CN102453332B - 一种环保型阻燃沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保型阻燃沥青及其制备方法，阻燃沥青按质量份计包括：基础沥青：100份，阻燃剂：2～15份，表面改性纳米材料水滑石：0.5～5份。制备方法为将阻燃剂、纳米材料水滑石加入到120-180℃的基础沥青中，搅拌混合均匀即可。本发明沥青组合物阻燃性能好，添加剂环保、成本低、热稳定性好，制备工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻燃沥青组合物及其制备方法，具体地说是一种环保型阻燃沥青组合物及其制备方法。
背景技术
随着我国高速公路建设的发展，公路隧道的数量也在不断增加。隧道中常用的刚性水泥混凝土路面，也逐渐被平整、耐磨、低噪音的柔性沥青混凝土路面所代替。在隧道沥青路面的使用过程中，沥青混凝土路面的防火安全问题也越来越引起人们的重视。由于沥青是易燃材料，再加上隧道内通风条件差，如果发生交通事故引起沥青路面着火，因火势发展迅猛，人员来不及疏散导致较大的人员伤亡，必然会对国家和人民生命财产造成不必要的损失。另外，沥青着火时产生大量黑烟，在隧道中不易扩散，会阻碍逃生人员的视线并易使人窒息，既对人员造成危害，又对环境造成严重污染。所以，首先必须解决沥青遇火燃烧问题，其次要降低沥青燃烧时的发烟量和有毒气体含量。因此，使用具有阻燃性能、抑烟性能的阻燃沥青应该是今后隧道路面用沥青的发展方向。
解决沥青遇火燃烧问题，最简单的方法是向沥青中加入阻燃剂。降低沥青燃烧时的发烟量和有毒气体含量比较有效的办法就是加入抑烟剂。而随着人们对环境问题越来越重视，对阻燃产品的要求也越来越严格，卤系阻燃剂虽能提供较高的氧指数，但由于产生大量烟雾和毒性气体，无卤阻燃已渐渐成为今后的发展趋势。CN200610062960.6中使用十溴联苯乙烷、硼酸锌和三氧化二锑作为阻燃剂，属于卤素阻燃剂，不符合环保的要求，放出的有毒气体也危害到人身安全。CN200610019381.3中的无卤阻燃聚合物改性沥青，是通过加入磷系和氮系阻燃剂起到阻燃的效果，但其中没有抑烟剂，没有解决沥青燃烧的发烟问题。CN200610082139.0介绍了一种无卤型路用阻燃沥青，其中阻燃剂为密胺焦磷酸盐、硼酸锌和氢氧化镁，为起到更好的抑烟效果，该发明在拌合矿料时加入氢氧化铝，增加了工作步骤，不利于施工的进行。并且由于氢氧化铝的分解温度较低(140-150℃)，也因此限制了其应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种环保型阻燃沥青及其制备方法，本发明沥青阻燃、抑烟效果好，添加剂环保、成本低、热稳定性好，制备简单。
本发明环保型阻燃沥青，按质量份计包括：
(1)基础沥青：100份
(2)阻燃剂：2-15份
(3)表面改性纳米材料水滑石：0.5-5份
其中沥青根据应用的场合确定所需的性质，可以为普通重交道路石油沥青，如：AH-70(埃索70号，以下类推)，AH-90，AH-110，也可以是聚合物改性沥青，如：SBS改性沥青，SBR改性沥青，或者是废胶粉等其他类型聚合物改性沥青。聚合物的加入量根据改性沥青的性能要求及聚合物的种类具体确定，一般按质量计，聚合物占聚合物改性沥青的2％～10％。聚合物改性沥青针入度大于45 1/10mm。
其中阻燃剂为磷系、氮系、硼系等无卤阻燃剂，可以是上述中的一种或几种的混合物。具体如硼酸锌、三氧化二锑、三聚氰胺、密胺磷酸盐、红磷等中的一种或几种。
