CN1508188A

CN1508188A - 一种改性沥青及其制备方法

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Publication number: CN1508188A
Application number: CNA021449511A
Authority: CN
Inventors: 宁爱民; 吴佩尊; 徐前康; 程国香; 徐青柏; 陈杰
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-06-30
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: CN1213106C

Abstract

本发明涉及一种高质量改性沥青及其制备方法，改性沥青组合物含有针入度为140～170 1/10mm的沥青原料、润滑油溶剂精制抽出油等富芳贫蜡组分的软化剂以及SBS等改性剂，制得的改性沥青的PG等级为PG70－34。制备过程为选用软化剂将沥青原料调合成针入度为180～210 1/10mm的基质沥青，然后加入改性剂，并在130～180℃温度下高速剪切制成本发明的改性沥青。与现有技术相比，本发明改性沥青原料广泛、成本低廉，具有优良的高温稳定性和低温抗裂性。本发明改性沥青主要用于冬、夏温差较大地区铺筑高速公路、城市交通主干道和机场跑道等。

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及其制备方法，特别是采用聚合物改性的高质量道路沥青及其制备方法。

背景技术

在冬夏温差较大的地区，冬季气温可低于-30℃，夏季则高于30℃，并且路面温度通常还要低于或高于大气温度，特别是夏季中午时分路面最高温度可达60℃左右。在这些极限温差较大的地区，沥青路面在夏季易出现泛油和车辙，冬季易出现开裂等病害，严重影响行车安全和路面使用寿命。出现上述病害的主要原因是路面环境温度变化的范围超出了铺路用沥青的粘弹区间。解决的途径应是提高沥青的高温稳定性和低温抗裂性，扩宽其粘弹区间。目前普遍采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)对基质沥青实施改性来达到这一目的。

SBS特有的结构组成决定了它是众多用于改性沥青的高分子聚合物中兼有改善高、低温性能的改性剂。大量试验表明：当SBS的加入量在通常范围(4～6％)内时，基质沥青的性质依然是决定改性沥青性质的主要因素。当选用较软(针入度较大)的基质沥青时，制得的改性沥青的低温性能较好，反之，选用较硬(针入度较小)的基质沥青时，制得的改性沥青的高温性能较好。而要制取高、低温性能都好、质量优良的改性沥青时，则不仅要对基质沥青的软、硬程度，而且还要对其内在品质等都有很高的要求。因为在结构力和各种自然因素作用下，要使一般的沥青兼具互相矛盾的高温稳定性和低温抗裂性是困难的。在极限温差较大的地区铺筑高速公路、城市交通主干道和机场跑道等，一般都需要设计最高使用温度为60℃～70℃、最低使用温度为-30℃以下，即PG等级(SHRP内容中的沥青评价项目)为PG64-34或PG70-34这类高、低温性能俱佳的改性沥青。从使用温度区间看，PG70-34改性沥青与其在同一针入度范围的非改性沥青的相比，高温指标提高了约20～35℃，低温指标降低了约-10℃以下，使用温度区间扩宽了约30～45℃。CN1289801A用沥青、相容剂、反应助剂和SBS制成改性沥青。在SBS加入量为5m％时，改性沥青的软化点为88.5℃，高温指标有可能会达到PG70-34的要求，但其脆点仅为-17℃左右，只比一般基质沥青降低了3～5℃，未能达到低温指标的要求。

以优质道路沥青(按中国石油化工集团公司Q/SHR003-1998标准生产的沥青，简称中石化1号沥青，其质量相当于埃索沥青)为基质沥青，经SBS改性，可以制得性能接近上述要求的改性沥青。但使用如此高质量的道路沥青作为基质沥青，有以下缺点：1)基质沥青的来源短缺。目前，能用于生产这类沥青的原油种类有限，并且它们本身就是铺筑高速公路的理想产品，其数量一直远远不能满足市场需求。2)成本高：生产这类优质道路沥青，需要对1)中所述的几种指定的原油实行单输单炼，方可保证其纯度。有时还得以牺牲原油整体加工方案中一种或数种产品的收率或品质为代价来保证其质量。3)制约性强：对于生产不出所说的优质道路沥青的厂家，生产这类改性沥青将无从谈起。并且，既使选用了针入度值很理想、质量很高的沥青单独用于改性时，改性沥青的物性指标和PG等级虽然可以达到要求，但混合料试验中的主要指标，如马歇尔稳定度等却不够理想，甚至不能合格。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高低温性能优良、成本低、产品质量符合PG等级为PG70-34的改性沥青组合物及其制备方法。

