一种掺有废弃机油残留物与多聚磷酸的复合改性沥青及制备方法与流程

1.本发明属于改性沥青制备技术领域，具体涉及一种掺有废弃机油残留物与多聚磷酸的复合改性沥青及制备方法。


背景技术：

2.随着沥青路面在高等级道路中的大量应用以及交通量的逐年增加，为提高沥青路面的使用性能，采用改性沥青提高沥青路面的性能是常用手段之一，然而传统的单一聚合物改性沥青属于物理改性，其在改性效果、制备工艺、存储稳定性及应用成本方面存在着较多的不足。
3.伴随着机动车、飞机等交通工具的剧增，我国每年仅交通行业就产生2500至3000万吨废弃机油(reo)，通过超滤、离心分离、分子蒸馏、絮凝处理和溶剂精制等工艺可以将70
‑
80％的reo生产成燃料油或润滑油，剩余的20
‑
30％由于混入的杂质较多无法有效回收而成为真正的废弃机油残留物(reob)。我国每年产生的reob大概为100万吨，其无害化处理耗费巨大，reob的有效回收利用已成为我国亟需攻克的一大难题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种掺有废弃机油残留物与多聚磷酸的复合改性沥青，充分利用废弃机油残留物，解决制约废机油加工行业发展的瓶颈问题，大大节约了加工成本，减轻了环境和资源压力，同时，还可替代传统的sbs、sbr等改性沥青，并保证沥青混合料的路用性能。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种掺有废弃机油残留物与多聚磷酸的复合改性沥青，按质量份数由以下原料组成：沥青100份、多聚磷酸1
‑
10份、废弃机油残留物1
‑
30份以及阻燃剂1
‑
15份。
7.优选地，上述复合改性沥青，按质量份数由以下原料组成：沥青100份、多聚磷酸2
‑
8份、废弃机油残留物5
‑
25份以及阻燃剂5
‑
10份。
8.在一个技术方案中，上述复合改性沥青，按质量份数由以下原料组成：沥青100份、多聚磷酸5份、废弃机油残留物15份以及阻燃剂8份。
9.在上述技术方案的基础上，所述沥青为普通道路石油沥青，优选的，沥青为70号道路石油沥青。
10.在上述技术方案的基础上，所述多聚磷酸是纯度为115％工业级多聚磷酸。
11.多聚磷酸作为一种有机化学产品，其与沥青结合属于化学改性，沥青分子中的羟基、亚胺基和巯基等活性基团和多聚磷酸产生了化学反应，改变了沥青质原有的胶团结构，能够显著增强高温稳定性和抗老化性能，并且多聚磷酸改性沥青的成本只有sbs改性沥青的30％～50％，具有制备工艺简单、相容性和储存稳定性较好，价格便宜的优点。
12.在上述方案的基础上，废弃机油残留物是废机油经超滤、离心分离、分子蒸馏、絮
凝处理和溶剂精制工艺处理后产生的残渣；按照废机油来源可将废弃机油残留物分为废液压油残留物、废冷冻机油残留物、废变压器油残留物、废润滑油残留物，以上类型的废弃机油残留物均可用于本发明使用。
13.在上述方案的基础上，阻燃剂是氢氧化铝、氢氧化镁、偏硼酸钠、聚磷酸铵、十溴二苯乙烷、十溴二苯醚中的一种。
14.上述掺有废弃机油残留物与多聚磷酸的复合改性沥青的制备方法，步骤如下：
15.(1)预热
16.将废弃机油残留物、沥青分别加热至150～160℃，使用前分别搅拌均匀；
17.(2)预拌和剪切
18.将废弃机油残留物、沥青输送至高速剪切预拌系统进行预拌，预拌速率为8～12r/min，预拌时间为15～20min，预拌温度为150～160℃，预拌后送入机器进行剪切，剪切速率为4000
‑
5000r/min，剪切时间为20～30min，剪切温度为150～160℃，同时分4～6次添加多聚磷酸；
19.(3)发育反应
20.将高速剪切后的沥青混合物输送到发育反应系统，搅拌速率为8～12r/min，恒定温度为160℃
±
5℃，持续搅拌30min，检测沥青混合物的ph值；
21.(4)加入阻燃剂
22.根据沥青混合物的酸碱性加入相应的阻燃剂，调节ph至6.8～7.5，搅拌均匀，形成掺有废弃机油残留物与多聚磷酸的复合改性沥青。
23.在上述方案的基础上，所述发育反应系统是具有搅拌和恒温功能的储存缸。
