一种硫磺沥青及混合料的制备方法.pdf

本发明公开了一种硫磺沥青及混合料的制备方法，该硫磺沥青是油包水型，以硫磺沥青总重量计，硫磺沥青包括如下组分：基质沥青30%~97%，水0.9%~34%，乳化剂1%~6%，硫磺1%~30%。制备方法如下：将乳化剂加入到熔融态的基质沥青中混合均匀，将一定量的水缓慢滴加到混有乳化剂的基质沥青中，经充分混合，水以细小的微珠状态分散于含有乳化剂的沥青中，即形成油包水型乳化沥青；再将硫磺加入到这种油包水型乳化沥青中混合均匀与沥青充分反应，得到硫磺沥青。该硫磺沥青高温稳定性好，硫磺沥青的制备温度及沥青混合料的拌合温度低，混合料抗车辙性能好，减少了有害气体挥发以及沥青的热老化现象，节能环保。

权利要求书
1.  一种硫磺沥青，其特征在于：硫磺沥青是油包水型乳化沥青，硫磺分散于水相中，以硫磺沥青总重量计，包括如下组分：基质沥青30%~97%，优选66%~85%，水0.9%~34%，优选10%~30%，乳化剂1%~6%，优选2%~4%，硫磺1%~30%，优选2%~20%。

2.  按照权利要求1所述的硫磺沥青，其特征在于：以硫磺沥青总重量计，包括如下组分：基质沥青66%~85%，水10%~30%，乳化剂2%~4%，硫磺优选2%~20%。

3.  按照权利要求1所述的硫磺沥青，其特征在于：所述的基质沥青为用于道路铺筑的石油沥青和沥青原料，选自普通石油沥青、聚合物改性沥青、重质渣油或煤沥青中的一种或几种，基质沥青的软化点为30~60℃，针入度为20~200 1/10mm。

4.  按照权利要求1所述的硫磺沥青，其特征在于：所述的乳化剂的HLB值在3~8之间，选自失水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯山梨醇蜂蜡衍生物、失水山梨醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨醇六硬脂酸酯、乙二醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、丙二醇单硬脂酸酯、失水山梨醇倍半油酸酯、聚氧乙烯山梨醇4.5油酸酯、甘油单硬脂酸酯、失水山梨醇单油酸酯、丙二醇单月桂酸酯、失水山梨醇单硬脂酸酯、二乙二醇单油酸酯、二乙二醇单硬脂酸酯、二乙二醇单月桂酸酯、失水山梨醇单棕榈酸酯、聚氧乙烯二油酸酯、四乙二醇单硬脂酸酯或四乙二醇单油酸酯中的一种或几种。

5.  按照权利要求1所述的硫磺沥青，其特征在于：硫磺沥青中加入炭黑，以硫磺乳化沥青为基准，炭黑加入量为1%~6%。

6.  一种权利要求1所述的硫磺沥青的制备方法，其特征在于包括如下内容：将乳化剂、硫磺和水混合均匀，硫磺均匀分散于水中形成悬浊液，然后将悬浊液以滴加或喷洒的方式加入到熔融态的基质沥青中进行乳化反应，包裹硫磺的水相以细小的微珠状态均匀分散于基质沥青中，即形成油包水型硫磺沥青。

7.  按照权利要求6所述的方法，其特征在于：乳化剂、硫磺和水的混合温度为40~70℃，混合过程采用高速搅拌，搅拌速度为800~1500转/分。

8.  按照权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的滴加速度为10~6000滴/分钟。

9.  按照权利要求6或8所述的方法，其特征在于：以水总加入量为基准，滴加初期速度为10~100滴/分钟，当水量加入至3%~10%时，滴加速度调变为100~6000滴/分钟。

10.  按照权利要求6所述的方法，其特征在于：喷洒过程采用具有喷洒功能的设备进行，喷洒时，喷头或喷嘴需浸没到基质沥青中；喷洒次数为1~10次，每次喷入量为10%~100%，间隔时间为5~20分钟。

11.  按照权利要求6所述的方法，其特征在于：乳化反应的条件为：反应时间40~150分钟，反应温度80~130℃，搅拌速度为100~600转/分钟。

12.  一种权利要求1所述的硫磺沥青应用于沥青混合料拌合，具体过程为：将硫磺沥青加热到110~135℃，与125~145℃的矿料混合，搅拌10~60秒拌和均匀，得到硫磺沥青混合料。

