不饱和热塑性弹性体对煤沥青的化学改性方法

文档序号:3817775阅读:410来源:国知局
专利名称:不饱和热塑性弹性体对煤沥青的化学改性方法
技术领域
本发明属于高等级道路使用煤浙青化工材料技术领域,具体涉及利用不饱和热塑性弹性体(SBS)对煤浙青的化学改性方法。
背景技术
浙青树脂是一种缩合多环多核芳香族化合物树脂,因缩合程度的不同,分为A、B、C三阶,A阶室温下为粘稠液体;B阶为脆性固体,易溶于有机溶剂,加热可融,是一种热塑性树脂阶树脂进一步缩聚即C阶树脂,成为一种热固性树脂。A阶或B阶浙青经过改性可以作为道路用浙青使用。通常采用聚合物对道路用浙青进行改性是提高和改善浙青混合料路用性能的一种重要措施。作为改性对象的浙青主要是石油浙青和煤浙青,作为改性剂的聚合物主要是热塑性弹性体材料,其中重要的苯乙烯系不饱和热塑性弹性体是SBS。不饱和热塑性弹性体(SBS)是世界产量最大、与橡胶性能最为相似的一种热塑性弹性体。SBS是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物,属热塑性橡胶,具有优异的低温性能,在一 75 °C仍保持柔软性,脆点一 100 °C,常温下呈橡胶态,加入热浙青中。浙青是由多种芳烃类所组成。这些芳烃类为一些带有不同长短侧链的高度缩合芳香烃的衍生物。煤浙青全称为煤焦油浙青,是煤焦油蒸馏提取馏分(如轻油、酚油、萘油、洗油和蒽油等)后的残留物。煤浙青的组成极为复杂。据统计,含有上万种有机化合物,目前可以鉴定出的仅有500余种,其中中性组分有174种(如苯、甲苯、二甲苯、萘、苊、蒽、芴和苯并芘等),酸性组分有63种(如酚、甲酚和二甲酚等),碱性组分有113种(如吡啶、吲哚、喹啉和异喹啉等),还含有其它稠环和含氧、含硫等杂环化合物。与石油浙青相比,煤浙青有以下特点a)芳香组分含量多。b)易结晶的成分多,故温度稳定性差。c)不饱和的芳香组分多,其耐氧及紫外线老化的能力差。d)粘附性能好。其中,芳香组分是实现煤浙青化学改性的重要物质结构基础,这也是有别于石油浙青改性物质基础的特殊性所在。SBS对煤浙青的改性程度以及在煤浙青中的分散状态因SBS的结构、SBS在煤浙青中的含量以及基质煤浙青的组分不同而变化,煤浙青的胶体结构由溶胶-凝胶型向凝胶型方向转化。李双瑞等比较全面认识了 SBS对煤浙青改性过程中的物理分散机理(高分子通,2008,(5): 14-18)。当SBS含量小于5 %时,SBS微粒在浙青中所占的体积分率较小,虽然SBS能吸收浙青中的油分而溶胀,但仍以微小的颗粒均匀分散在煤浙青中,SBS是分散相,煤浙青是连续相。当SBS含量在5 % 8 %时,SBS微粒在浙青中所占的体积分率逐渐增大,由于SBS和煤浙青各自形成连续的网络结构而互相贯穿,这种互穿的网络结构增加了 SBS分子链的可移动性,使煤浙青呈现出很好的弹性和塑性。SBS同煤浙青牢固地结合在一起,使煤浙青在负荷或阳光下不易发生流动或脆化。当SBS含量大于8 %时,由于SBS吸收煤浙青中的油分而溶胀为原来的数倍,SBS在改性煤浙青中的体积分率占绝大部分,形成了以煤浙青为分散相、SBS为连续相的结构。在这种情况下,实际上不是SBS改性煤浙青,而是煤浙青中的油分对SBS的塑性化,原煤浙青中较重的组分分散在SBS连续相中。SBS与浙青之间没有发生化学作用,只是一种分子间作用力。肖鹏等研究了 SBS对浙青的改性工作(华东公路,2006 (2) 53-55 ;公路交通科技2009 (9) : 10-14),虽然声言加入一种稳定剂促使SBS与浙青发生了化学改性,但读者却看不到化学改性的诱因和改性机理。熊萍等(同济大学学报(自然科学版),2006,34(5) :613 618)研究了一种无机酸促使浙青与SBS的相互作用,促使浙青与SBS之间、以及SBS相互间产生交联、接枝等化学反应,形成网路结构,但是这种SBS对浙青化学改性的机理是模糊的,读者不清楚这种 无机酸是如何实现SBS对石油浙青改性的。而且这与本申请专利所使用的具有路易斯酸特征的催化剂具有不同属性的差异。2010年公开的发明专利200910230711. 7和201010274426.8,利用SBS改性煤浙青作为高等级道路或作为防腐蚀涂料使用的材料,这是一种物理改性,将含有SBS的多组分与煤浙青物理混合,没有使用化学催化剂促进SBS改性煤浙青。公开的专利材料(200510047588. 7),阐述了在煤浙青中通过甲醛的缩聚完成对煤浙青的化学改性工作。上述研究结果或是申请的发明专利,在煤浙青的改性机理上与本申请专利存在本质的不同。诸多文献资料表明,SBS化学改性煤浙青对提供改性煤浙青性能是非常重要的,SBS化学改性浙青将成为改性煤浙青技术一个重要的发展趋势。

