一种沥青抑烟剂及基于该抑烟剂的抑烟沥青及其制备方法

摘要

一种沥青抑烟剂及基于该抑烟剂的抑烟沥青及其制备方法，该抑烟剂包括1-35％的沸石、5-55％的硅藻土、1-15％的浮石、0.1-20％的石墨、0.1-5％的碳纳米管和2-50％的二氧化钛。将抑烟剂加入到沥青中制备成抑烟沥青。该抑烟剂具有化学稳定性好，抑烟效率高且持久，耐高低温、耐酸碱性能优良和环境友好等优点。运用本抑烟剂可以明显降低沥青基材料烟气的挥发，改善沥青材料的耐久性，减少施工过程中挥发性有机化合物(VOC)的排放，达到节能环保的要求。

说明书

技术领域

本发明属于沥青材料的制备与应用领域，具体涉及一种沥青抑烟剂及基于该抑烟剂的抑烟沥青及其制备方法。

背景技术

沥青作为重要的建筑材料，已被广泛应用于道路工程、建筑防水等领域，在世界各国已建公路中，沥青路面占80％以上。沥青材料在高温加热或常温常压服役过程中，因受到高温或太阳光辐射的作用都会产生沥青烟气(或挥发物)，同时其性能也会受到影响(如沥青硬化、变脆等)、服役寿命缩减，进而增加了资源与能源的消耗，对环境影响极大。沥青烟气主要是挥发性有机化合物，主要包括芳香烃、烷烃、卤代烃、硫代烃等物质，具有挥发性高、浓度低、活性强等特点。沥青烟气自身及其所衍生的光化学污染，会危害生命健康与农作物生长，已成为世界性公害。长期以来，国内外研究人员比较关注的是来自装饰材料、生物源与机动车尾气等的挥发性有机物及其危害问题。随着社会发展以及人们对环保、安全的重视，热拌沥青路面施工的沥青烟气问题日渐凸显。沥青烟气中含有苯并芘、苯并蒽、咔唑等致癌和强致癌物质，粒径多在0.1-1.0μm之间，最小的仅0.01μm，最大的为10.0μm。道路工程领域已经开始对热拌沥青路面施工中烟气问题开展了研究，如乳化沥青、液体沥青及温拌沥青的开发等。但是，这些都不能从根本解决沥青烟气的挥发，而且降低了沥青路面的性能。由不同分子量有机烃类组成的复合混合物沥青基材料，在常温常压的服役过程中会产生挥发性的有机物质。因此，乳化沥青、液体沥青或温拌沥青在常温常压条件下，沥青烟气的挥发问题仍然没有丝毫解决，甚至将高温沥青烟气挥发的问题转移到常温常压挥发。

针对现用沥青基材料在存储、使用和服役过程中，沥青烟气的挥发问题，亟需发明一种性能稳定、烟气吸收效率高且持久的沥青烟气抑制材料，并且制备环境友好型沥青基材料，适用于沥青基材料的工程应用，且使用过程中不会影响沥青基材料的性质和增加施工难度。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明的目的在于提出一种沥青抑烟剂及基于该抑烟剂的抑烟沥青及其制备方法，该抑烟剂具有化学稳定性好，抑烟效率高且持久，耐高低温、耐酸碱性能优良和环境友好等优点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种沥青抑烟剂，按照质量百分数计，该沥青抑烟剂包括1-35％的沸石、5-55％的硅藻土、1-15％的浮石、0.1-20％的石墨、0.1-5％的碳纳米管和2-50％的二氧化钛。

一种沥青抑烟剂，按照质量百分数计，该沥青抑烟剂包括25-35％的沸石、25-35％的硅藻土、1-7％的浮石、0.1-5％的石墨、0.1-2％的碳纳米管和20-42％的二氧化钛。

一种沥青抑烟剂，按照质量百分数计，该沥青抑烟剂包括1-10％的沸石、5-10.5％的硅藻土、8-15％的浮石、15-20％的石墨、3-5％的碳纳米管和42-50％的二氧化钛。

一种沥青抑烟剂，按照质量百分数计，该沥青抑烟剂包括10-20％的沸石、35-55％的硅藻土、10-15％的浮石、0.1-5％的石墨、3-5％的碳纳米管和20-50％的二氧化钛。

