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CN114163829A - 一种sbs改性沥青及其制备方法 - Google Patents

一种sbs改性沥青及其制备方法 Download PDF

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CN114163829A
CN114163829A CN202010952219.7A CN202010952219A CN114163829A CN 114163829 A CN114163829 A CN 114163829A CN 202010952219 A CN202010952219 A CN 202010952219A CN 114163829 A CN114163829 A CN 114163829A
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Abstract

本发明公开了一种SBS改性沥青及其制备方法。该SBS改性沥青，以质量分数计，包括如下组分：调和沥青93.7%～95.8%，SBS 4.0%～6.0%，稳定剂0.2%～0.3%；其中所述调和沥青，以质量分数计，包括如下组分：基质沥青99.0%～99.6%，第一预处理剂0.2%～0.5%，第二预处理剂0.2%～0.5%。本发明的SBS改性沥青热储存稳定性好，各项性能优于《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40‑2004）SBS改性沥青技术指标要求。

Description

一种SBS改性沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种SBS改性沥青及其制备方法，具体地说是采用一种低沥青质渣油制备合格SBS改性沥青及其制备方法。
背景技术
众所周知，SBS改性沥青的性能与SBS、基质沥青以及相容剂和稳定剂等添加剂以及加工工艺等多项影响因素有关。其中基质沥青的组成对SBS改性沥青的性能影响较大。有文献报道，对SBS改性沥青的储存稳定性影响较大的因素是基质沥青中芳香分和沥青质的含量，当基质沥青中芳香分高（芳香分含量＞50%）有利于SBS在沥青中的溶胀、分散，而且沥青质含量在5%～10%范围内时，SBS对基质沥青的改性效果是比较理想的。但对于一些组成比较特殊的基质沥青，如：中国的环烷基稠油沥青，由于其芳香分和沥青质含量偏低（芳香分≯35%，沥青质≯1%），存在与SBS相容性不好，同时与规定的聚合物改性沥青的多项技术指标（比如热储存稳定性）要求相差较大的问题，而使低芳香分和沥青质含量的基质沥青很难制备出符合规定的聚合物改性沥青。
CN201110314561.5 公开了一种用低沥青质含量的原料制备改性沥青的方法。该方法是先对低沥青质渣油进行热裂解，之后再将裂解生成油进行蒸馏切割得到常压沸点大于350℃的塔底残渣，塔底残渣作为改性沥青用的高沥青质含量组分，之后再加入相容剂、SBS、稳定剂进行改性。该方法制备工艺太复杂，导致改性沥青生产成本大幅度增加。
CN201810420181.1公开了一种采用环烷基稠油沥青制备SBS改性沥青的方法。该方法采用胶体结构调节剂对基质沥青组成进行调节，制备出了储存稳定的SBS改性沥青，该方法胶体结构调节剂加入量占比较大，仍无法得到储存稳定性良好的以环烷基稠油沥青为主的SBS改性沥青。
综上，对于低沥青质含量和低芳香分含量的基质沥青来说，通常不适宜作为聚合物改性沥青的基质沥青，而如何能将其制备成同时满足储存稳定性好和规定的聚合物改性沥青技术指示要求的SBS改性沥青是本领域中一个急待解决的技术难题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于针对低沥青质渣油提供一种制备工艺比较简洁的SBS改性沥青及其制备方法。本发明提供的制备方法从根本上解决了采用低沥青质和低芳香分的基质沥青制备符合规定的SBS改性沥青的难题。本发明的SBS改性沥青热储存稳定性好，各项性能优于《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）SBS改性沥青技术指标要求。