说明书一种硫磺沥青及混合料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种硫磺沥青及混合料的制备方法，具体地涉及一种油包水型温拌硫磺乳化沥青及混合料的制备方法。 
背景技术
炼油企业在进行清洁燃料生产的同时，副产了大量的硫磺，使硫磺市场呈现出供过于求的局面。硫磺是一种易燃易爆的危险化学品，如果深埋又是一种浪费，如何有效地利用硫磺成为一个亟待解决的问题。目前，硫磺的一种应用途径是作为添加剂加入到沥青中用于道路的铺筑，用来提高沥青混合料路面的抗车辙性能。
CN201310033455.9介绍了一种硫磺改性沥青的制备方法，具体是将硫磺与石膏晶须、烟雾抑制剂加入到基质沥青中制备硫磺沥青。CN200410037665.6介绍了一种硫磺改性沥青混合料，具体是将50%~99.99%的硫磺，0%~49%的碳，0.01%~1%的烟雾抑制剂和0~3%增塑剂混合造粒，然后在混合料拌和时加入上述颗粒。CN201110236016.9介绍了一种温拌硫磺沥青的制备方法，具体是将硫磺、增塑剂混合1~24小时形成线性高分子物质，然后将上述线性高分子物质和除味剂、增香剂加入130~160℃基质沥青中混合至少30分钟即得到温拌沥青。
上述专利中的硫磺改性沥青没有有效地降低制备和使用温度的手段，在制备和使用过程中释放出大量硫化氢、二氧化硫等有毒气体，对环境和施工人员的健康危害较大，虽然加入烟雾抑制剂、增香剂、除味剂等可以部分抑制这些有毒气体的散发或掩盖其刺激性气味，但这些方法都不能从根源上解决硫磺沥青在制备和使用过程中味大、有毒的问题。有效地降低硫磺沥青的制备和使用温度才是减少硫磺沥青有毒气体散发的关键。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种硫磺沥青及混合料的制备方法，该硫磺沥青的制备温度及沥青混合料的拌合温度低，减少了有害气体挥发以及沥青的热老化现象，节能环保，沥青混合料高温稳定性和抗车辙性能好，尤其适用于重交通量或我国南方高温地区容易发生车辙的沥青公路的铺筑。 
本发明的硫磺沥青是油包水型乳化沥青，硫磺分散于水相中，以硫磺沥青总重量计，包括如下组分：基质沥青30%~97%，优选66%~85%，水0.9%~34%，优选10%~30%，乳化剂1%~6%，优选2%~4%，硫磺1%~30%，优选2%~20%。
本发明硫磺沥青中，所述的基质沥青为用于道路铺筑的石油沥青和沥青原料，如普通石油沥青、聚合物改性沥青、重质渣油或煤沥青中的一种或几种，基质沥青的软化点为30~60℃，针入度为20~200 1/10mm，优选60~170 1/10mm。
本发明硫磺沥青中，所述的乳化剂的HLB值在3~8之间，选自失水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯山梨醇蜂蜡衍生物、失水山梨醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨醇六硬脂酸酯、乙二醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、丙二醇单硬脂酸酯、失水山梨醇倍半油酸酯、聚氧乙烯山梨醇4.5油酸酯、甘油单硬脂酸酯、失水山梨醇单油酸酯、丙二醇单月桂酸酯、失水山梨醇单硬脂酸酯、二乙二醇单油酸酯、二乙二醇单硬脂酸酯、二乙二醇单月桂酸酯、失水山梨醇单棕榈酸酯、聚氧乙烯二油酸酯、四乙二醇单硬脂酸酯或四乙二醇单油酸酯中的一种或几种。
本发明硫磺沥青中，优选加入炭黑，以硫磺乳化沥青为基准，炭黑加入量为1%~6%，硫磺乳化沥青各组分含量之和为100%。炭黑与乳化剂配合，起到助乳化的作用。
