抗剥落耐老化剂及其制备方法和应用 |
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申请号 | CN202210346980.5 | 申请日 | 2022-04-01 | 公开(公告)号 | CN116925455A | 公开(公告)日 | 2023-10-24 |
申请人 | 中国石油化工股份有限公司; 中石化(大连)石油化工研究院有限公司; | 发明人 | 曹鹏; 李臣泽; 陈保莲; 宋乐春; 王兴越; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种抗剥落耐老化剂及其制备方法和应用。本发明抗剥落耐老化剂包括如下原料:乙烯‑ 醋酸 乙烯共聚物、聚环 氧 乙烷、 树脂 、烷基 氯化铵 、甲基 丙烯酸 酯类化合物、 偶联剂 、抗氧剂。该抗剥落耐老化剂制备方法包括:将上述物料混合均匀,经混炼和挤出 造粒 后,得到抗剥落耐老化剂。本发明的抗剥落耐老化剂特别适用于机场 沥青 跑道。 | ||||||
权利要求 | 1.一种抗剥落耐老化剂,以质量份数计,包括如下原料:1~8份乙烯‑醋酸乙烯共聚物, |
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说明书全文 | 抗剥落耐老化剂及其制备方法和应用技术领域背景技术[0002] 在夏季气温为40℃时,利用TY‑104飞机做喷吹试验,测得沥青道面最高温度可达141℃。此时,沥青道面出现多处被飞机喷出的高温尾气流烧蚀软化现象,每处烧蚀面积为3 2 ~5cm。沥青跑道不断经受着飞机高温尾气流的吹扫,容易引起沥青老化,进而引起表面粗石料脱落,脱落的石料一旦吸入飞机发动机将造成严重的飞行事故。因此,提升沥青混凝土材料的高温稳定性和抗粗石料脱落能力,是提升民航运行安全性的重要研究方向。当前世界范围内机场沥青跑道普遍采用性能较好的聚合物改性沥青铺设,借以应对飞机尾流烘烤及高剪切应力下的道面变形和脱粒问题。但实际效果并不理想,在使用一段时间后,路面鼓包、开裂、石料脱落频发,由此带来飞行安全隐患和维修成本上升。因此,迫切需要开发一种适宜在机场跑道使用的耐老化、抗脱落耐老化沥青材料。 [0003] 目前针对机场沥青混凝土道面破坏机理和改性沥青混凝土材料的研究,包括:长安大学彭子馨等研究了醋酸基融雪剂对沥青混凝土道面的损害原因,分析了醋酸盐引起的沥青乳化。同济大学谭悦等分析了沥青混凝土道面粗石料脱落引起FOD的现象及工程处理措施。空军大学翁兴中等通过大量统计数据分析了沥青混凝土道面材料抗拉强度的温度变化规律和高温应力疲劳特征,认为高温应力下强度的变化会严重影响跑道安全。同济大学刘文等在比较多种沥青混凝土跑道设计影响因素的基础上,指出了温度对跑道性能的影响,但并未做深入分析。目前还没有专门针对机场跑道因受到喷气式飞机高温尾流的影响引起沥青混凝土石料脱落问题而开发的抗剥落耐老化剂。 发明内容[0004] 针对机场沥青跑道面临的骨料脱落问题,本发明提供了一种抗剥落耐老化剂及其制备方法和应用。本发明抗剥落耐老化剂用于机场跑道沥青时,能够明显提高沥青的抗脱落和抗热老化性能。 [0005] 本发明提供了一种抗剥落耐老化剂,以质量份数计,包括如下原料: [0007] 本发明抗剥落耐老化剂,以质量份数计,优选地,包括如下原料: [0008] 1.5~7份乙烯‑醋酸乙烯共聚物,1.2~5份聚环氧乙烷,1.2~6份树脂,烷基氯化铵1.2~5份,1.2~6份甲基丙烯酸酯类化合物,0.3~0.6份偶联剂份,0.2~0.5份抗氧剂。 [0009] 所述乙烯‑醋酸乙烯共聚物中,结合的醋酸乙烯质量含量为22wt%~25wt%。 [0010] 所述聚环氧乙烷的分子量为14万~430万,优选为15万~420万。 [0012] 所述烷基氯化铵选自十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的一种或两种的混合物。 [0013] 所述甲基丙烯酸酯类化合物选自甲基丙烯酸2‑羟乙酯、甲基丙烯酸2‑乙基己酯、甲基丙烯酸乙酯中的一种或几种混合物。 [0016] 本发明第二方面提供了上述抗剥落耐老化剂的制备方法,包括: [0017] 将乙烯‑醋酸乙烯共聚物、聚环氧乙烷、树脂、烷基氯化铵、甲基丙烯酸酯类化合物、偶联剂、抗氧剂混合均匀,经混炼,造粒,得到抗剥落耐老化剂。 [0018] 所述的混炼采用常规的混合装置实现,比如捏合机。混炼条件如下:混炼温度为150℃~180℃,混炼时间为50~80min。 [0019] 所述的造粒采用挤出造粒,可采用常规的挤出造粒装置实现,比如螺杆挤出机。挤出造粒条件如下:挤出造粒温度150℃~180℃。 [0020] 第二方面提供的方法制备的抗剥落耐老化剂为颗粒状,粒度可以为2~5mm。 [0021] 本发明第三方面提供了一种抗脱落耐老化沥青,包括:石油沥青和上述抗剥落耐老化剂。 [0022] 所述抗脱落耐老化沥青中,抗剥落耐老化剂的用量占抗脱落耐老化沥青质量的2%~3%。 [0023] 所述抗脱落耐老化沥青中,所述的石油沥青可以为常规的用于机场跑道的石油沥青,为直馏沥青、氧化沥青、调合沥青、溶剂脱油沥青中的至少一种。 [0024] 本发明第四方面提供了所述抗脱落耐老化沥青的制备方法,包括:先将石油沥青加热熔融,添加所述的抗剥落耐老化剂,搅拌至混合均匀,然后进行发育,得到所述的抗脱落耐老化沥青。 [0025] 所述制备方法中,石油沥青加热熔融温度为140℃~160℃,搅拌的温度为140℃~160℃,搅拌时间可以为50~80min。发育温度为140℃~160℃,发育时间4~7小时。 [0026] 本发明抗剥落耐老化剂特别适用于机场跑道沥青中的应用。 [0027] 本发明提供的抗脱落耐老化沥青适用于机场跑道上应用。 [0028] 本发明具有如下有益效果: [0029] 1、本发明抗剥落耐老化剂不仅能够显著提高沥青的抗脱落性能,而且对于飞机高温尾流环境具有很强的适应性,可提高机场沥青跑道的抗脱落性能,减少骨料的脱落,可减少飞行事故发生率。 [0030] 2、本发明抗剥落耐老化剂为颗粒状,易于运输和储存。 [0031] 3、本发明抗剥落耐老化剂制备方法中,以偶联剂作为引发剂,将乙烯‑醋酸乙烯共聚物、聚环氧乙烷、树脂、烷基氯化铵、甲基丙烯酸酯类化合物、抗氧剂等在捏合机中及螺杆挤出过程中进行反应,各组分相互配合,使各物质能够快速很好地结合,形成的产物具有较高黏度和柔性,还具有较好的极性,使抗剥落耐老化剂在高温环境下,能够使沥青具有更好的抗高温脱落性能和耐老化能力。 具体实施方式[0032] 下面结合实施例详细说明本发明的技术方案,但本发明不限于以下实施例。本发明中,wt%为质量分数。 [0033] 本发明中,飞机高温尾流模拟实验方法:利用飞机发动机(比如更新换下来的发动机),尾部链接直筒式带加热功能的耐高温材料的筒体。实验时,将待试验沥青融化后置于金属托盘里,平展摊铺呈薄膜状,薄膜厚度为3mm±0.3mm。将装有沥青薄膜的托盘置于筒体内的底部,并固定牢。