本发明第一方面提供一种SBS改性沥青，以质量分数计，包括如下组分：
调和沥青 93.7%～95.8%；
SBS 4.0%～6.0%；
稳定剂 0.2%～0.3%。
所述调和沥青，以质量分数计，包括如下组分：
基质沥青 99.0%～99.6%；
第一预处理剂 0.2%～0.5%；
第二预处理剂 0.2%～0.5%。
所述的基质沥青，四组分中的沥青质含量≯1wt%，芳香分≯35wt%；
所述的第一预处理剂为十二醇、十二胺、十二烷基苯酚、聚乙二醇、脂肪酸乙二醇酯、脂肪酸单甘油酯、季戊四醇脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯中的至少一种，其中脂肪酸优选选自C10-C18的脂肪酸中的至少一种，进一步优选为硬脂酸、月桂酸中的至少一种，所述聚乙二醇优选为分子量为800～2000的聚乙二醇；
所述的第二预处理剂为含磷酸性无机物，优选为磷酸、焦磷酸、偏磷酸、多聚磷酸中的至少一种。
所述的第一预处理剂优选为十二烷基苯酚。
所述的第二预处理剂，进一步优选为多聚磷酸。其中，多聚磷酸为多聚磷酸中P2O5质量含量在80%以上，优选P2O5质量含量在83%以上，可采用工业级或试剂级多聚磷酸。
上述技术方案中，所述的基质沥青可以为环烷基稠油沥青。
上述技术方案中，所述的基质沥青中，H/C原子比在1.5以上，可以为1.5-1.6，分子量（VPO法）在1000 g•mol-1以上，可以为1000-1200 g•mol-1。
上述技术方案中，所述的基质沥青，沥青质≯1wt%，芳香分≯35wt%。
上述技术方案中，所述的基质沥青，常压沸点大于350℃，25℃针入度为90～1201/10mm，PI值-1.5～-0.5。
上述技术方案中，所述的SBS可以是线型、星型或混合型中的一种或几种，优选线型SBS。
上述技术方案中，所述的稳定剂为硫磺粉末，可以是升华硫、沉降硫或精制硫。
上述技术方案中，所述SBS改性沥青中不含增容剂，所述增容剂为富含芳烃的增容剂（或称为相容剂），一般为富含芳烃的馏分油（芳烃含量在50wt%以上），特别是抽出油。
本发明第二方面提供了上述SBS改性沥青的制备方法，包括：
（1）将第一预处理剂和第二预处理剂加到基质沥青中，制得调和沥青；
（2）将SBS和稳定剂加到调和沥青中，制得SBS改性沥青。
上述技术方案中，步骤（1）具体如下：将基质沥青加热到140～150℃，然后加入第一预处理剂，搅拌混合均匀，再升温到170～180℃，然后加入第二预处理剂，搅拌混合0.5～1.0小时，得到调和沥青。
上述技术方案中，步骤（2）具体如下：控制调和沥青的温度为170～180℃，并加入SBS后剪切或研磨0.5～1.0小时，之后升温到185～195℃，搅拌0.5-1.0h，再加入占稳定剂总量1/3~1/2的稳定剂，继续搅拌1.0～1.5h，再加入剩余的稳定剂，继续2-5h，得到SBS改性沥青。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
发明人经研究发现，仅采用少量第一预处理剂和第二预处理剂相配合改性低沥青质和芳香分的基质沥青，再与特定方式引入的SBS和稳定剂配合，可以从根本上解决了低沥青质渣油制备满足规定的SBS改性沥青的难题。本发明制备的SBS改性沥青热储存稳定性好、高低温性能及路用性能优良，各项指标优于“聚合物改性沥青技术要求”（JTG F40-2004）中SBS改性沥青指标要求。
附图说明
图1 为对比例1所得的SBS改性沥青的显微照片（放大倍数为200倍）；
图2 为对比例2所得的SBS改性沥青显微照片（放大倍数为200倍）；
图3 为实施例1所得SBS改性沥青显微照片（放大倍数为200倍）。
具体实施方式
