一种新型高粘度沥青及制备方法

摘要

本发明公开了一种新型高粘度沥青及制备方法。该高粘度沥青，以重量计包含高沥青质含量基础沥青100份，多聚磷酸0.1～1.2份，增延剂母液2～12份、分散剂1～8份，偶联剂0.2-0.5份。制备方法是：将多聚磷酸加入到熔融态的基质沥青中，进行化学改性反应，再加入增延剂母液，继续反应，最后分散剂和偶联剂，继续反应一段时间，制得高粘度沥青；整个过程在高速搅拌条件下进行。本发明生产的高粘度沥青60℃动力粘度大，软化点高、低温延度大，贮存稳定，与骨料粘附性好。具有优异的高温稳定性，低温抗裂性、抗疲劳性能及抗水侵害性能等。特别适合高温、潮湿地区及昼夜温差比较大的地区，重交通道路和排水性路面铺筑，有效地防止路面车辙、拥抱、疲劳开裂、低温开裂和水侵害等常见路面破坏发生，延长路面使用寿命。

说明书

技术领域

本发明适合于石油沥青领域，具体涉及一种高粘度沥青及制备方法。

背景技术

随着交通量和轴载的日益增加及夏季高温突出，沥青路面因高温和车轮碾压的共同作用引起的流动性破坏和渠化交通日趋严重，沥青路面出现了大量的车辙、拥包及开裂等破坏现象。沥青路面的车辙破坏使路面过量变形，影响路面平整度、消弱了面层和路面整体结构的强度，进而诱发其他路面病害。长期的实践表明，沥青材料的60℃动力粘度与夏季沥青路面最高温度下沥青混合料的强度、抗车辙能力有良好的相关性。在炎热的夏季高温下，沥青保有较高的粘度，则沥青混合料的强度就会增加，在车轮荷载作用下产生的塑性流动变形或剪切变形小，抗车辙等永久性损害的能力就增强。目前，高粘度沥青主要是通过在石油沥青中掺加高分子聚合物改性来制备，添加高分子聚合物可明显改善沥青的高、低温性能，提高沥青路面的高温抗车辙、低温抗开裂能力。但是，由于大多数高分子材料与沥青存在分子量、密度、粘度等差异，使聚合物在沥青分散困难，与沥青不能完全相容，导致改性沥青体系在高温下贮存稳定性不好，容易分层，影响改性沥青质量和正常施工及沥青路面的使用寿命。

发明内容：

针对现有技术的缺点，本发明提供了一种新型高粘度沥青及制备方法。本发明高粘度沥青60℃动力粘度高，低温延度大，高、低温使用性能优异，贮存稳定，制备方法简单，适用范围广。

本发明的新型高粘度沥青，以重量份计，包含如下组分：

基质沥青：100份；

多聚磷酸：0.2～1.2份，优选0.3～1.0份；

增延剂母液：2～12份，优选3～10份；

分散剂 ：1～8份，优选 2～5份；

偶联剂：0.1～0.5份，优选0.2～0.4份。

本发明新型高粘度沥青中优选高级脂肪醇，以基质沥青重量份为100份计，加入量为0.1～0.8份，优选0.2～0.6份；所述的高级脂肪醇为C₈～C₂₂的脂肪醇，优选C₁₂～C₁₈的脂肪醇，如十二醇、十四醇、十六醇和十八醇中的一种或两种混合物。

本发明高粘度沥青中，所述的基质沥青为高沥青含量的直馏沥青、氧化沥青或溶剂脱沥青中的一种或几种，沥青质含量18～25wt%，基质沥青25℃针入度为40～80 1/10mm。

本发明高粘度沥青中，所述的多聚磷酸中P₂O₅含量≥80wt%，优选P₂O₅含量≥83wt%的多聚磷酸产品，如P₂O₅含量≥83wt%工业级多聚磷酸和P₂O₅含量≥84wt%食品级多聚磷酸。