一种沥青抑烟剂，按照质量百分数计，该沥青抑烟剂包括10-35％的沸石、25-55％的硅藻土、1-15％的浮石、5-16％的石墨、0.1-5％的碳纳米管和2-20％的二氧化钛。

所述沸石、硅藻土、浮石、二氧化钛均为经硅烷偶联剂改性处理，具体改性处理过程为：首先将沸石、硅藻土、浮石或二氧化钛在400-550℃条件下煅烧2-4h，冷却到室温；然后加入到酒精溶液中，用乙酸调节溶液pH值为4-7；然后升温至30-80℃，边搅拌边加入硅烷偶联剂，加完后继续搅拌2-4h。

所述酒精溶液为体积比1:1的水与酒精的混合物；硅烷偶联剂为KH-570硅烷偶联剂。

所述沸石的粒径＜10μm，吸氨值≥120mg/100g，烧失量≤2％，吸水率≤1％，并且沸石中天然沸石质量含量≥75％。

所述硅藻土的孔隙度≥90％，粒径＜20μm，二氧化硅质量含量≥80％，三氧化二铁质量含量≤6.5％，三氧化二铝质量含量≤6％，烧失量≤5％。

所述浮石的孔隙度≥75％，粒径＜50μm，烧失量≤2％，吸水率≤1％；所述石墨的纯度＞99.2％，比表面积≥380m2/g，硫质量含量≤0.3％，粒径＜3μm，灰分≤0.1％，吸水率≤1％；所述的二氧化钛粒径＜10μm，纯度＞99％，烧失量≤1％，吸水率≤1％。

所述碳纳米管管径≤50nm，长度＜50μm，纯度＞98％，比表面积≥80m²/g。

一种沥青抑烟剂，所述碳纳米管是为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种或多种任意比例的混合物。

一种抑烟沥青，按照质量百分比计，包括90-98％的沥青和2-10％的沥青抑烟剂。

一种抑烟沥青的制备方法，先将沸石、硅藻土、浮石、石墨、碳纳米管和二氧化钛冷却到0-15℃，然后放入干燥的混料器中，混合均匀，得到沥青抑烟剂；将沥青加热到100-200℃，并在1000-8000rpm/min转速下搅拌，边搅拌边加入沥青抑烟剂，然后搅拌均匀，得到抑烟沥青，其中，沥青抑烟剂的质量百分数为2-10％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明沥青抑烟剂主要由沸石、硅藻土、浮石、石墨、碳纳米管、二氧化钛组成，抑烟剂材料中二氧化钛在光的作用下可以将沥青烟气颗粒分散为小颗粒；另外，抑烟剂原料中包含许多孔隙，且疏水性表面可以有效的吸收沥青烟气。该沥青抑烟剂对沥青基材料储存、制备和应用过程中挥发性有机化合物的挥发具有抑制作用；同时该抑制剂不会降低沥青基材料的性能。

运用本抑烟剂可以明显降低沥青基材料烟气的挥发，改善沥青材料的耐久性，减少施工过程中挥发性有机化合物(VOC)的排放，达到节能环保的要求。该抑烟剂主要适用于沥青基材料储存、制备和应用等领域沥青烟气的抑制，有效降低沥青基材料中有机化合物的挥发。本发明沥青抑烟剂及抑烟沥青不仅可以在施工操作阶段有效降低挥发性有机化合物的挥发，而且可以在常温常压的服役阶段有效降低挥发性有机化合物的挥发，并且本发明的沥青为满足工程应用的沥青。

本发明沥青抑烟剂及抑烟沥青与传统的沥青烟气焚烧法和专用设备捕集法相比，具有制备工艺简单、成本低、不受空间限制和抑烟效果好等优点。本发明抑烟沥青制备工艺简单，容易控制。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

本发明中沸石的粒径＜10μm，吸氨值≥120mg/100g，烧失量≤2％，吸水率≤1％，并且沸石中天然沸石质量含量≥75％。并且沸石为经硅烷偶联剂改性后的沸石，具体改性过程为：首先将沸石在400-550℃条件下煅烧2-4h，然后冷却到室温；再将煅烧过的沸石加入到酒精溶液中，用乙酸调节溶液pH值为4-7；然后升温至30-80℃，边搅拌边加入硅烷偶联剂，加完后继续搅拌2-4h。其中，所述酒精溶液为体积比1:1的水与酒精的混合物；硅烷偶联剂为KH-570硅烷偶联剂。

