;
(5)将混合料转移到发育罐中,加入剩余的芳烃油10g和聚乙烯蜡4g,保持搅拌转速300r/min,搅拌2小时,即得改性沥青。
实施例二:
改性沥青的原料配方按重量份数配比如下:基质沥青480g、活性胶料100g、芳烃油25g、聚乙烯蜡12g;活性胶料的原料配方包括如下质量分数的组分:油田油泥60%、废胶粉6%、陶土33.96%、松焦油0.01%、烷基苯酚一硫化物0.03%。
制备过程如下:
(1)制备活性胶料:将活性胶料的原料各组分按比例进行混合,在反应釜中常压加热至160℃,充分搅拌、反应4小时,反应结束后,降温,出料得到活性胶料;
(2)基质沥青热熔:称取基质沥青500g,加热到140℃,使沥青软化形成热沥青,并输送至搅拌罐中;
(3)将搅拌罐中的热沥青边搅拌边加热,待温度达到160℃时,提高搅拌转速到1000r/min,依次加入活性胶料100g、芳烃油15g和聚乙烯蜡10g;
(4)待原料都加入后,缓慢调节搅拌转速到100r/min,搅拌2小时;
(5)将混合料转移到发育罐中,加入剩余的芳烃油10g和聚乙烯蜡2g,保持搅拌转速400r/min,搅拌1小时,即得改性沥青。
实施例三:
改性沥青的原料配方按重量份数配比如下:基质沥青520g、活性胶料90g、芳烃油35g、聚乙烯蜡8g、SBS改性剂20g;活性胶料的原料配方包括如下质量分数的组分:油田油泥55%、废胶粉8%、陶土36.96%、松焦油0.02%、烷基苯酚一硫化物0.02%。
制备过程如下:
(1)制备活性胶料:将活性胶料的原料各组分按比例进行混合,在反应釜中常压加热至190℃,充分搅拌、反应2小时,反应结束后,降温,出料得到活性胶料;
(2)基质沥青热熔:称取所需的基质沥青,加热到138℃,使沥青软化形成热沥青,并输送至搅拌罐中;
(3)将搅拌罐中的热沥青边搅拌边加热,待温度达到170℃时,提高搅拌转速到900r/min,依次加入活性胶料90g、芳烃油20g和聚乙烯蜡5g;
(4)待原料都加入后,缓慢调节搅拌转速到100r/min,搅拌2小时;
(5)将混合料转移到发育罐中,加入剩余的芳烃油15g和聚乙烯蜡3g,保持搅拌转速350r/min,搅拌1.5小时,即得改性沥青。
将制得的改性沥青以及市售的基质沥青和橡胶沥青进行性能测试,结果见表1。
表1改性沥青性能测试数据
1、针入度
沥青针入度是沥青的主要质量指标之一,是表示沥青软硬程度和稠度、抵抗剪切破坏的能力,反映在一定条件下沥青的相对黏度的指标。针入度越小,表示沥青的稠度越大;反之,则越小。
2、软化点
沥青是非晶体物质,无确定的熔点。软化点实质上反映沥青的粘度和温度敏感度,一般认为,软化点高,沥青温度稳定性也好,或者说热稳定性好。
3、延度
延度是反映沥青条件延性的指标。沥青的延性是当其受到外力的拉伸作用时,所能承受的塑性变形的总能力。延度越大,沥青的柔韧性越好。如在低温下延度越大,则沥青的抗裂性越好。沥青延度与其粘度、组分有密切关系。一般来说,延度大的沥青含蜡量低,粘结性和耐久性都好;反之,含蜡量大,延度小,粘结性和耐久性也差。因此,延度是表征沥青性质的重要指标。
4、弹性恢复
弹性恢复也是反映沥青的重要指标,数值越大表明弹性恢复越好,弹性恢复好的沥青在使用过程中越不易发生开裂,使用寿命越长。
从表1中的数据可以看出,本发明实施例制得的改性沥青在各方面的性能均优于基质沥青和橡胶沥青,具有很好的市场应用前景。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本发明中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本发明所示的这些实施例,而是要符合与本发明所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种改性沥青,其特征在于,原料配方按重量份数配比如下:基质沥青480-520份、活性胶料80-100份、芳烃油25-35份、聚乙烯蜡8-12份,所述活性胶料的原料配方包括如下质量分数的组分:油田油泥50-60%、废胶粉6-10%、陶土30-43%、松焦油0.01-0.03%、烷基苯酚一硫化物0.01-0.03%。
2.根据权利要求1所述的一种改性沥青,其特征在于,所述改性沥青的原料配方中还包含有SBS改性剂15-25份。
3.根据权利要求1所述的一种改性沥青,其特征在于,所述改性沥青的原料配方按重量份数配比如下:基质沥青500份、活性胶料80份、芳烃油30份、聚乙烯蜡10份。
4.根据权利要求1所述的一种改性沥青,其特征在于,所述改性沥青的原料配方按重量份数配比如下:基质沥青480份、活性胶料100份、芳烃油25份、聚乙烯蜡12份。
5.根据权利要求1所述的一种改性沥青,其特征在于,所述改性沥青的原料配方按重量份数配比如下:基质沥青520份、活性胶料90份、芳烃油35份、聚乙烯蜡8份、SBS改性剂20份。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种改性沥青,其特征在于,所述活性胶料的原料配方包括如下质量分数的组分:油田油泥50%、废胶粉9.96%、陶土40%、松焦油0.03%、烷基苯酚一硫化物0.01%。
7.一种如权利要求1所述的改性沥青的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)制备活性胶料:将活性胶料的原料各组分按比例进行混合,在反应釜中常压加热至160-190℃,充分搅拌、反应2-4小时,反应结束后,降温,出料得到活性胶料;
(2)基质沥青热熔:称取所需的基质沥青,加热到135-140℃,使沥青软化形成热沥青,并输送至搅拌罐中;
(3)将搅拌罐中的热沥青边搅拌边加热,待温度达到160-180℃时,提高搅拌转速到800-1000r/min,依次加入活性胶料、部分芳烃油和聚乙烯蜡;
(4)待原料都加入后,缓慢调节搅拌转速到100r/min,搅拌2小时;
(5)将混合料转移到发育罐中,加入剩余的芳烃油和聚乙烯蜡,保持搅拌转速300-400r/min,搅拌至少1小时,即得改性沥青。
8.根据权利要求7所述的基质沥青的制备方法,其特征在于,步骤(3)中还添加部分SBS改性剂,剩余SBS改性剂在步骤(5)中添加。
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