下面将借助于实施例对本发明作进一步的说明，但以下实施例不构成对本发明的限制。其中所述的物料的百分含量为质量百分含量，以改性沥青产品为基准。
本发明中，沥青采用四组分分析法，得到饱和分、芳香分、胶质和沥青质的含量。
本发明中，基质沥青和SBS的分子量是采用蒸气压渗透法(VPO)测定的。以甲苯为溶剂，实验温度80℃。
本发明中，显微照片是采用德国Zeiss公司生产的Axioskop2型显微镜进行拍摄。具体为当试验结束后，蘸取少量样品（约0.1-0.5克）置于载玻片上，并盖上盖玻片；之后放置在热台上缓慢加热样品（热台温度控制在改性沥青软化点之上100℃左右），边加热边均匀挤压样品，直至用肉眼观察，自然光线能透过样品即可。
实施例1 配制调和沥青
按表2所用基质沥青和预处理剂的种类和用量，分别配制调和沥青-1至调和沥青-14，配制过程如下：将基质沥青加热到145℃，然后加入第一预处理剂，搅拌混合均匀，再升温到175℃，然后加入第二预处理剂，搅拌混合1.0小时，得到调和沥青。其中，基质沥青的主要性质见表1，各调和沥青所用基质沥青及预处理剂的种类和用量见表2。
表1 原料性质
项目 基质沥青-1 基质沥青-2 分析方法（JTJ 052-2000）
针入度(25℃)，0.1mm 93 115 T0604-2000
PI值* -0.762 -1.4 -
软化点，℃ 45.8 43.5 T0606-2000
延度（10℃），cm ＞150 ＞150 T0605-1993
分子量（VPO） 1121 1105 -
四组分 T0618-1993
饱和分，% 31.53 31.60
芳香分，% 33.05 33.12
胶质，% 35.19 35.08
沥青质，% 0.23 0.20
*注：PI是将15℃、25℃、30℃等3个或3个以上温度条件下测定针入度后按规定的方法（PI=（20-500A）/（1+50A））计算得到，其中A为针入度温度感应性系数，通过线性回归而得，A=（lgPT1-lgPT2）/(T1-T2)，T2和T1是任意两个温度点，其对应的针入度分别为PT2和PT1。
从表1中基质沥青四组分含量可以初步判断出，基质沥青与SBS相容性较差。
表2 各调和沥青所用基质沥青及预处理剂的种类和用量
项目 基质沥青 基质沥青，% 第一预处理剂种类 第一预处理剂，% 第二预处理剂种类 第二预处理剂，%
调和沥青-1 基质沥青-1 99.50 十二烷苯酚 0.50 - -
调和沥青-2 基质沥青-1 99.50 - - 磷酸 0.50
调和沥青-3 基质沥青-1 99.0 十二烷苯酚 0.50 磷酸 0.50
调和沥青-4 基质沥青-1 99.50 十二醇 0.20 磷酸 0.30
调和沥青-5 基质沥青-1 99.0 十二胺 0.50 焦磷酸 0.50
调和沥青-6 基质沥青-2 99.50 十二烷基酚 0.30 焦磷酸 0.20
调和沥青-7 基质沥青-2 99.25 聚乙二醇1000 0.25 偏磷酸 0.50
调和沥青-8 基质沥青-1 99.40 聚乙二醇1500 0.30 偏磷酸 0.30
调和沥青-9 基质沥青-2 99.50 硬脂酸乙二醇酯 0.25 多聚磷酸（P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>≥83.3） 0.25
调和沥青-10 基质沥青-1 99.30 硬脂酸单甘油酯 0.45 多聚磷酸（P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>≥84.7） 0.25
调和沥青-11 基质沥青-2 99.50 季戊四醇硬肪酸酯 0.20 磷酸 0.30
调和沥青-12 基质沥青-1 99.0 蔗糖油酸酯 0.50 磷酸 0.50
调和沥青-13 基质沥青-2 99.20 季戊四醇硬脂酸酯+十二醇 0.20/0.30 磷酸 0.30
调和沥青-14 基质沥青-2 99.20 蔗糖硬脂酸酯 0.30 磷酸+焦磷酸 0.30/0.20
实施例2-5 制备SBS改性沥青