硅藻土的孔隙度≥90％，粒径＜20μm，二氧化硅质量含量≥80％，三氧化二铁质量含量≤6.5％，三氧化二铝质量含量≤6％，烧失量≤5％。

浮石粉的孔隙度≥75％，粒径＜50μm，烧失量≤2％，吸水率≤1％。

石墨的纯度＞99.2％，比表面积≥380m²/g，硫质量含量≤0.3％，粒径＜3μm，灰分≤0.1％，吸水率≤1％。

碳纳米管管径≤50nm，长度＜50μm，纯度＞98％，比表面积≥80m²/g。

碳纳米管是为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管的一种或多种任意比例的混合物；

二氧化钛粒径＜10μm，纯度＞99％，烧失量≤1％，吸水率≤1％。

实施例1：

一种沥青抑烟剂，按照质量百分数计，该沥青抑烟剂包括20％的沸石、5％的硅藻土、15％的浮石、15％的石墨、3％的碳纳米管和42％的二氧化钛。其中，碳纳米管是为单壁碳纳米管。

抑烟沥青的制备方法：按照质量百分数计，先将沸石20％、硅藻土5％、浮石15％、石墨15％、碳纳米管3％和二氧化钛42％冷却到0℃，然后放入干燥的混料器中，混合均匀即制得沥青抑烟剂。

将70#沥青加热到165℃，并在1500rpm/min转速下搅拌，边搅拌边加入沥青抑烟剂，然后搅拌0.5小时，使其共混均匀即制得抑烟沥青，其中沥青抑烟剂的质量百分数为2％。性能指标见见表1。

实施例2：

一种沥青抑烟剂，按照质量百分数计，该沥青抑烟剂包括35％的沸石、10.5的硅藻土、10％的浮石、1％的石墨、0.5％的碳纳米管和43％的二氧化钛。其中，碳纳米管是为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管的混合物。

抑烟沥青的制备方法：按照质量百分数计，先将沸石35％、硅藻土10.5％、浮石10％、石墨1％、碳纳米管0.5％和二氧化钛43％冷却到5℃，然后放入干燥的混料器中，混合均匀即制得沥青抑烟剂。

将70#沥青加热到175℃，并在2000rpm/min转速下搅拌，边搅拌边加入沥青抑烟剂，然后搅拌1.0小时，使其共混均匀即制得抑烟沥青，其中沥青抑烟剂的质量百分数为5％。性能指标见见表1。

实施例3：

一种沥青抑烟剂，按照质量百分数计，该沥青抑烟剂包括5％的沸石、50％的硅藻土、1％的浮石、5％的石墨、0.1％的碳纳米管和38.9％的二氧化钛。其中，碳纳米管是为双壁碳纳米管与多壁碳纳米管的混合物。

抑烟沥青的制备方法：按照质量百分数计，先将沸石5％、硅藻土50％、浮石1％、石墨5％、碳纳米管0.1％和二氧化钛38.9％冷却到10℃，然后放入干燥的混料器中，混合均匀即制得沥青抑烟剂。

将70#沥青加热到155℃，并在3000rpm/min转速下搅拌，边搅拌边加入沥青抑烟剂，然后搅拌3.0小时，使其共混均匀即制得抑烟沥青，其中抑烟沥青中抑烟剂的质量百分数为8％。性能指标见见表1。

实施例4：

一种沥青抑烟剂，按照质量百分数计，该沥青抑烟剂包括25％的沸石、35％的硅藻土、5％的浮石、5％的石墨、5％的碳纳米管和25％的二氧化钛。其中，碳纳米管是双壁碳纳米管。

抑烟沥青的制备方法：按照质量百分数计，先将沸石25％、硅藻土35％、浮石5％、石墨5％、碳纳米管5％和二氧化钛25％冷却到0℃，然后放入干燥的混料器中，混合均匀即制得沥青抑烟剂。