本发明高粘度沥青中，所述的增延剂母液是由5wt%～12wt%的丁苯橡胶（SBR）和88wt%～95wt%抽出油组成，根据本领域常规方法进行制备，如通过高速剪切或搅拌制成均质母液；其中SBR为本领域常规产品，如市售的各种产品SBR-1502和SBR-1500等；抽出油为润滑油糠醛（或酚）精制的减四线和减三线抽出油或其混合物，优选芳香烃含量50%以上的减四线抽出油。

本发明高粘度沥青中，所述的分散剂为N,N’－乙撑双硬脂酰胺，粒度≤200目。

本发明高粘度沥青中，偶联剂为硅烷偶联剂，如氨基硅烷、甲基乙酰基硅烷、环氧基硅烷、硫基硅烷或乙烯基硅烷等中一种或几种。

本发明的新型高粘度沥青的制备方法，包括如下内容：

（1）将多聚磷酸加入到熔融态的基质沥青中，进行化学改性反应；

（2）向步骤（1）物料中加入增延剂母液，继续反应；

（3）向步骤（2）物料中加入分散剂和偶联剂，继续反应一段时间，制得高粘度沥青。

其中，步骤（1）所述的熔融态的基质沥青的温度为140～160℃；反应温度为145～185℃，优选150～170℃，反应时间为30～200分钟。

步骤（2）所述的反应温度为140～180℃，优选150～170℃，反应时间为30～100分钟。

步骤（3）所述的反应温度为150～185℃，优选155～175℃，反应时间为20～60分钟。

本发明方法中，优选在步骤（2）之后，步骤（3）之前，加入高级脂肪醇，反应一段时间；其中所述的反应温度为150～170℃，反应时间为10～30分钟。

本发明方法中，物料的混合可以采用普通机械搅拌、高剪切、胶体磨或超声等技术手段，混合过程尽量使物料混合均匀，充分反应。

本发明高粘度沥青，通过多聚磷酸对高沥青质含量的基质沥青化学改性和增延剂的共同作用，可使该高粘度沥青产品的60℃动力粘度达到20000Pa.s以上，同时又具有较大的低温延度，兼具优异的高、低温使用性能；而增延剂以母液形式的引入，可以用较少的聚合物添加量（丁苯橡胶用量不超过1.5%），提供沥青产品优异的低温性能，同时也为沥青体系提供了部分富芳软组分，使高粘度沥青胶体结构发育更完善；本发明中还引入了少量的高级脂肪醇，它与少量未反应完的多聚磷酸发生酯化反应生成烷基磷酸酯，阻止了多聚磷酸与沥青继续反应，生成的烷基磷酸酯对沥青质有一定的胶溶作用，使沥青产品性能更稳定；本发明高粘度沥青中还添加分散剂和偶联剂，分散剂分子结构中含有二个酰胺基能与沥青质上的极性基团相互作用，吸附在沥青质上，减弱了沥青质的自聚集能力，起到胶溶沥青质的作用，能有效的防止沥青质胶团聚集形成大的胶团而产生絮凝沉淀，有助于高含量的沥青质在沥青体系中的均匀分散，使沥青体系的胶体结构更稳定，有效改善了沥青产品的抗老化性和贮存稳定性；偶联剂的引入能促使沥青与石料间形成粘结强度高耐久性好的的化学吸附，显著提高沥青路面的抗水损害性能。

本发明高粘度沥青，60℃动力粘度大、软化点高、低温延伸度大、储存稳定，不但具有优异的高温稳定性、抗车辙性能、抗老化性，还具有优异的低温抗裂性能、抗疲劳性和石料粘附性，是高、低温使用性能兼具，且抗水侵害性能优异道路沥青材料，特别适合夏季高温、潮湿地区及昼夜温差大的地区，用于重交通道路或排水性路面的铺筑，有效地防止路面车辙、拥抱、疲劳开裂、低温开裂和水侵害等常见路面破坏发生，延长路面使用寿命。本发明高粘度沥青生产方法简单，无需特殊设备，且反应温度较低，能耗小，烟雾等有害气体的排放较少，有利于环境保护。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例来进一步阐述本发明内容，这些实施例对本发明不起限制作用。其中涉及基质沥青性质如表1所示；多聚磷酸为寿光市昊罡化工有限公司生产的工业级 多聚磷酸，P₂O₅含量≥84%，粘度为35000厘泊；增延剂为丁苯橡胶（SBR）含量为10wt%的母液，其中，使用的丁苯橡胶（SBR）为中国石油吉林石化公司生产的SBR-1500；抽出油为荆门石化生产的减四线糠醛精致抽出油，芳烃含量55%；高级脂肪醇为马来西亚Emery化学品公司的十四醇和十六醇，含量≥99.5%；分散剂为连云港博采塑胶材料有限公司生产，细度200目的乙烯基双硬脂酰胺（EBS）；偶联剂为南京先前化工有限公司生产的 硅烷偶联剂KH-560。