筒体的底部有加热功能,保证托盘内的沥青温度维持在60℃±20℃(模拟夏季高温时路表温度)。开启发动机,使发动机高温尾气从直筒的一端进入,另一端排出,使高温尾气从沥青膜的上方吹过,持续吹30分钟,停10分钟,这样不断连续重复多次。从初次开始吹气算起,一个实验周期为240小时。然后取出沥青,分析各项性能,并与模拟实验前的性能进行对比。以此模拟机场跑道上(尤其是起飞段)的沥青在长期受到飞机高温尾气吹扫时的情况,考察沥青性质的变化,尤其是抗脱落性能的变化。 [0035] 仪器及器材:型号为PosiTest AT‑A的拉拔测试仪,测试仪参数:拉拔速率150psi/s;测试范围0‑2000psi;测试方法如下: [0036] 称取质量为0.03g的沥青于锭子实验面上;将附有沥青的锭子置于电热板上,待沥青融化后,在10s内将沥青涂抹均匀,同时迅速将预热好的白钢板转移至水平操作台上,将涂匀沥青的锭子扣于白钢板上,静置冷却至室温(约1h)。液态沥青在锭子重力作用下均匀铺展,冷却后黏结锭子和白钢板,沥青膜厚度约为0.1mm。将冷却至室温的白钢板和锭子置于环境箱(温度:20℃;相对湿度:50Rh%)中恒温1h后取出,使用PosiTest AT‑A测试仪测试粘结性。记录锭子与金属板分离时的拉拔强度数值。以此数值表征沥青的抗脱落性能,数值越大,抗脱落性能越好。 [0037] 实施例1 [0038] 称取结合醋酸乙烯质量含量为25wt%的乙烯‑醋酸乙烯共聚物15.0kg、分子量为15万的聚环氧乙烷12.0kg、石油树脂12.0kg、十八烷基三甲基氯化铵12.0kg、甲基丙烯酸2‑羟乙酯12.0kg、钛酸酯偶联剂3.0kg、对苯二酚二苄醚2.0kg,置于预先加热的捏合机内进行混炼,混炼温度为152℃,混炼时间为52min;然后挤出造粒,挤出温度152℃。切割粒度为2mm的颗粒状,得到抗剥落耐老化剂。制备抗剥落耐老化剂组分用量见表1。 [0039] 实施例2 [0040] 称取结合醋酸乙烯质量含量为22wt%的乙烯‑醋酸乙烯共聚物70.0kg、分子量为420万的聚环氧乙烷50.0kg、酚醛树脂60.0kg、十六烷基三甲基氯化铵50.0kg、甲基丙烯酸 2‑乙基己酯60.0kg、硅烷偶联剂(KH560)6.0kg、硫代二丙酸二月桂酯5.0kg,置于预先加热的捏合机内进行混炼,混炼温度为178℃,混炼时间为78min;然后挤出造粒,挤出温度178℃。切割粒度为2mm的颗粒状,得到抗剥落耐老化剂。制备抗剥落耐老化剂组分用量见表1。 [0041] 实施例3 [0042] 称取结合醋酸乙烯质量含量为23wt%的乙烯‑醋酸乙烯共聚物45.0kg、分子量为200万的聚环氧乙烷32.0kg、聚酰胺树脂37.0kg、十八烷基三甲基氯化铵31.0kg、甲基丙烯酸乙酯36.0kg、铝酸偶联剂4.5kg、硫二丙酸十八酯3.5kg,置于预先加热的捏合机内进行混炼,混炼温度为165℃,混炼时间为65min;然后挤出造粒,挤出温度165℃。切割粒度为2mm的颗粒状,得到抗剥落耐老化剂。制备抗剥落耐老化剂组分用量见表1。 [0043] 实施例4 [0044] 将实施例1得到的抗剥落耐老化剂添加到齐鲁石化公司生产的25℃针入度为87dmm的经142℃熔融的石油沥青中(齐鲁90A),石油沥青:抗剥落耐老化剂重量比为97:3。 恒温搅拌,恒温温度为142℃,搅拌时间为52min,然后进行发育,恒温发育的温度为142℃,发育时间为4小时,得到抗脱落耐老化沥青。 [0045] 通过拉拔试验仪测试该抗脱落耐老化沥青的黏附强度,结果见表2。