将SBS改性沥青加热到175℃，并在6000rpm/min转速下搅拌，边搅拌边加入沥青抑烟剂，然后搅拌1.5小时，使其共混均匀即制得抑烟沥青，其中抑烟沥青中抑烟剂的质量百分数为2％。性能指标见见表1。

实施例5：

一种沥青抑烟剂，按照质量百分数计，该沥青抑烟剂包括10％的沸石、55％的硅藻土、5％的浮石、20％的石墨、4％的碳纳米管和6％的二氧化钛。其中，碳纳米管是多壁碳纳米管。

抑烟沥青的制备方法：按照质量百分数计，先将沸石10％、硅藻土55％、浮石5％、石墨20％、碳纳米管4％和二氧化钛6％冷却到10℃，然后放入干燥的混料器中，混合均匀即制得沥青抑烟剂。

将SBS改性沥青加热到180℃，并在8000rpm/min转速下搅拌，边搅拌边加入沥青抑烟剂，然后搅拌5.0小时，使其共混均匀即制得抑烟沥青，其中抑烟沥青中沥青抑烟剂的质量百分数为5％。性能指标见见表1。

实施例6：

一种沥青抑烟剂，按照质量百分数计，该沥青抑烟剂包括8％的沸石、45％的硅藻土、7％的浮石、16％的石墨、4％的碳纳米管和20％的二氧化钛。其中，碳纳米管是为双壁碳纳米管。

抑烟沥青的制备方法：按照质量百分数计，先将沸石8％、硅藻土45％、浮石7％、石墨16％、碳纳米管4％和二氧化钛20％冷却到15℃，然后放入干燥的混料器中，混合均匀即制得沥青抑烟剂。

将SBS改性沥青加热到170℃，并在5000rpm/min转速下搅拌，边搅拌边加入沥青抑烟剂，然后搅拌5.0小时，使其共混均匀即制得抑烟沥青，其中沥青抑烟剂的质量百分数为8％。性能指标见见表1。

表1抑烟沥青的性能

从表1可以看出，本发明制得的抑烟沥青的挥发量远远小于现有技术中沥青的挥发量。

实施例7：

一种沥青抑烟剂，按照质量百分数计，该沥青抑烟剂包括1％的沸石、38.9的硅藻土、8％的浮石、0.1％的石墨、2％的碳纳米管和50％的二氧化钛。其中，碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管的混合物。沸石为经硅烷偶联剂改性后的沸石，具体改性过程为：首先将沸石在550℃条件下煅烧2h，然后冷却到室温；再将煅烧过的沸石加入到酒精溶液中，用乙酸调节溶液pH值为7；然后升温至80℃，边搅拌边加入硅烷偶联剂，加完后继续搅拌2h。其中，酒精溶液为体积比1:1的水与酒精的混合物；硅烷偶联剂为KH-570硅烷偶联剂。

抑烟沥青的制备方法：按照质量百分数计，先将沸石1％、硅藻土38.9％、浮石8％、石墨0.1％、碳纳米管2％和二氧化钛50％冷却到8℃，然后放入干燥的混料器中，混合均匀即制得沥青抑烟剂。

将SBS改性沥青加热到100℃，并在1000rpm/min转速下搅拌，边搅拌边加入沥青抑烟剂，然后搅拌2.0小时，使其共混均匀即制得抑烟沥青，其中沥青抑烟剂的质量百分数为10％。

实施例8：

一种沥青抑烟剂，按照质量百分数计，该沥青抑烟剂包括35％的沸石、25％的硅藻土、13％的浮石、20％的石墨、5％的碳纳米管和2％的二氧化钛。其中，碳纳米管为单壁碳纳米管。沸石为经硅烷偶联剂改性后的沸石，具体改性过程为：首先将沸石在400℃条件下煅烧4h，然后冷却到室温；再将煅烧过的沸石加入到酒精溶液中，用乙酸调节溶液pH值为4；然后升温至30℃，边搅拌边加入硅烷偶联剂，加完后继续搅拌4h。

抑烟沥青的制备方法：按照质量百分数计，先将沸石35％、硅藻土25％、浮石13％、石墨20％、碳纳米管5％和二氧化钛2％冷却到12℃，然后放入干燥的混料器中，混合均匀即制得沥青抑烟剂。

