[發明專利]不飽和熱塑性彈性體對煤瀝青的化學改性方法

無效

• 申請號: 201210160125.1
• 申請日: 2012-05-23
• 公開（公告）號: CN102676195A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 徐國財;李欣;王雪禮;趙建峰;李少兵;張曉梅;朱文晶;張艷紅
• 申請（專利權）人: 徐國財
• 主分類號: C10C3/02
• 分類號: C10C3/02;C09D195/00;C09D5/08
• 代理公司: 合肥金安專利事務所 34114
• 代理人: 金惠貞

技術領域

本發明屬于高等級道路使用煤瀝青化工材料技術領域，具體涉及利用不飽和熱塑性彈性體(SBS)對煤瀝青的化學改性方法。

背景技術

瀝青樹脂是一種縮合多環多核芳香族化合物樹脂，因縮合程度的不同，分為?A、B、C三階，A階室溫下為粘稠液體；B階為脆性固體，易溶于有機溶劑，加熱可融，是一種熱塑性樹脂；B階樹脂進一步縮聚即C階樹脂，成為一種熱固性樹脂。A階或B階瀝青經過改性可以作為道路用瀝青使用。通常采用聚合物對道路用瀝青進行改性是提高和改善瀝青混合料路用性能的一種重要措施。作為改性對象的瀝青主要是石油瀝青和煤瀝青，作為改性劑的聚合物主要是熱塑性彈性體材料，其中重要的苯乙烯系不飽和熱塑性彈性體是SBS。

不飽和熱塑性彈性體（SBS）是世界產量最大、與橡膠性能最為相似的一種熱塑性彈性體。SBS是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，屬熱塑性橡膠，具有優異的低溫性能，在－75?℃仍保持柔軟性，脆點－100?℃，常溫下呈橡膠態，加入熱瀝青中。

瀝青是由多種芳烴類所組成。這些芳烴類為一些帶有不同長短側鏈的高度縮合芳香烴的衍生物。

煤瀝青全稱為煤焦油瀝青，是煤焦油蒸餾提取餾分（如輕油、酚油、萘油、洗油和蒽油等）后的殘留物。煤瀝青的組成極為復雜。據統計，含有上萬種有機化合物，目前可以鑒定出的僅有500?余種，其中中性組分有174?種（如苯、甲苯、二甲苯、萘、苊、蒽、芴和苯并芘等），酸性組分有63?種（如酚、甲酚和二甲酚等），堿性組分有113?種（如吡啶、吲哚、喹啉和異喹啉等），還含有其它稠環和含氧、含硫等雜環化合物。

與石油瀝青相比，煤瀝青有以下特點:?a)?芳香組分含量多。b)?易結晶的成分多，故溫度穩定性差。c)?不飽和的芳香組分多，?其耐氧及紫外線老化的能力差。d)?粘附性能好。其中，芳香組分是實現煤瀝青化學改性的重要物質結構基礎，這也是有別于石油瀝青改性物質基礎的特殊性所在。

SBS對煤瀝青的改性程度以及在煤瀝青中的分散狀態因SBS?的結構、SBS?在煤瀝青中的含量以及基質煤瀝青的組分不同而變化，煤瀝青的膠體結構由溶膠-凝膠型向凝膠型方向轉化。李雙瑞等比較全面認識了SBS對煤瀝青改性過程中的物理分散機理（高分子通，2008，(5):14-18）。當SBS?含量小于5?%時，SBS?微粒在瀝青中所占的體積分率較小，雖然SBS?能吸收瀝青中的油分而溶脹，但仍以微小的顆粒均勻分散在煤瀝青中，SBS?是分散相，煤瀝青是連續相。當SBS?含量在5?%～8?%時，SBS?微粒在瀝青中所占的體積分率逐漸增大，由于SBS和煤瀝青各自形成連續的網絡結構而互相貫穿，這種互穿的網絡結構增加了SBS?分子鏈的可移動性，使煤瀝青呈現出很好的彈性和塑性。SBS?同煤瀝青牢固地結合在一起，使煤瀝青在負荷或陽光下不易發生流動或脆化。當SBS?含量大于8?%時，由于SBS?吸收煤瀝青中的油分而溶脹為原來的數倍，SBS?在改性煤瀝青中的體積分率占絕大部分，形成了以煤瀝青為分散相、SBS?為連續相的結構。在這種情況下，實際上不是SBS?改性煤瀝青，而是煤瀝青中的油分對SBS?的塑性化，原煤瀝青中較重的組分分散在SBS?連續相中。SBS?與瀝青之間沒有發生化學作用，只是一種分子間作用力。肖鵬等研究了SBS對瀝青的改性工作(華東公路，2006(2)：53-55；公路交通科技2009(9):10-14)，雖然聲言加入一種穩定劑促使SBS與瀝青發生了化學改性，但讀者卻看不到化學改性的誘因和改性機理。熊萍等(同濟大學學報(自然科學版)，?2006，34(5):613～618)研究了一種無機酸促使瀝青與SBS的相互作用，促使瀝青與SBS之間、以及SBS相互間產生交聯、接枝等化學反應，形成網路結構，但是這種SBS對瀝青化學改性的機理是模糊的，讀者不清楚這種無機酸是如何實現SBS對石油瀝青改性的。而且這與本申請專利所使用的具有路易斯酸特征的催化劑具有不同屬性的差異。2010年公開的發明專利200910230711.7和201010274426.8，利用SBS改性煤瀝青作為高等級道路或作為防腐蝕涂料使用的材料，這是一種物理改性，將含有SBS的多組分與煤瀝青物理混合，沒有使用化學催化劑促進SBS改性煤瀝青。公開的專利材料(200510047588.7)，闡述了在煤瀝青中通過甲醛的縮聚完成對煤瀝青的化學改性工作。上述研究結果或是申請的發明專利，在煤瀝青的改性機理上與本申請專利存在本質的不同。諸多文獻資料表明，SBS化學改性煤瀝青對提供改性煤瀝青性能是非常重要的，SBS化學改性瀝青將成為改性煤瀝青技術一個重要的發展趨勢。

發明內容