一种环保型低挥发性沥青及其制备方法与流程

本发明属于道路工程沥青材料，具体涉及一种环保型低挥发性沥青及其制备方法。

背景技术：

1、沥青是道路铺装、防水及养护工程中广泛使用的有机胶结材料。道路沥青在储存、加热、拌合、运输和摊铺过程中通常需要处于较高温度下，在该过程中，沥青中的轻质组分以及部分外加助剂中的低沸组分容易释放，产生沥青烟、挥发性有机物和刺激性气味，不仅影响施工现场环境和作业舒适性，也会造成沥青组分变化，使沥青发生一定程度的热氧老化，进而影响其延度、针入度、黏度及储存稳定性。

2、为降低沥青加热过程中的挥发和气味释放，现有技术通常采用加入多孔吸附剂、温拌剂、降黏剂、软化油、聚合物改性剂或抑烟剂等方式进行改性。其中，多孔吸附剂可吸附部分小分子挥发物，温拌剂和降黏剂可降低拌合温度，软化油和聚合物改性剂可改善沥青施工和路用性能。然而，上述方案仍存在不足：多孔吸附剂直接加入沥青时，其孔道中可能含有水分和空气，且粉体表面与沥青油相相容性较差，容易产生发泡、团聚、增黏和分散不均；部分生物基油性改性剂或反应型稳定剂中可能残留低沸物、未反应酸酐或刺激性小分子，加入沥青后反而成为新的挥发源；此外，为使粉体吸附剂和油性改性组分充分分散，现有工艺往往需要较高温度和较长时间剪切，而高温长时剪切又会导致沥青轻质组分二次挥发和热老化。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种环保型低挥发性沥青及其制备方法，所述沥青包括基质沥青和改性母料，改性母料由含油相置换型多孔抑挥发剂、低残留低挥发稳定剂和低挥发软化组分的低挥发改性母料经低温脱挥处理得到。制备时，将改性母料加入加热后的基质沥青中，经剪切分散和保温搅拌处理，制得环保型低挥发性沥青。本发明能够降低沥青加热过程中的挥发损失和气味释放。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种环保型低挥发性沥青，包括如下质量份的原料组分：基质沥青100份，改性母料3～20份；

4、所述改性母料由低挥发改性母料经低温脱挥处理得到；所述低挥发改性母料包括如下质量份的原料组分：油相置换型多孔抑挥发剂30～60份，低残留低挥发稳定剂10～30份，第二部分低挥发软化组分20～50份；所述油相置换型多孔抑挥发剂由多孔抑挥发剂与第一部分低挥发软化组分在负压条件下进行油相置换处理得到；所述低残留低挥发稳定剂为酸酐开环改性环氧化植物油经减压脱残处理得到。

5、进一步优选地，以所述低挥发改性母料中油相置换型多孔抑挥发剂、低残留低挥发稳定剂和第二部分低挥发软化组分的总质量100份计，所述低挥发改性母料还包括相容树脂1～20份、抗氧剂0.1～1份中的一种或两种；以所述基质沥青100份计，所述环保型低挥发性沥青还包括功能助剂0.1～15份；所述功能助剂为聚合物改性剂、抗剥落剂、温拌剂、矿物填料、硫化稳定剂中的一种或多种。

6、进一步优选地，所述基质沥青为70#道路石油沥青、90#道路石油沥青、pg64-22沥青、pg70-22沥青中的一种；所述多孔抑挥发剂为13x分子筛、4a分子筛、天然沸石粉、活性炭粉、生物炭、硅藻土中的一种或多种；在所述低挥发改性母料包括相容树脂时，所述相容树脂为c9石油树脂、萜烯树脂、古马隆树脂中的一种或多种。

7、进一步优选地，所述第一部分低挥发软化组分选自高闪点环烷油、重质芳烃油、环氧化大豆油中的一种或多种；所述第二部分低挥发软化组分选自高闪点环烷油、重质芳烃油、糠醛抽出油、环氧化大豆油、蓖麻油、妥尔油沥青、聚合植物油中的一种或多种；所述第一部分低挥发软化组分和第二部分低挥发软化组分的闪点均不低于200℃，且在180℃加热2h条件下的质量损失率均不大于3.0%。

8、进一步优选地，所述低残留低挥发稳定剂由环氧化植物油、酸酐类化合物和催化剂进行开环酯化反应，反应结束后进行减压脱残处理，以脱除未反应酸酐和低沸物后得到；所述环氧化植物油为环氧化大豆油、环氧化蓖麻油、环氧化菜籽油、环氧化亚麻籽油、环氧化废食用油中的一种或多种；所述酸酐类化合物为马来酸酐、琥珀酸酐、邻苯二甲酸酐、十二烯基琥珀酸酐中的一种或多种。

9、进一步优选地，所述环氧化植物油、酸酐类化合物和催化剂的质量比为100：（5～25）：（0.1～1.5）；所述催化剂为三苯基膦、四丁基溴化铵、n,n-二甲基苄胺、2-甲基咪唑中的一种或多种；所述减压脱残处理的温度为90～130℃，相对压力为-0.06～-0.095mpa，时间为10～60min。