24.在上述方案的基础上，根据目标ph值范围，定量添加阻燃剂，当沥青混合物ph值＞7.5时，加入偏硼酸钠或聚磷酸铵；当沥青混合物ph值≥6.8且≤7.5时，加入十溴二苯乙烷或十溴二苯醚；当沥青混合物ph值＜6.8时，加入氢氧化铝或氢氧化镁；实时测定沥青混合物的ph值，当ph值达到目标范围后，停止添加阻燃剂，得到阻燃剂的使用量。
25.本发明的有益效果为：
26.(1)本发明可以大量回收利用废弃机油残留物，并用于道路工程沥青路面的铺筑，解决了制约废机油加工行业发展的瓶颈问题，大大节约了加工成本，减轻了环境和资源压力。
27.(2)本发明利用多聚磷酸和废弃机油残留物对沥青进行改性，将reob掺入到普通道路石油沥青中，可以显著提高其低温性能，而加入多聚磷酸则可以提高其高温性能，同时，也提高了沥青的抗老化性能。不仅替代了昂贵的sbs、sbr改性剂的使用，而且制备工艺简单、使用方便、价格便宜，具有显著的经济和社会效益。
28.(3)阻燃剂除了具有降低易燃聚合物燃点的功能外，其本身还具有酸性、碱性或中性的酸碱度，根据改性沥青的ph值，利用不同阻燃剂的酸碱度，有针对性的加入酸性、碱性或中性的阻燃剂，既保证了reob中金属的稳定性，避免其成为离子态，又提高了沥青的闪点和燃点，保障了施工安全。
具体实施方式
29.在本发明中所使用的术语，除非有另外说明，一般具有本领域普通技术人员通常
理解的含义。
30.下面结合具体实施例，并参照数据进一步详细的描述本发明。以下实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
31.实施例1
32.制备掺有废弃机油残留物与多聚磷酸的复合改性沥青的制备方法，步骤如下：
33.(1)预热
34.将0.5kg废弃机油残留物、10.0kg 70号道路石油沥青分别加热至150℃，使用前各自搅拌均匀，所用废弃机油残留物是经离心分离和分子蒸馏工艺处理后的废润滑油残留物；
35.(2)预拌和剪切
36.将废弃机油残留物、70号道路石油沥青输送至高速剪切预拌系统进行预拌，预拌速率为8r/min，预拌时间为15min，预拌温度为150℃，预拌后送入机器进行剪切，剪切速率为4000r/min，剪切时间为20min，剪切温度为150℃，分4次共添加0.2kg多聚磷酸；
37.(3)发育反应
38.将高速剪切后的沥青混合物输送到发育反应系统，该系统是具有搅拌和恒温功能的储存缸，搅拌速率为8r/min，恒定温度为160℃
±
5℃，持续搅拌30min，测得沥青混合物的ph值为6.2；
39.(4)加入阻燃剂
40.向发育后的沥青混合物中加入0.5kg氢氧化铝，调节ph值为7.0，搅拌均匀，获得掺有废弃机油残留物与多聚磷酸的复合改性沥青。
41.实施例2
42.制备掺有废弃机油残留物与多聚磷酸的复合改性沥青的制备方法，步骤如下：
43.(1)预热
44.将2.5kg废弃机油残留物、10.0kg 70号道路石油沥青分别迅速加热至160℃，使用前各自搅拌均匀，所用废弃机油残留物是经离心分离和分子蒸馏工艺处理后的废润滑油残留物；
45.(2)预拌和剪切
46.将废弃机油残留物、70号道路石油沥青输送至高速剪切预拌系统进行预拌，预拌速率为12r/min，预拌时间为20min，预拌温度为160℃，预拌后送入机器进行剪切，剪切速率为5000r/min，剪切时间为30min，剪切温度为160℃，分6次共添加0.8kg多聚磷酸；
47.(3)发育反应
48.将高速剪切后的沥青混合物输送到发育反应系统，该系统是具有搅拌和恒温功能的储存缸，搅拌速率为12r/min，恒定温度为160℃
±
5℃，持续搅拌30min，测得沥青混合物的ph值为5.5；
49.(4)加入阻燃剂
50.向发育后的沥青混合物中加入1.0kg氢氧化铝，调节ph值为7.0，搅拌均匀，获得掺有废弃机油残留物与多聚磷酸的复合改性沥青。
51.实施例3
52.制备掺有废弃机油残留物与多聚磷酸的复合改性沥青的制备方法，步骤如下：
53.(1)预热
54.将1.5kg废弃机油残留物、10.0kg 70号道路石油沥青分别迅速加热至155℃，使用前各自搅拌均匀，所用废弃机油残留物是经离心分离和分子蒸馏工艺处理后的废润滑油残留物；
55.(2)预拌和剪切