其中表面改性纳米材料水滑石作为协同阻燃剂，纳米材料水滑石为层状纳米水滑石，其颗粒度一般为15～70nm，优选为镁铝碳酸根水滑石，如具体为分子式为[Mg1-xAlx(OH)2]x+[(CO3)x/2]x-·mH2O，x＝0.2～0.33，0.1≤m≤0.8。
其中表面改性纳米材料水滑石为偶联剂表面改性的纳米材料水滑石，偶联剂可以为钛酸酯偶联剂、硬脂酸、硬脂酸-稀土偶联剂或硅烷偶联剂等，其作用是提高镁铝水滑石的表面活性，从而提高水滑石与沥青之间的相容性。偶联剂用量为纳米材料水滑石重量的1％～15％，优选为4％～10％。表面改性纳米材料水滑石为纳米材料水滑石与偶联剂经加适量水在50～90℃反应后制得。
本发明环保型阻燃沥青中，还可以根据应用的要求加入其它添加剂，如粘度改性剂、针入度改性剂、抗老化剂等。
本发明环保型阻燃沥青的制备方法如下：
(1)将纳米材料水滑石、适量去离子水及偶联剂依次加入反应器，50～90℃恒温，持续搅拌反应0.3～3h，过滤，洗涤，干燥，制得表面改性水滑石。
(2)将阻燃剂、表面改性纳米材料水滑石加入到120-180℃的沥青中，搅拌混合0.5～3h，得到阻燃沥青。
需要聚合物改性沥青时，首先按本领域常规方法制备聚合物改性沥青，然后用按上述方法制备阻燃聚合物改性沥青。
本发明针对现有技术的不足，提供一种阻燃沥青组合物及其制备方法，该阻燃沥青选用无卤化合物为阻燃剂，选用表面改性镁铝水滑石作为协同阻燃剂，利用其纳米材料的特殊效应和水滑石的性质，提高了沥青的阻燃性能。另外，在阻燃效果相近时，可以显著降低阻燃剂加入量。本发明沥青组合物使用的阻燃剂改性剂成本低，热稳定性好，阻燃和抑烟效果好，制备工艺简单，操作方便。
纳米材料水滑石协同阻燃机理：镁铝水滑石的分解温度既有低温段又有高温段，拓宽了阻燃温度范围。吸热分解过程中脱去吸附水和层间水，且层板上羟基脱水以水蒸气形式逸出，以及分解释放出的H2O和CO2，这些都吸收了大量燃烧热并有效稀释了O2和可燃性气体的浓度，降低了复合材料表面温度，使之难燃或减缓燃烧过程，阻止其进一步分解，起到阻燃的作用。此外，镁铝水滑石分解后得到的碱性多孔复合氧化物与沥青表面的炭化产物结合形成保护膜，有效地延缓聚合物改性沥青内部热降解产生的小分子向表面迁移、热量传递量和外界氧的供应，且其比表面积较大，可吸附有害气体尤其是酸性气体，具有阻燃和抑烟双重功效。因此，改性镁铝水滑石能够和传统阻燃剂产生良好协同效应，使沥青阻燃性能得到提高。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步说明，但不因此限制本发明。
实施例1
步骤1：将镁铝碳酸根水滑石(颗粒度为20～40nm)、适量去离子水及占水滑石重量5％的钛酸酯偶联剂NDZ-201依次加入反应器，80℃恒温水浴，持续搅拌反应1h，过滤，洗涤，干燥，制得表面改性水滑石。
步骤2：将3份密胺磷酸盐、0.6份表面改性水滑石加入到100份160℃4％SBS改性沥青中，普通搅拌(450rpm/min)搅拌混合1h，得到阻燃SBS改性沥青。
实施例2
制备表面改性水滑石方法同实施例1中步骤1，偶联剂为硬脂酸，用量为水滑石重量的8％。
将6份密胺磷酸盐、1.2份表面改性水滑石加入到100份160℃ SBS改性沥青中，普通搅拌(450rpm/min)搅拌混合1h，得到阻燃SBS改性沥青。
实施例3
制备表面改性水滑石方法同实施例1中步骤1，偶联剂为硅烷偶联剂，用量为水滑石重量的10％。
将9份密胺磷酸盐、1.8份表面改性水滑石加入到100份160℃ SBS改性沥青中，普通搅拌(450rpm/min)搅拌混合1h，得到阻燃SBS改性沥青。
实施例4
制备表面改性水滑石方法同实施例1中步骤1。
将12份密胺磷酸盐、2.4份表面改性水滑石加入到100份160℃ SBS改性沥青中，普通搅拌(450rpm/min)搅拌混合1h，得到阻燃SBS改性沥青。