10、一种环保型低挥发性沥青的制备方法，包括如下步骤：

11、s1、将基质沥青加热至流动状态，得到加热后的基质沥青；

12、s2、向所述加热后的基质沥青中加入改性母料，进行剪切分散处理，得到改性沥青混合体系；

13、s3、将所述改性沥青混合体系在加热流动状态下进行保温搅拌处理，得到环保型低挥发性沥青。

14、进一步优选地，所述改性母料的制备方法包括如下步骤：

15、s101、将多孔抑挥发剂进行干燥活化处理，得到干燥活化多孔抑挥发剂；

16、s102、将所述干燥活化多孔抑挥发剂与第一部分低挥发软化组分在负压条件下进行油相置换处理，得到油相置换型多孔抑挥发剂；

17、s103、将所述油相置换型多孔抑挥发剂、低残留低挥发稳定剂和第二部分低挥发软化组分混合，并根据需要加入相容树脂、抗氧剂中的一种或两种，得到低挥发改性母料；

18、s104、对所述低挥发改性母料进行低温脱挥处理，得到改性母料。

19、进一步优选地，所述油相置换处理为：将干燥活化多孔抑挥发剂与第一部分低挥发软化组分在60～120℃、相对压力-0.04～-0.095mpa条件下处理10～60min；所述低温脱挥处理为：将低挥发改性母料在80～130℃、相对压力-0.06～-0.095mpa条件下处理10～60min。

20、进一步优选地，所述剪切分散处理在130～160℃下进行5～30min；所述保温搅拌处理在120～150℃下进行10～60min。

21、本发明的有益效果：

22、本发明通过将低残留低挥发稳定剂、油相置换型多孔抑挥发剂和低挥发软化组分预先构建为改性母料，并对改性母料进行低温脱挥处理，使改性组分在进入基质沥青前即完成低残留化、油相润湿、孔道排气和低沸物脱除。与直接将多孔吸附剂或油性改性剂加入沥青的方式相比，本发明中的多孔抑挥发剂先经低挥发软化组分在负压条件下进行油相置换，能够减少孔道内水分和空气残留，改善其与沥青油相的相容性，降低加入热沥青时的发泡、团聚和黏度突增；低残留低挥发稳定剂由酸酐开环改性环氧化植物油经减压脱残处理得到，可减少未反应酸酐、低沸物和刺激性小分子带入沥青体系，降低改性剂自身成为挥发源的风险；低挥发改性母料经低温脱挥后，可进一步减少母料中的水分和低沸残留，使其在较低热历程下即可较均匀地分散于基质沥青中。

1.一种环保型低挥发性沥青，其特征在于，包括如下质量份的原料组分：基质沥青100份，改性母料3～20份；

2.根据权利要求1所述的环保型低挥发性沥青，其特征在于，以所述低挥发改性母料中油相置换型多孔抑挥发剂、低残留低挥发稳定剂和第二部分低挥发软化组分的总质量100份计，所述低挥发改性母料还包括相容树脂1～20份、抗氧剂0.1～1份中的一种或两种；以所述基质沥青100份计，所述环保型低挥发性沥青还包括功能助剂0.1～15份；所述功能助剂为聚合物改性剂、抗剥落剂、温拌剂、矿物填料、硫化稳定剂中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的环保型低挥发性沥青，其特征在于，所述基质沥青为70#道路石油沥青、90#道路石油沥青、pg64-22沥青、pg70-22沥青中的一种；所述多孔抑挥发剂为13x分子筛、4a分子筛、天然沸石粉、活性炭粉、生物炭、硅藻土中的一种或多种；在所述低挥发改性母料包括相容树脂时，所述相容树脂为c9石油树脂、萜烯树脂、古马隆树脂中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的环保型低挥发性沥青，其特征在于，所述第一部分低挥发软化组分选自高闪点环烷油、重质芳烃油、环氧化大豆油中的一种或多种；所述第二部分低挥发软化组分选自高闪点环烷油、重质芳烃油、糠醛抽出油、环氧化大豆油、蓖麻油、妥尔油沥青、聚合植物油中的一种或多种；所述第一部分低挥发软化组分和第二部分低挥发软化组分的闪点均不低于200℃，且在180℃加热2h条件下的质量损失率均不大于3.0%。

5.根据权利要求1所述的环保型低挥发性沥青，其特征在于，所述低残留低挥发稳定剂由环氧化植物油、酸酐类化合物和催化剂进行开环酯化反应，反应结束后进行减压脱残处理，以脱除未反应酸酐和低沸物后得到；所述环氧化植物油为环氧化大豆油、环氧化蓖麻油、环氧化菜籽油、环氧化亚麻籽油、环氧化废食用油中的一种或多种；所述酸酐类化合物为马来酸酐、琥珀酸酐、邻苯二甲酸酐、十二烯基琥珀酸酐中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的环保型低挥发性沥青，其特征在于，所述环氧化植物油、酸酐类化合物和催化剂的质量比为100：（5～25）：（0.1～1.5）；所述催化剂为三苯基膦、四丁基溴化铵、n,n-二甲基苄胺、2-甲基咪唑中的一种或多种；所述减压脱残处理的温度为90～130℃，相对压力为-0.06～-0.095mpa，时间为10～60min。

7.一种权利要求1～6任一项所述环保型低挥发性沥青的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的环保型低挥发性沥青的制备方法，其特征在于，所述改性母料的制备方法包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的环保型低挥发性沥青的制备方法，其特征在于，所述油相置换处理为：将干燥活化多孔抑挥发剂与第一部分低挥发软化组分在60～120℃、相对压力-0.04～-0.095mpa条件下处理10～60min；所述低温脱挥处理为：将低挥发改性母料在80～130℃、相对压力-0.06～-0.095mpa条件下处理10～60min。

10.根据权利要求7所述的环保型低挥发性沥青的制备方法，其特征在于，所述剪切分散处理在130～160℃下进行5～30min；所述保温搅拌处理在120～150℃下进行10～60min。