56.将废弃机油残留物、70号道路石油沥青输送至高速剪切预拌系统进行预拌，预拌速率为10r/min，预拌时间为20min，预拌温度为155℃，预拌后送入机器进行剪切，剪切速率为4500r/min，剪切时间为25min，剪切温度为155℃，分5次共添加0.5kg多聚磷酸；
57.(3)发育反应
58.将高速剪切后的沥青混合物输送到发育反应系统，该系统是具有搅拌和恒温功能的储存缸，搅拌速率为10r/min，恒定温度为160℃
±
5℃，持续搅拌30min，测得沥青混合物的ph值为6.0；
59.(4)加入阻燃剂
60.向发育后的沥青混合物中加入0.8kg氢氧化铝，调节ph值为7.0，搅拌均匀，获得掺有废弃机油残留物与多聚磷酸的复合改性沥青。
61.对比例1
62.掺有废弃机油残留物的改性沥青的制备方法，步骤如下：
63.(1)预热
64.将1.5kg废弃机油残留物、10.0kg 70号道路石油沥青分别迅速加热至155℃，使用前各自搅拌均匀，所用废弃机油残留物是经离心分离和分子蒸馏工艺处理后的废润滑油残留物；
65.(2)预拌和剪切
66.将废弃机油残留物、70号道路石油沥青输送至高速剪切预拌系统进行预拌，预拌速率为10r/min，预拌时间为20min，预拌温度为155℃，预拌后送入机器进行剪切，剪切速率为4500r/min，剪切时间为25min，剪切温度为155℃；
67.(3)发育反应
68.将高速剪切后的沥青混合物输送到发育反应系统，该系统是具有搅拌和恒温功能的储存缸，搅拌速率为10r/min，恒定温度为160℃
±
5℃，持续搅拌30min，测得沥青混合物的ph值为6.1；
69.(4)加入阻燃剂
70.向发育后的沥青混合物中加入0.7kg氢氧化铝，调节ph值为7.0，搅拌均匀，获得掺有废弃机油残留物的改性沥青。
71.对比例2
72.掺有多聚磷酸的改性沥青的制备方法，步骤如下：
73.(1)预热
74.将10.0kg 70号道路石油沥青迅速加热至155℃，使用前搅拌均匀；
75.(2)预拌和剪切
76.将70号道路石油沥青送入机器进行剪切，剪切速率为4500r/min，剪切时间为25min，剪切温度为155℃，分5次共添加0.5kg多聚磷酸；
77.(3)发育反应
78.将高速剪切后的沥青混合物输送到发育反应系统，该系统是具有搅拌和恒温功能的储存缸，搅拌速率为10r/min，恒定温度为160℃
±
5℃，持续搅拌30min，测得沥青混合物的ph值为6.5；
79.(4)加入阻燃剂
80.向发育后的沥青混合物中加入0.3kg氢氧化铝，调节ph值为7.0，搅拌均匀，获得掺有多聚磷酸的改性沥青。
81.对比例3
82.制备掺有废弃机油残留物与多聚磷酸的复合改性沥青的制备方法，步骤如下：
83.(1)预热
84.将1.5kg废弃机油残留物、10.0kg 70号道路石油沥青分别迅速加热至140℃，使用前各自搅拌均匀，所用废弃机油残留物是经离心分离和分子蒸馏工艺处理后的废润滑油残留物；
85.(2)搅拌
86.将废弃机油残留物、70号道路石油沥青送入机器进行剪切，剪切速率为3000r/min，剪切时间为15min，剪切温度为140℃，一次性添加0.5kg多聚磷酸，获得掺有废弃机油残留物与多聚磷酸的复合改性沥青，测得其ph值为6.2。
87.对比例4
88.制备掺有机油与多聚磷酸的复合改性沥青的制备方法，步骤如下：
89.(1)预热
90.将1.5kg机油、10.0kg 70号道路石油沥青分别迅速加热至155℃，使用前各自搅拌均匀，所用机油与实施例1
‑
3中废弃机油残留物同源，是废弃机油残留物的来源；
91.(2)预拌和剪切
92.将机油、70号道路石油沥青输送至高速剪切预拌系统进行预拌，预拌速率为10r/min，预拌时间为20min，预拌温度为155℃，预拌后送入机器进行剪切，剪切速率为4500r/min，剪切时间为25min，剪切温度为155℃，分5次共添加0.5kg多聚磷酸；
93.(3)发育反应
94.将高速剪切后的沥青混合物输送到发育反应系统，该系统是具有搅拌和恒温功能的储存缸，搅拌速率为10r/min，恒定温度为160℃
±
5℃，持续搅拌30min，测得沥青混合物的ph值为6.3；