将该沥青进行飞机高温尾流环境下的模拟实验,一个周期试验后再做拉拔试验,结果见表2。 [0046] 实施例5 [0047] 将实施例2得到的抗剥落耐老化剂添加到齐鲁石化公司生产的25℃针入度为87dmm的经158℃熔融的石油沥青中(齐鲁90A),石油沥青:抗剥落耐老化剂重量比为97.5: 2.5。恒温搅拌,恒温温度为158℃,搅拌时间为78min,然后进行发育,恒温发育的温度为158℃,发育时间为7小时,得到抗脱落耐老化沥青。 [0048] 通过拉拔试验仪测试该抗脱落耐老化沥青的黏附强度,结果见表2。将该沥青进行飞机高温尾流环境下的模拟实验,一个周期试验后再做拉拔试验,结果见表2。 [0049] 实施例6 [0050] 将实施例3得到的抗剥落耐老化剂添加到齐鲁石化公司生产的25℃针入度为87dmm的经150℃熔融的石油沥青中(齐鲁90A),石油沥青:抗剥落耐老化剂重量比为98:2。 恒温搅拌,恒温温度为150℃,搅拌时间为65min,然后进行发育,恒温发育的温度为150℃,发育时间为5.5小时,得到抗脱落耐老化沥青。 [0051] 通过拉拔试验仪测试该抗脱落耐老化沥青的黏附强度,结果见表2。将该沥青进行飞机高温尾流环境下的模拟实验,一个周期试验后再做拉拔试验,结果见表2。 [0052] 比较例1 [0053] 为了对比,把齐鲁石化公司生产的25℃针入度为87dmm的沥青(齐鲁90A),用拉拔试验仪测试其黏附强度,结果列于表2中;并将齐鲁90A也进行飞机高温尾流环境下的模拟实验,一个周期试验后再做拉拔试验,结果见表2。 [0054] 比较例2 [0055] 为了对比,将深圳嘉盛威生产的商用抗剥落剂JW‑AS1添加到齐鲁石化公司生产的25℃针入度为87dmm的经158℃熔融的石油沥青中(齐鲁90A),石油沥青:商用抗剥落剂重量比为97.5:2.5。恒温搅拌,恒温温度为158℃,搅拌时间为78min,然后进行发育,恒温发育的温度为158℃,发育时间为7小时,得到抗脱落沥青。 [0056] 通过拉拔试验仪测试该沥青的黏附强度,结果见表2。将该沥青进行飞机高温尾流环境下的模拟实验,一个周期试验后再做拉拔试验,结果见表2。 [0057] 表1制备抗剥落耐老化剂组分用量 [0058] 物料重量/kg 实施例1 实施例2 实施例3乙烯‑醋酸乙烯共聚物 15.0 70.0 45.0 聚环氧乙烷 12.0 50.0 32.0 树脂 12.0 60.0 37.0 烷基氯化铵 12.0 50.0 31.0 甲基丙烯酸酯类化合物 12.0 60.0 36.0 偶联剂 3.0 6.0 4.5 抗氧剂 2.0 5.0 3.5 [0059] 表2沥青拉拔试验结果 [0060]黏附强度/psi 实施例4 实施例5 实施例6 比较例1 比较例2 未进行模拟实验 491 533 564 363 406 模拟实验后 527 565 597 281 415 [0061] 由表2可见,在沥青中添加本发明抗剥落耐老化剂能够显著提高沥青的黏附强度、提高抗脱落性能;经过一个周期的飞机高温尾流模拟实验后,添加本发明抗剥落耐老化剂的沥青,其黏附强度不仅没有下降,反而增高,说明本发明抗剥落耐老化剂不仅能够提高沥青的抗脱落性能,而且具有较强的耐老化能力,对于飞机高温尾流环境具有很强的适应性。而没有添加抗剥落耐老化剂的沥青,在经过模拟实验后,黏附强度明显下降,说明耐老化能力较弱;添加了某种市售抗剥落剂后,与本发明的抗剥落耐老化剂相比,对于粘附强度改善幅度较小,模拟实验后,黏附强度提高幅度较小。 |