发明内容
为了促使改性材料与煤浙青的化学结合,达到彼此增进互容性,克服彼此相分离,增强改性煤浙青性能,特别是高低温性能和力学性能,本发明提供一种不饱和热塑性弹性体(SBS)对煤浙青化学改性的方法。不饱和热塑性弹性体(SBS)对煤浙青化学改性的方法,具体制备步骤如下
(1).将100份软化点65°C的煤浙青加入到200份有机溶剂中,室温下搅拌3小时,静置、过滤,得母液;母液经150°C蒸发浓缩、80°C真空干燥,得到精制的煤浙青;所述的煤浙青是高灰熔点煤在多联产技术加工后得到的软化点高于摄氏为65°C左右的煤浙青,所述有机溶剂是喹啉或四氢呋喃或甲苯;
(2).100份精制的煤浙青在氮气氛下加热到80°C,开始搅拌;继续升温到90 110°C,加入I 15份粒度为100目的SBS,以2V /分钟升温速度加热到130 170°C,使SBS颗粒基本消失在煤浙青基质中,此时加入2 5份催化剂,反应2 7小时后停止反应,得到软化点为80-100°C的SBS化学改性的煤浙青;
所述催化剂是具有路易斯酸特征的氯化铁(FeCl3)或氯化铝(AlCl3)或三氟化硼(BF3)或氯化铍(BeCl2)或五氯化铌(NbCl5);所述SBS为苯乙烯单体与丁二烯单体共聚的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物,共聚单体配比为30 40 70 60。SBS化学改性煤浙青的原理如下
化学改性原料主要是SBS,其重要成分是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物,其化学结构表达如下,分子中存在大量的不饱和双键,这是热塑性弹性体实现化学改性的结构基础
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的结构
权利要求
1.不饱和热塑性弹性体对煤浙青的化学改性方法,其特征在于具体制备步骤如下 (1).将100份软化点65°C的煤浙青加入到200份有机溶剂中,室温下搅拌3小时,静置、过滤,得母液,母液经150°C蒸发浓缩、80°C真空干燥,得到精制的煤浙青;所述有机溶剂是喹啉或四氢呋喃或甲苯; (2).100份精制的煤浙青在氮气氛下加热到80°C,开始搅拌;继续升温到90 110°C,加入I 15份粒度为100目的不饱和热塑性弹性体,以2 V /分钟升温速度加热到130 170°C,使不饱和热塑性弹性体颗粒基本消失在煤浙青基质中,此时加入2 5份催化剂,反应2 7小时后停止反应,得到软化点为80-100°C的不饱和热塑性弹性体化学改性的煤浙青; 所述催化剂是具有路易斯酸特征的氯化铁(FeCl3)或氯化铝(AlCl3)或三氟化硼(BF3)或氯化铍(BeCl2)或五氯化铌(NbCl5);所述不饱和热塑性弹性体为苯乙烯单体与丁二烯单体共聚的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物,共聚单体配比为30 40 70 60。
全文摘要
本发明涉及不饱和热塑性弹性体SBS对煤沥青的化学改性方法。该方法的具体操作步骤如下将煤沥青与有机溶剂混合,室温搅拌3小时后,静置、过滤,母液经蒸发浓缩、干燥,得到精制的煤沥青。将精制煤沥青,在氮气氛下受热到80℃,开始搅拌。继续升温到90~110℃,加入粒度为100目的苯乙烯系不饱和热塑性弹性体,即苯乙烯单体与丁二烯单体共聚的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS);以2℃/分钟升温速度加热到130~170℃,使不饱和热塑性弹性体内的颗粒基本消失在煤沥青基质中,再加入催化剂诸如三氟化硼BF3等,反应得到SBS化学改性的煤沥青。改性的煤沥青克服煤沥青的脆性,提高煤沥青的软化点,基本满足高等级公路或者防腐蚀涂料用煤沥青性能要求;使煤沥青变废为宝。
文档编号C09D195/00GK102676195SQ20121016012
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月23日 优先权日2012年5月23日
发明者张晓梅, 张艳红, 徐国财, 朱文晶, 李少兵, 李欣, 王雪礼, 赵建峰 申请人:徐国财
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