95.(4)加入阻燃剂
96.向发育后的沥青混合物中加入0.6kg氢氧化铝，调节ph值为7.0，搅拌均匀，获得掺有机油与多聚磷酸的复合改性沥青。
97.按照交通部部颁标准《公路沥青路面施工技术规范》(jtg f40
‑
2004)对实施例1
‑
3制备的复合改性沥青和对比例1
‑
4进行常规指标检测，同时进行高温性能和低温性能的对比检测，试验情况如下：
98.沥青常规指标检测
99.(1)测试仪器
100.针入度仪(济南交专运达设备公司)，延度仪(无锡市石油仪器设备有限公司)，软
化点试验仪(北京中科建仪电子科技有限公司)，旋转粘度仪(无锡市石油仪器设备有限公司)，薄膜加热烘箱(山东路达公路仪器公司)，克利夫兰开口杯式闪点仪(上海昌吉地质仪器有限公司)，烘箱(山东路达公路仪器公司)。
101.(2)检测方法
102.按交通部《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》jtg e20
‑
2011进行检测。
103.(3)检测结果
104.检测结果如表1所示。
105.表1
[0106][0107]
由表1可知，实施例1
‑
3的掺有废弃机油残留物的多聚磷酸改性沥青常规指标均满足国家部颁技术标准的要求；由对比例1、2可知，只掺加废弃机油残留物或多聚磷酸的改性沥青部分指标未满足国家部颁技术标准的要求；由实施例3和对比例3可知，本发明的制备方法可有效制备废弃机油残留物与多聚磷酸复合改性沥青，各制备参数范围合理有效；由实施例1
‑
3和对比例3的闪点指标和ph值对比，掺加阻燃剂能够有效提高沥青的闪点，阻燃剂的掺量越高，沥青的闪点越高，未掺加阻燃剂时，废弃机油残留物与多聚磷酸的复合改性沥青的闪点不满足技术要求，此外，掺加阻燃剂可有效调和改性沥青的酸碱度。
[0108]
动态剪切流变试验
[0109]
(1)测试仪器
[0110]
动态剪切流变仪(美国)，烘箱(山东路达公路仪器公司)，刮刀(市售)。
[0111]
(2)检测方法
[0112]
按交通部《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20
‑
2011)中t0628
‑
2011试验方法进行检测。
[0113]
(3)检测结果
[0114]
检测结果如表2所示。
[0115]
低温弯曲蠕变试验
[0116]
(1)测试仪器
[0117]
弯曲梁流变仪(美国)，烘箱(山东路达公路仪器公司)，低温箱(山东路达公路仪器公司)，刮刀(市售)。
[0118]
(2)检测方法
[0119]
按交通部《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20
‑
2011)中t0627
‑
2011试验方法进行检测。
[0120]
(3)检测结果
[0121]
检测结果如表2所示。
[0122]
表2
[0123][0124]
由实施例1
‑
3可知，掺加多聚磷酸能够显著增强沥青的高温性能，高温性能随着多聚磷酸掺量的增加而提高，掺加废弃机油残留物能够提高沥青的低温性能，废弃机油残留物的掺量越高，沥青的低温性能越好，按照实施例2的配比得到的沥青高温、低温性能最佳；由实施例1
‑
3和对比例1
‑
2可知，只掺加废弃机油残留物的改性沥青具有较好的低温性能，然而高温性能变差，只掺加多聚磷酸的高温性能较好，然而低温性能劣化，掺有废弃机油残留物和多聚磷酸的复合改性沥青比只掺加任一成分的改性沥青的高温和低温性能更好；由实施例1
‑
3和对比例3可知，本发明的制备方法，各工艺参数范围设置合理，是制备高温、低温性能俱优的改性沥青的较好方法，非本发明方法工艺参数范围得到的改性沥青性能劣于本发明方法得到的改性沥青；由实施例1
‑
3和对比例4可知，本发明的技术方案中，废弃机油残留物起到提高改性沥青低温性能的作用，而不是机油。综合来看，掺加废弃机油残留物、多聚磷酸的改性沥青的高温、低温性能均优于道路石油沥青，与sbs改性沥青的性能水平一致。
[0125]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。