分别将调和沥青-3至调和沥青-5制备SBS改性沥青，过程如下：将调和沥青控制温度在175℃，加入SBS后剪切1.0小时，之后升温到190℃，搅拌0.5h，加入1/2的稳定剂，继续搅拌1.0h，之后再加入剩余的1/2稳定剂，继续搅拌5h结束，得到SBS改性沥青。其中，各实施例SBS改性沥青所用原料和用量见表3，各实施例SBS改性沥青性质见表4。
实施例6-10 制备SBS改性沥青
分别将调和沥青-6至调和沥青-10制备SBS改性沥青，过程如下：分别将调和沥青6和调和沥青-10控制温度在170℃，加入SBS后剪切0.75小时，之后升温到185℃，搅拌0.5h，加入1/2的稳定剂，继续搅拌1.0h，之后再加入剩余的1/2稳定剂，继续搅拌3.5h结束，得到SBS改性沥青。
分别将调和沥青-7、8、9控制温度在175℃，加入SBS后剪切0.75小时，之后升温到190℃，搅拌0.5h，加入1/2的稳定剂，继续搅拌1.0h，之后再加入剩余的1/2稳定剂，继续搅拌4.0h结束，得到SBS改性沥青。
其中，各实施例SBS改性沥青所用原料和用量见表3，各实施例SBS改性沥青性质见表5。
实施例11-14 制备SBS改性沥青
分别将调和沥青-11至调和沥青-14制备SBS改性沥青，过程如下：分别将调和沥青-11、12控制温度在175℃，加入SBS后剪切1.0小时，之后升温到195℃，搅拌0.5h，加入1/2的稳定剂，继续搅拌1.0h，之后再加入剩余的1/2稳定剂，继续搅拌4.0h结束，得到SBS改性沥青。
分别将调和沥青-13、14控制温度在175℃，加入SBS后剪切1.0小时，之后升温到185℃，搅拌0.5h，加入1/2的稳定剂，继续搅拌1.0h，之后再加入剩余的1/2稳定剂，继续搅拌4.0h结束，得到SBS改性沥青。
其中，各实施例SBS改性沥青所用原料和用量见表3，各实施例SBS改性沥青性质见表6。
对比例1
将基质沥青-1控制温度在175℃，加入SBS后剪切1.0小时，之后升温到190℃，搅拌0.5h，加入1/2的稳定剂，继续搅拌1.0h，之后再加入剩余的1/2稳定剂，继续搅拌5h结束，得到SBS改性沥青。其中，所用原料和用量见表3，SBS改性沥青性质见表4。
对比例2
将调和沥青-1控制温度在175℃，加入SBS后剪切1.0小时，之后升温到190℃，搅拌0.5h，加入1/2的稳定剂，继续搅拌1.0h，之后再加入剩余的1/2稳定剂，继续搅拌5h结束，得到SBS改性沥青。其中，所用原料和用量见表3，SBS改性沥青性质见表4。
对比例3
将调和沥青-2控制温度在175℃，加入SBS后剪切1.0小时，之后升温到190℃，搅拌0.5h，加入1/2的稳定剂，继续搅拌1.0h，之后再加入剩余的1/2稳定剂，继续搅拌5h结束，得到SBS改性沥青。其中，所用原料和用量见表3，SBS改性沥青性质见表4。
表3 实施例SBS改性沥青的配比
聚合物改性沥青 沥青及含量 SBS型号及含量 稳定剂及含量
实施例2 调和沥青-3，95.80% YH-791，4.00% 升华硫，0.20%
实施例3 调和沥青-4，95.80% YH-791H，4.00% 升华硫，0.20%
实施例4 调和沥青-4，95.80% YH-791，4.00% 沉降硫，0.20%
实施例5 调和沥青-5，95.25% YH-791，4.50% 升华硫，0.25%
实施例6 调和沥青-6，95.25% YH-791，4.50% 升华硫，0.25%
实施例7 调和沥青-7，95.70% YH-791，4.00% 沉降硫，0.30%
实施例8 调和沥青-8，95.75% T6302，4.00% 升华硫，0.25%
实施例9 调和沥青-9，94.70% T6302，5.00% 升华硫，0.30%
实施例10 调和沥青-10，95.80% YH-791，4.00% 升华硫，0.20%
实施例11 调和沥青-11，95.80% LG501，4.00% 升华硫，0.20%
实施例12 调和沥青-12，95.70% LG501，4.00% 升华硫，0.30%