将SBS改性沥青加热到200℃，并在7000rpm/min转速下搅拌，边搅拌边加入沥青抑烟剂，然后搅拌4.0小时，使其共混均匀即制得抑烟沥青，其中沥青抑烟剂的质量百分数为7％。

实施例9：

一种沥青抑烟剂，按照质量百分数计，该沥青抑烟剂包括35％的沸石、25％的硅藻土、13％的浮石、20％的石墨、5％的碳纳米管和2％的二氧化钛。其中，碳纳米管为单壁碳纳米管。沸石、硅藻土均为经硅烷偶联剂改性的，具体改性过程为：首先将沸石或硅藻土在450℃条件下煅烧3h，然后冷却到室温；再将煅烧过的沸石加入到酒精溶液(体积比1:1的水与酒精的混合物)中，用乙酸调节溶液pH值为5；然后升温至50℃，边搅拌边加入KH-570硅烷偶联剂，加完后继续搅拌3h。

抑烟沥青的制备方法：按照质量百分数计，先将沸石35％、硅藻土25％、浮石13％、石墨20％、碳纳米管5％和二氧化钛2％冷却到12℃，然后放入干燥的混料器中，混合均匀即制得沥青抑烟剂。

将SBS改性沥青加热到200℃，并在7000rpm/min转速下搅拌，边搅拌边加入沥青抑烟剂，然后搅拌4.0小时，使其共混均匀即制得抑烟沥青，其中沥青抑烟剂的质量百分数为7％。

实施例10：

一种沥青抑烟剂，按照质量百分数计，该沥青抑烟剂包括35％的沸石、25％的硅藻土、13％的浮石、20％的石墨、5％的碳纳米管和2％的二氧化钛。其中，碳纳米管为单壁碳纳米管。浮石、二氧化钛为经硅烷偶联剂改性的，具体改性过程为：首先将浮石或二氧化钛在500℃条件下煅烧2h，冷却到室温；然后加入到酒精溶液(体积比1:1的水与酒精的混合物)中，用乙酸调节溶液pH值为6；然后升温至70℃，边搅拌边加入KH-570硅烷偶联剂，加完后继续搅拌2.5h。

抑烟沥青的制备方法：按照质量百分数计，先将沸石35％、硅藻土25％、浮石13％、石墨20％、碳纳米管5％和二氧化钛2％冷却到12℃，然后放入干燥的混料器中，混合均匀即制得沥青抑烟剂。

将SBS改性沥青加热到200℃，并在7000rpm/min转速下搅拌，边搅拌边加入沥青抑烟剂，然后搅拌4.0小时，使其共混均匀即制得抑烟沥青，其中沥青抑烟剂的质量百分数为7％。

实施例11：

一种沥青抑烟剂，按照质量百分数计，该沥青抑烟剂包括35％的沸石、25％的硅藻土、13％的浮石、20％的石墨、5％的碳纳米管和2％的二氧化钛。其中，碳纳米管为单壁碳纳米管。硅藻土、二氧化钛为经硅烷偶联剂改性的，具体改性过程为：首先将硅藻土或二氧化钛在550℃条件下煅烧4h，冷却到室温；然后加入到酒精溶液(体积比1:1的水与酒精的混合物)中，用乙酸调节溶液pH值为7；然后升温至80℃，边搅拌边加入KH-570硅烷偶联剂，加完后继续搅拌4h。

抑烟沥青的制备方法：按照质量百分数计，先将沸石35％、硅藻土25％、浮石13％、石墨20％、碳纳米管5％和二氧化钛2％冷却到12℃，然后放入干燥的混料器中，混合均匀即制得沥青抑烟剂。

将SBS改性沥青加热到200℃，并在7000rpm/min转速下搅拌，边搅拌边加入沥青抑烟剂，然后搅拌4.0小时，使其共混均匀即制得抑烟沥青，其中沥青抑烟剂的质量百分数为7％。

本发明中的沸石可以是未改性或经硅烷偶联剂改性后沸石；硅藻土可以是未改性或经硅烷偶联剂改性后的。浮石可以是未改性或经硅烷偶联剂改性的；二氧化钛可以是未改性或经硅烷偶联剂改性后的。