本发明改性沥青以重量计，包括沥青原料88％～91％，软化剂2％～5％，最好为4％～5％，SBS 4％～6％，改性沥青助剂0.1％～3％。本发明改性沥青可满足设计最高使用温度为70℃、最低使用温度为-34℃路面铺筑的需要。

其中沥青原料为针入度140～170 1/10mm，最好在150～160 1/10mm之间的各种沥青原料，如可以是环烷-中间基、或环烷基原油加工得到的减压渣油、溶剂脱油沥青、氧化沥青、调合沥青中的一种或一种以上的混合物，蜡含量(蒸馏法)应小于4m％，最好小于3m％。

软化剂为润滑油溶剂精制抽出油、溶剂抽提重脱沥青油、处理后的催化裂化油浆等初馏点大于370℃，最好大于380℃、组成中的芳香分含量大于50m％，最好能大于60m％、蜡含量(蒸馏法)小于4m％，最好小于3m％的富芳贫蜡组分之中的一种或一种以上的混合物。

沥青原料和软化剂共同构成基质沥青，沥青和软化剂两种组分调合后的基质沥青针入度控制在180～210 1/10mm，最好在190～200 1/10mm之间。

改性沥青助剂为硫及有机硫化物交联剂、有机过氧化物交联剂、树脂类交联剂之中的一种或一种以上的混合物。

SBS为苯乙烯含量在20％～40％、分子量在1×10⁵～4×10⁵之间的线型和星型共轭二烯的三元共聚物。

本发明改性沥青的制备方法为，将针入度140～170 1/10mm，最好在150～160 1/10mm之间的沥青原料与软化剂调合为基质沥青，控制基质沥青的针入度为180～210 1/10mm，最好为190～200 1/10mm之间。然后将聚合物及改性沥青助剂加入基质沥青中，在130～180℃温度条件下，以1000～2800转/分高速剪切混合20～120分钟得到本发明改性沥青产品。

通过大量的试验研究发现，针入度为140～170 1/10mm的沥青原料用特定的软化剂调合为针入度为180～210 1/10mm之间的基质沥青，加入4m％～6m％的SBS改性后，产品的高、低温性能都可以得到很好的兼顾，并且成本低廉、多项主要指标远超过与其在同一针入度水平的I-A档沥青的指标要求。本发明改性沥青避免使用高质量沥青作为原料生产符合PG等级为PG70-34的道路沥青，选用一种性质适宜、易于获得的沥青为主要原料，产品具有优良的高温稳定性和低温抗裂性。本发明产品制备方法简单，可以在工厂生产，也可在施工现场制备。本发明产品主要用于冬、夏温差较大地区铺筑高速公路、城市交通主干道和机场跑道等。

具体实施方式

实施例一：

以910份针入度为168 1/10mm蜡含量为2.78m％的中间基原油的减压渣油与30份蜡含量为2.81m％的润滑油酚精制减三线抽出油调合为针入度2051/10mm的基质沥青，保持在150℃温度下加入38份燕山石化公司生产的4303型SBS和21份岳阳石化公司生产的1301型SBS，1份单质硫为改性沥青助剂，在1400转/分的转速下剪切混合20分钟，制得的改性沥青的性质测试结果例于表1。

实施例二：

以895份针入度为145 1/10mm蜡含量为2.93m％的环烷-中间基原油的减压渣油与44份蜡含量为2.43m％的溶剂脱沥青重脱油调合制成针入度为1851/10mm的基质沥青，保持在165℃温度下加入19份茂名石化公司生产的4201型SBS和29份岳阳石化公司生产的1301型SBS，11份酚醛树脂和2份二芳基二硫化物作为改性沥青助剂，在1800转/分的转速下剪切混合35分钟，制得的改性沥青的性质测试结果例于表1。

实施例三：

以891份针入度为154 1/10mm、蜡含量为1.63m％的环烷基原油的丁烷脱油沥青，与46份蜡含量为2.83m％、初馏点为430℃的催化裂化油浆调合成针入度为194 1/10mm的基质沥青，保持在155℃温度下加入40份星型SBS和18份线型SBS，3份氧化锌和2份单质硫作为改性沥青助剂，在1600转/分的转速下剪切混合45分钟，制得的改性沥青的性质测试结果例于表1。

由表1可以看出，实施例一、实施例二和实施例三制备的改性沥青的各项主要指标均比我国交通部JTJ036-98技术要求富余许多。其中软化点、5℃延度，弹性恢复和旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)后的针入度比、5℃延度等指标的富余量尤其明显。实施例二改性沥青的针入度值在小于技术要求的情况下，低温指标仍能满足PG70-34的要求，说明用本发明方法制备的基质沥青用于生产优质改性道路沥青，尚有一定的富余空间，这将有利于工业装置实现平稳生产。