实施例13 调和沥青-13，95.80% LG501，4.00% 升华硫，0.20%
实施例14 调和沥青-14，95.80% LG501，4.00% 升华硫，0.20%
对比例1 基质沥青-1，95.25% YH-791，4.50% 升华硫，0.25%
对比例2 调和沥青-1，95.25% YH-791，4.50% 升华硫，0.25%
对比例3 调和沥青-2，95.25% YH-791，4.50% 升华硫，0.25%
表4 SBS改性沥青性质
项目 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1 对比例2 对比例3 Ⅰ-C
针入度(25℃)/0.1mm 65 70 65 68 - 67 65 60-80
针入度指数（PI） 0.35 0.32 0.36 0.34 -0.52 0.4 ≮-0.4
软化点/℃ 60 58 60 58 - 61 59 ≮55
延伸度（5℃)/cm 38 40 38 40 - 45 33 ≮30
弹性恢复（25℃），% 94 94 97 94 - 92 93 ≮65
贮存稳定性离析（163℃，48h）软化点差/℃ 0.3 0.2 0.3 0.1 - 5.6 6.0 ≯2.5
薄膜烘箱试验（163℃，5h）
针入度比，% 79 77 80 78 - 77 78 ≮60
延度（5℃)/cm 28 28 27 28 - 32 16 ≮20
备注 显微观察呈均相体系 显微观察呈均相体系 显微观察呈均相体系 显微观察呈均相体系 SBS与沥青发生分离 储存稳定性不合格 储存稳定性不合格
满足指标 满足Ⅰ-C 满足Ⅰ-C 满足Ⅰ-C 满足Ⅰ-C 不满足Ⅰ-C 不满足Ⅰ-C
表5 SBS改性沥青性质
项目 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10 Ⅰ-C Ⅰ-B
针入度(25℃)/0.1mm 88 75 71 65 92 60-80 80-100
针入度指数（PI） -0.1 -0.15 -0.1 0.35 -0.2 ≮-0.4 ≮-0.8
软化点/℃ 55 58 58 60 54 ≮55 ≮50
延伸度（5℃)/cm 55 45 41 39 58 ≮30 ≮40
弹性恢复（25℃），% 93 92 94 90 92 ≮65 ≮60
贮存稳定性离析（163℃，48h）软化点差/℃ 0.3 0.2 0.1 0.1 0.2 ≯2.5 ≯2.5
薄膜烘箱试验（163℃，5h）
针入度比，% 75 78 77 78 74 ≮60 ≮55
延度（5℃)/cm 30 28 27 28 32 ≮20 ≮25
备注 显微观察呈均相体系 显微观察呈均相体系 显微观察呈均相体系 显微观察呈均相体系 显微观察呈均相体系
满足Ⅰ-B 满足Ⅰ-B 满足Ⅰ-C 满足Ⅰ-C 满足Ⅰ-C 满足Ⅰ-B
表6 SBS改性沥青性质
项目 实施例11 实施例12 实施例13 实施例14 Ⅰ-C Ⅰ-B 分析方法（JTJ052-2000）
针入度(25℃)/0.1mm 66 68 90 91 60-80 80-100 T0604-2000
针入度指数（PI） 0.34 0.28 -0.22 -0.21 ≮-0.4 ≮-0.8 -
软化点/℃ 59 59 54 54 ≮55 ≮50 T0606-2000
延伸度（5℃)/cm 37 38 57 56 ≮30 ≮40 T0605-1993
弹性恢复（25℃），% 93 94 92 925 ≮65 ≮60 T0662-2000
贮存稳定性离析（163℃，48h）软化点差/℃ 0.1 0.1 0.2 0.1 ≯2.5 ≯2.5 T0661-2000
薄膜烘箱试验（163℃，5h） T0609-1993
针入度比，% 79 79 78 79 ≮60 ≮55 T0604-2000
延度（5℃)/cm 29 28 28 28 ≮20 ≮25 T0605-1993
备注 显微观察呈均相体系 显微观察呈均相体系 显微观察呈均相体系 显微观察呈均相体系