实施例1

将基质沥青A加热到150℃，至熔融流淌状态，取100份基质沥青送入反应罐中，并启动搅拌器，将反应罐温度维持在160℃，将0.3份的多聚磷酸加入反应罐中，在搅拌速度2000转/分钟条件下反应70分钟，再加入3.0份的增延剂母液，继续高速搅拌反应60分钟，最后加入2.0份乙烯基双硬脂酰胺（EBS）和0.3份硅烷偶联剂KH-560，搅拌反应30分钟，制得本发明高粘度沥青，产品基本性质见表2。

实施例2

将基质沥青B加热到150℃，至熔融流淌状态，取100份基质沥青送入反应罐中，并启动搅拌器，将反应罐温度维持在160℃，将0.6份的多聚磷酸加入反应罐中，在搅拌速度2000转/分钟条件下反应100分钟，再加入6.0份的增延剂母液，继续高速搅拌反应60分钟，最后加入3.0份乙烯基双硬脂酰胺（EBS）和0.2份硅烷偶联剂KH-560，搅拌反应30分钟，制得本发明高粘度沥青，产品基本性质见表2。

实施例3

将基质沥青A加热到150℃，至熔融流淌状态，取100份基质沥青送入反应罐中，并启动搅拌器，将反应罐温度维持在160℃，将0.8份的多聚磷酸加入反应罐中，在搅拌速度2000转/分钟条件下反应120分钟，再加入8.0份的增延剂母液，继续高速搅拌反应60分钟，然后加入0.3份的十六醇，搅拌反应15分钟，最后，将反应罐温度升到165℃，加入4.0份乙烯基双硬脂酰胺（EBS）和0.3份硅烷偶联剂KH-560，搅拌反应30分钟，制得本发明高粘度沥青，产品基本性质见表2。

实施例4

将基质沥青A加热到150℃，至熔融流淌状态，取100份基质沥青送入反应罐中，并启动搅拌器，将反应罐温度维持在160℃，将1.0份的多聚磷酸加入反应罐中，在搅拌速度2000转/分钟条件下反应120分钟，再加入10.0份的增延剂母液，继续高速搅拌反应60分钟，然后加入0.2份的十四醇和0.3份的十六醇，搅拌反应25分钟，最后，将反应罐温度升到165℃，加入5.0份乙烯基双硬脂酰胺（EBS）和0.3份硅烷偶联剂KH-560，搅拌反应30分钟，制得本发明高粘度沥青，产品基本性质见表2。

比较例1

按照实施例1制备方法制备高粘度沥青，不同的是不加入增延剂母液，制得对比沥青性质见表2。

比较例2

按照实施例3制备方法制备高粘度沥青，不同的是不加入分散剂乙烯基双硬脂酰胺，制得对比沥青性质见表2。

比较例3

按照实施例3制备方法制备高粘度沥青，不同的是不加入高级脂肪醇，制得对比沥青性质见表2。

表1 基质沥青性质。

表2  实施例和比较例沥青组成及性质。

由表2数据可以看出，本发明高粘高强沥青， 60℃动力粘度大、软化点高、低温延伸度大，贮存稳定，具有优异的高温稳定性、抗车辙性能、抗老化性，还具有优异的低温抗裂性能，是高、低温使用性能兼具的优质道路沥青材料。