由表1还可以看到，实施例一、实施例二和实施例三制备的改性沥青的软化点均高于80℃，脆点等于或低于-38℃，二者相差120℃以上，PG试验结果表明产品均达到PG70-34等级。

表1

试验项目		标准要求	实施例一	实施例二	实施例三
试验项目		标准要求	实施例一	实施例二	实施例三	针入度(25℃)，1/10mm		＞100	109	91	103
5℃延度，cm		＞50	83	71	67	针入度(25℃)，1/10mm		＞100	109	91	103
5℃延度，cm		＞50	83	71	67	软化点(环球法)，℃		＞45	84	82	87
离析，℃		＜2.5	0.8	1.3	1.8	软化点(环球法)，℃		＞45	84	82	87
离析，℃		＜2.5	0.8	1.3	1.8	运动粘度(135℃)，Pa·s		＜3	1.75	1.96	2.4
弹性恢复(25℃)，％		＞55	99	99	99	运动粘度(135℃)，Pa·s		＜3	1.75	1.96	2.4
弹性恢复(25℃)，％		＞55	99	99	99	溶解度(三氯乙烯)，％		＞99	99.9	99.9	99.9
闪点(开口)，℃		＞230	＞230	＞230	＞230	溶解度(三氯乙烯)，％		＞99	99.9	99.9	99.9
闪点(开口)，℃		＞230	＞230	＞230	＞230	脆点，℃			＜-38	＜-38	-38
RTFOT后	质量损失，％	＜1.0	0.03	-0.08	0.14	脆点，℃			＜-38	＜-38	-38
	质量损失，％	＜1.0	0.03	-0.08	0.14	针入度比，％	＞50	79.8	87	83
	弹性恢复(25℃)，％		99	99	98	针入度比，％	＞50	79.8	87	83
	弹性恢复(25℃)，％		99	99	98	5℃延度，cm	＞30	78	69	61
	PG试验结果	高温指标，℃		70	70	5℃延度，cm	＞30	78	69	61	70
指标值，Pa		高温指标，℃		70	70	＞2200	2246	2287	2319		70
指标值，Pa		低温指标，℃		-34	-34	＞2200	2246	2287	2319	-34
S值，MPa		低温指标，℃		-34	-34		252	269	277	-34
S值，MPa		m值	＞0.300	0.328	0.317		252	269	277	0.324
PG等级		m值	＞0.300	0.328	0.317		PG70-34	PG70-34	PG70-34	0.324

Claims

1、一种改性沥青组合物，其特征在于以重量计包括下列组分：

沥青原料 88％～91％，

软化剂 2％～5％，

SBS 4％～6％，

改性沥青助剂 0.1％～3％。

2、按照权利要求1所述的改性沥青组合物，其特征在于所述软化剂的含量为4％～5％。

3、按照权利要求1所述的改性沥青组合物，其特征在于所述改性沥青的高、低温指标分别为70℃和-34℃。

4、按照权利要求1所述的改性沥青组合物，其特征在于所述沥青原料的针入度为140～170 1/10mm。

5、按照权利要求1所述的改性沥青组合物，其特征在于所述沥青原料的针入度为150～160 1/10mm。

6、按照权利要求1、4或5所述的改性沥青组合物，其特征在于所述沥青原料为环烷-中间基原油或环烷基原油加工得到的减压渣油、溶剂脱油沥青、氧化沥青、调合沥青中的一种或一种以上的混合物，蜡含量小于4m％。

7、按照权利要求1所述的改性沥青组合物，其特征在于所述的软化剂为润滑油溶剂精制抽出油、溶剂抽提重脱沥青油、处理后的催化裂化油浆等初馏点大于370℃，组成中的芳香分含量大于50m％，蜡含量小于4m％的富芳贫蜡组分之中的一种或一种以上的混合物。

8、按照权利要求1所述的改性沥青组合物，其特征在于所述的改性沥青助剂为硫及有机硫化物交联剂、有机过氧化物交联剂、树脂类交联剂之中的一种或一种以上的混合物。

9、一种权利要求1所述改性沥青组合物的制备方法，其特征在于采用如下过程：按权利要求1所述组合物配比，将针入度140～170 1/10mm的沥青原料与软化剂调合为基质沥青，控制基质沥青的针入度为180～210 1/10mm，然后将聚合物及改性沥青助剂加入基质沥青中，在130～180℃温度条件下，以1000～2800转/分的转速高速剪切20～120分钟得到改性沥青产品。

10、按照权利要求9所述的方法，其特征在于所述沥青原料针入度为150～160 1/10mm，所述基质沥青的针入度为190～200 1/10mm。