本发明硫磺沥青中，所述的硫磺为片状、粉末状、颗粒状，优选粉末状硫磺，可以是市售硫磺，也可以是天然气处理或炼油厂加工石油时所产生的副产物硫磺。
本发明硫磺沥青中，可以根据需要添加其它常用的添加剂，如抗老化剂、增粘剂、增韧剂、增延剂或增塑剂中的一种或几种，添加剂加入量占硫磺乳化沥青重量的0.5%~3%，硫磺乳化沥青各组分含量之和为100%。
本发明的硫磺沥青的制备方法，包括如下内容：将乳化剂、硫磺和水混合均匀，硫磺均匀分散于水中形成悬浊液，然后将悬浊液以滴加或喷洒的方式加入到熔融态的基质沥青中进行乳化反应，包裹硫磺的水相以细小的微珠状态均匀分散于基质沥青中，即形成油包水型硫磺沥青。
本发明方法中，乳化剂、硫磺和水的混合温度为40~70℃，混合过程采用高速搅拌，搅拌速度为800~1500转/分。
本发明方法中，所述的滴加速度为10~6000滴/分钟，优选30~4000滴/分钟。根据水被沥青包裹速度调整，若水被沥青包裹速度快则滴加速度相应要快，若水被沥青包裹速度慢则滴加速度相应调慢。本发明方法中也可以根据加入水的量对滴加速度进行调变，以水总加入量为基准，滴加初期速度为10~100滴/分钟，当水量加入至3%~10%时，滴加速度调变为100~6000滴/分钟。
本发明方法中，喷洒过程采用具有喷洒功能的设备进行，如带有喷头的喷洒机，带有喷嘴的喷雾器等，喷洒时，喷头或喷嘴需浸没到基质沥青中；喷洒次数为1~10次，每次喷入量为10%~100%，间隔时间为5~20分钟，所述的喷入量、喷入次数和间隔时间根据水被沥青包裹情况调整，水被沥青包裹速度快则皂液喷入量大或间隔时间短，水被沥青包裹速度慢则要减小喷入量或间隔时间长。
本发明方法中，乳化反应的条件为：反应时间40~150分钟，反应温度80~130℃，搅拌速度为100~600转/分钟，优选200~500转/分钟，其中搅拌采用一般的机械搅拌。 
本发明硫磺沥青应用于沥青混合料拌合，具体过程为：将硫磺沥青加热到110~135℃，与125~145℃的矿料混合，搅拌10~60秒拌和均匀，得到硫磺沥青混合料。
本发明油包水型硫磺沥青，硫磺分散在被沥青包裹的水相中，当与矿料拌和时硫磺沥青破乳，细小水珠吸热汽化使沥青体积发生膨胀，沥青的粘度随之显著减小，沥青混合料的拌和温度降低，大大减少了升华硫、硫化氢、二氧化硫等有毒气体的生成和沥青的热老化，水珠中的硫磺融于沥青中，在拌和及养生过程中，对沥青高温性能起到改善作用。硫磺沥青混合料有良好的高温稳定性和抗车辙能力，制备过程能环保，是一种清洁环保型绿色硫磺沥青材料。
具体实施方式
下面将通过实施例对本发明进行进一步说明，但并不因此而限制本发明，其中的百分含量为质量百分含量。其中滴加速度根据水被沥青包裹速度调整，若水被沥青包裹速度快则滴加速度相应要快，若水被沥青包裹速度慢则滴加速度相应调慢；喷洒过程的参数（喷入量、喷入次数和间隔时间）根据水被沥青包裹情况调整，水被沥青包裹速度快则乳浊液喷入量大或间隔时间短，水被沥青包裹速度慢则要减小喷入量或间隔时间长。
实施例1
500g某道路沥青、石油渣油和煤沥青混合的130号B级沥青，针入度138（0.1mm），软化点41℃，在110℃的烘箱中加热4小时备用；将5.4g甘油单硬脂酸酯、3.2g 乙二醇脂肪酸酯和2.2g碳黑混合物及20g硫磺加入30g水，水温45℃，以800转/分钟的速度搅拌形成悬浊液，将上述悬浊液以800~4000滴/分钟的速度加入到110℃的基质沥青中，同时以500转/分钟的速度搅拌乳化，乳化时间50分钟，乳化温度80~110℃，即形成油包水型硫磺沥青，性质见表1。
实施例2