满足Ⅰ-B 满足Ⅰ-C 满足Ⅰ-C 满足Ⅰ-B 满足Ⅰ-B
从表4-6的各项性能可以看出，本发明制备的SBS改性沥青离析软化点差几乎为0℃，热储存稳定性好，其它各项性能也都优于SBS改性沥青技术指标要求。从实施例2所得SBS改性沥青的显微照片（图3）可见，SBS在沥青中分散非常均匀，呈均相体系。而对比例2和对比例1所得SBS改性沥青的显微照片分别见图1和图2，均会出现明显的不稳定性问题。
此外，由于基质沥青中沥青质含量低，感温性不好（即PI值偏低），使得采用该原料制备SBS改性沥青感温性（PI 值）方面也存在一定难度。单独采用第一预处理剂对SBS改性沥青储存稳定性方面有所改善，但仍存在PI值不合格问题。采用本发明的制备方法，将两种预处理剂进行复合，能够使SBS改性沥青各项指标不仅满足而且优于SBS改性沥青技术指标要求。

Claims (13)

1.一种SBS改性沥青，以质量分数计，包括如下组分：
调和沥青 93.7%～95.8%；
SBS 4.0%～6.0%；
稳定剂 0.2%～0.3%；
所述调和沥青，以质量分数计，包括如下组分：
基质沥青 99.0%～99.6%；
第一预处理剂 0.2%～0.5%；
第二预处理剂 0.2%～0.5%；
所述的基质沥青，四组分中的沥青质含量≯1wt%，芳香分≯35wt%；
所述的第一预处理剂为十二醇、十二胺、十二烷基苯酚、聚乙二醇、脂肪酸乙二醇酯、脂肪酸单甘油酯、季戊四醇脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯中的至少一种；
所述的第二预处理剂为含磷酸性无机物。
2.按照权利要求1所述的SBS改性沥青，其特征在于：所述的第一预处理剂中，其中脂肪酸选自C10-C18的脂肪酸中的至少一种，优选为硬脂酸、月桂酸中的至少一种，所述聚乙二醇的分子量为800～2000。
3.按照权利要求1所述的SBS改性沥青，其特征在于：所述的第一预处理剂为十二烷基苯酚，所述的第二预处理剂为磷酸、焦磷酸、偏磷酸、多聚磷酸中的至少一种。
4.按照权利要求1所述的SBS改性沥青，其特征在于：所述的第二预处理剂为多聚磷酸，其中多聚磷酸中P2O5质量含量在80%以上，优选P2O5质量含量在83%以上。
5.按照权利要求1所述的SBS改性沥青，其特征在于：所述的基质沥青为环烷基稠油沥青。
6.按照权利要求1所述的SBS改性沥青，其特征在于：所述的基质沥青中，H/C原子比在1.5以上，分子量在1000 g•mol-1以上。
7.按照权利要求1-5任一所述的SBS改性沥青，其特征在于：所述的基质沥青，常压沸点大于350℃，25℃针入度为90～120 1/10mm，PI值-1.5～-0.5。
8.按照权利要求1所述的SBS改性沥青，其特征在于：所述的SBS为线型SBS。
9.按照权利要求1所述的SBS改性沥青，其特征在于：所述的稳定剂为硫磺粉末。
10.按照权利要求1所述的SBS改性沥青，其特征在于：所述SBS改性沥青中不含富含芳烃的增容剂。
11.权利要求1-10任一所述SBS改性沥青的制备方法，包括：
（1）将第一预处理剂和第二预处理剂加到基质沥青中，制得调和沥青；
（2）将SBS和稳定剂加到调和沥青中，制得SBS改性沥青。
12.按照权利要求11所述的SBS改性沥青，其特征在于：步骤（1）具体如下：将基质沥青加热到140～150℃，然后加入第一预处理剂，搅拌混合均匀，再升温到170～180℃，然后加入第二预处理剂，搅拌混合0.5～1.0小时，得到调和沥青。
13.按照权利要求11所述的SBS改性沥青，其特征在于：步骤（2）具体如下：控制调和沥青的温度为170～180℃，并加入SBS后剪切或研磨0.5～1.0小时，之后升温到185～195℃，搅拌0.5-1.0h，再加入占稳定剂总量1/3~1/2的稳定剂，继续搅拌1.0～1.5h，再加入剩余的稳定剂，继续2-5h，得到SBS改性沥青。
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