实施例5
制备表面改性水滑石方法同实施例1中步骤1。
将3份硼酸锌、0.6份表面改性水滑石加入到100份160℃ SBS改性沥青中，普通搅拌(450rpm/min)搅拌混合1h，得到阻燃SBS改性沥青。
实施例6
制备表面改性水滑石方法同实施例1中步骤1。
将6份硼酸锌、1.2份表面改性水滑石加入到100份160℃ SBS改性沥青中，普通搅拌(450rpm/min)搅拌混合1h，得到阻燃SBS改性沥青。
实施例7
制备表面改性水滑石方法同实施例1中步骤1。
将9份硼酸锌、1.8份表面改性水滑石加入到100份160℃ AH-90(针入度871/10mm，软化点48.5℃)中，普通搅拌(450rpm/min)搅拌混合1h，得到阻燃AH-70沥青。
实施例8
制备表面改性水滑石方法同实施例1中步骤1。
将12份硼酸锌、2.4份表面改性水滑石加入到100份140℃ AH-110(针入度106 1/10mm，软化点44℃)中，普通搅拌(450rpm/min)搅拌混合1h，得到阻燃AH-90沥青。
比较例1
将12份密胺磷酸盐加入到100份160℃ SBS改性沥青中，普通搅拌(450rpm/min)搅拌混合1h，得到阻燃SBS改性沥青。
比较例2
将12份硼酸锌加入到100份160℃ AH-110(针入度1061/10mm，软化点44℃)沥青中，普通搅拌(450rpm/min)搅拌混合1h，得到阻燃AH-90沥青。
表1阻燃SBS改性沥青性能指标
表2阻燃沥青性能指标
从上表数据可以看出，随着纳米材料水滑石加入量的增加，软化点的变化不大，延度有所下降，极限氧指数得到了明显的提高。另外，在阻燃效果相近时，可以显著降低阻燃剂加入量，纳米材料水滑石与其它阻燃剂起到了很好的协同效果，阻燃剂与基础沥青之间有良好的相容性。
Claims (7)
1.一种路用环保型阻燃沥青，其特征在于按质量份计包括：
(1)基础沥青：100份；
(2)阻燃剂：2-15份，阻燃剂为磷系、氮系或硼系无卤阻燃剂，或者是上述中的一种或几种的混合物；
(3)表面改性纳米材料水滑石：0.5-2.4份，其中纳米材料水滑石为镁铝碳酸根水滑石，具体为分子式为[Mg1-XAlX(OH)2]X+[(CO3)X/2]X-·mH2O，X=0.2～0.33，0.1≤m≤0.8，其颗粒度为15～70nm。
2.按照权利要求1所述的阻燃沥青，其特征在于：基础沥青为普通重交道路石油沥青，或者为聚合物改性沥青，或者为废胶粉改性沥青。
3.按照权利要求2所述的阻燃沥青，其特征在于：聚合物改性沥青中，按质量计，聚合物占聚合物改性沥青的2％～10％。
4.按照权利要求1所述的阻燃沥青，其特征在于：阻燃剂为硼酸锌、三氧化二锑、三聚氰胺、密胺磷酸盐、红磷中的一种或几种。
5.按照权利要求1所述的阻燃沥青，其特征在于：表面改性纳米材料水滑石为偶联剂表面改性的纳米材料水滑石，偶联剂为钛酸酯偶联剂、硬脂酸、硬脂酸-稀土偶联剂或硅烷偶联剂。
6.按照权利要求5所述的阻燃沥青，其特征在于：偶联剂用量为纳米材料水滑石重量的1％～15％，表面改性纳米材料水滑石为纳米材料水滑石与偶联剂经加适量水在50～90℃反应后制得。
7.一种权利要求1所述环保型阻燃沥青的制备方法，过程如下：
(1)将纳米材料水滑石、适量去离子水及偶联剂依次加入反应器，50～90℃恒温，持续搅拌反应0.3～3h，过滤，洗涤，干燥，制得表面改性水滑石；
(2)将阻燃剂、表面改性纳米材料水滑石加入到120-180℃的沥青中，搅拌混合0.5～3h，得到阻燃沥青。
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