500g某道路沥青、石油渣油和煤沥青混合的130号B级沥青，针入度138（0.1mm），软化点41℃，在110℃的烘箱中加热4小时备用；将5.5g失水山梨醇三油酸酯、3.3g丙二醇脂肪酸酯和2.0g碳黑混合物及20g硫磺粉加入35g水中，水温45℃，以900转/分钟的速度搅拌形成悬浊液，通过一根伸入基质沥青中的带喷头的管子将上述悬浊液以细小的微滴状态间歇喷入到110℃的基质沥青中，平均分2次喷完，每次间隔10分钟，同时以500转/分钟的速度搅拌乳化，乳化时间60分钟，乳化温度80~110℃，即形成油包水型硫磺沥青，性质见表1。
实施例3
500g某道路沥青、石油渣油和煤沥青混合的110号B级沥青，针入度113（0.1mm），软化点44℃，在120℃的烘箱中加热4小时备用；将5.2g 聚氧乙烯山梨醇蜂蜡衍生物、4.3g 丙二醇脂肪酸酯、3.5g 失水山梨醇三硬脂酸酯、2.6g 甘油单硬脂酸酯和1.7g 乙二醇脂肪酸酯的混合物及40g硫磺粉加入到65g水中，水温55℃，以800转/分钟速度搅拌形成悬浊液，采用滴定方法将上述悬浊液以500~2000滴/分钟的速度加入到120℃的基质沥青中，同时以400转/分钟的速度搅拌乳化，乳化时间70分钟，乳化温度80~120℃，即形成油包水型硫磺沥青，性质见表1。
实施例4
500g某90号A级道路沥青，针入度89（0.1mm），软化点47℃，在130℃的烘箱中加热4小时备用；将8.8g丙二醇脂肪酸酯、7.0g 乙二醇脂肪酸酯、1.8g 甘油单硬脂酸酯、5.3g失水山梨醇三硬脂酸酯和3.6g碳黑混合物及80g硫磺粉加入130g水中，水温45℃，以搅拌1300转/分钟的速度搅拌形成悬浊液，采用滴定方法将上述悬浊液以5~1000滴/分钟的速度缓慢加入到130℃的基质沥青中，同时以300转/分钟的速度搅拌乳化，乳化时间80分钟，乳化温度90~130℃，即形成油包水型硫磺沥青，性质见表1。
实施例5
500g某70号SBS改性沥青，针入度76（0.1mm），软化点58℃，在145℃的烘箱中加热4小时备用；将10.2g 聚氧乙烯山梨醇六硬脂酸酯、16.3g甘油单硬脂酸酯、2.0g 失水山梨醇三油酸酯和2.0g碳黑及140g硫磺粉加入到220g水中，水温55℃，以800转/分钟的速度搅拌形成悬浊液，采用滴定方法将30%的悬浊液以2~100滴/分钟的速度缓慢加入到145℃的基质沥青中，然后以100~3000滴/分钟的速度加入剩余的悬浊液，同时以200转/分钟的速度搅拌乳化，乳化时间60分钟，乳化温度95~130℃，即形成油包水型硫磺沥青，性质见表1。
实施例6
500g某70号SBS改性沥青，针入度76（0.1mm），软化点58℃，在145℃的烘箱中加热4小时备用；将10.2g失水山梨醇三硬脂酸酯、16.3g丙二醇单月桂酸酯、2.0g二乙二醇单硬脂酸酯和2.0g碳黑及150g硫磺粉加入230g水中，水温50℃，用高剪切机以1500转/分钟的速度剪切形成悬浊液，通过一根伸入基质沥青中的带喷头的管子将上述悬浊液以细小的微滴状态间歇喷入到熔融的基质沥青中，平均分10次喷完，每次间隔10分钟，喷洒的同时以500转/分钟的速度剪切乳化，乳化时间120分钟，乳化温度95~130℃，即形成油包水型硫磺沥青，性质见表1。
对比例1（对应实施例4）
500g某90号A级道路沥青，针入度89（0.1mm），软化点47℃，在130℃的烘箱中加热4小时备用，然后将80g硫磺粉加入到上述沥青中并以550转/分钟的速度搅拌40分钟形成硫磺沥青，性质见表1。
实施例7
将实施例1~6和对比例1所制备的硫磺沥青产品及基质沥青分别与石料拌合均匀，拌和时间为30秒，然后制备成沥青混合料试件，进行沥青混合料性能评价实验，评价结果见表1。
表1 基质沥青、实施例及对比例产品性能及混合料性能评价结果。

从表1可以看出，本发明硫磺沥青的流动性变好，具体体现在针入度变大、软化点下降，粘度降低，硫磺沥青加热温度、混合料的拌和温度及压实温度均比热拌基质沥青降低很多，硫磺沥青混合料的性能与热拌基质沥青相当。