專利名稱：硬瀝青用做高分子材料添加改性劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用硬瀝青填充改性高分子材料的方法，具體來(lái)說(shuō)涉及使用目前石油工業(yè)中產(chǎn)生的副產(chǎn)品-高軟化點(diǎn)硬瀝青，在通用高分子材料(聚苯乙烯、聚丙烯，聚氯乙烯、環(huán)氧樹脂等)中填充改性的應(yīng)用方法。由于該方法能有效利用目前石油工業(yè)中產(chǎn)生的大量硬瀝青材料，而且可以達(dá)到改善高分子材料性能和降低材料成本的目的，對(duì)優(yōu)化重質(zhì)油加工生產(chǎn)過(guò)程和拓寬高分子材料領(lǐng)域有明顯的實(shí)際意義。
背景技術(shù)：
隨著石油資源輕質(zhì)組分的相對(duì)枯竭，煉油過(guò)程中的重質(zhì)油加工也越來(lái)越重要，加工條件也越發(fā)苛刻。重質(zhì)油加工的熔劑脫瀝青法能為二次加工提供更多原料，從而能生產(chǎn)更多的輕質(zhì)油品，但同時(shí)也使得副產(chǎn)品——脫油瀝青的軟化點(diǎn)升高(軟化點(diǎn)一般在120℃以上，Eureka瀝青的軟化點(diǎn)在200℃以上)，含碳量80％以上，灰份很低，常溫下硬而脆，高溫下為粘稠狀半流體，此時(shí)已不適合生產(chǎn)合格的瀝青產(chǎn)品，這種硬瀝青的合理利用已成為制約溶劑脫瀝青加工重質(zhì)油方法應(yīng)用的一大難題。該發(fā)明的目的在于盡可能使硬瀝青這一重油加工殘?jiān)Y源，往高附加值的下游產(chǎn)品上利用。
由于本發(fā)明優(yōu)先選用發(fā)泡聚苯乙烯作為主要目標(biāo)改性高分子材料，所以有必要對(duì)其做簡(jiǎn)要介紹聚苯乙烯(PS)是當(dāng)今四大通用塑料之一，聚苯乙烯系列主要包括通用聚苯乙烯(GPPS)、抗沖擊聚苯乙烯(HIPS)、可發(fā)性聚苯乙烯(EPS)三大類，世界上這三大類聚苯乙烯的年生產(chǎn)能力早已超過(guò)千萬(wàn)噸，為僅次于聚乙烯和聚氯乙烯的第三大通用塑料。
EPS(Expanded polystyrene)是發(fā)泡聚苯乙烯的簡(jiǎn)稱。最早是由BASF公司1952年開發(fā)出來(lái)的。它是采用聚苯乙烯樹脂加入發(fā)泡劑，同時(shí)進(jìn)行加熱軟化，產(chǎn)生氣體的發(fā)泡樹脂，故亦稱泡沫塑料，屬超輕質(zhì)材料。我國(guó)目前每年使用發(fā)泡聚苯乙烯的消耗量約100萬(wàn)噸，而且最近每年的使用量至少還在以10％的速度在急劇增加。發(fā)泡聚苯乙烯具有自重輕，隔熱性能好的特點(diǎn)，大量用做包裝材料和保溫材料。同時(shí)由于我國(guó)墻體材料革新與建筑節(jié)能法規(guī)的要求，發(fā)泡聚苯乙烯板大規(guī)模用做鋼塑復(fù)合板、以及墻體保溫材料、路橋工程中，其中產(chǎn)量的一半以上用在建筑保溫材料和路橋工程中，上海F1國(guó)際賽車場(chǎng)地一次用量就達(dá)6萬(wàn)噸，可見發(fā)泡聚苯乙烯具有廣闊的市場(chǎng)前景。由于硬瀝青為黑色或深褐色固體，本發(fā)明的改性發(fā)泡聚苯乙烯可作為黑色材料，主要用于保溫板材、路橋工程和鋼塑復(fù)合板，尤以前兩項(xiàng)的應(yīng)用具有廣闊的前景。
以我國(guó)國(guó)情，EPS材料作為一種化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品，如用以大面積鋪筑路堤就會(huì)面臨原材料價(jià)格貴、工程費(fèi)用提高的問(wèn)題，這使得EPS材料在路橋工程的應(yīng)用將會(huì)受到一定限制，所以應(yīng)積極開發(fā)新產(chǎn)品，盡可能降低造價(jià)，并研究性能更好、價(jià)格較便宜的EPS產(chǎn)品。目前EPS市場(chǎng)價(jià)格已經(jīng)突破10000元/T，如果能夠添加10％-20％的硬瀝青類物質(zhì)，其中的價(jià)格空間是很大的。同時(shí)對(duì)我國(guó)石化資源的最大化利用和重質(zhì)油加工過(guò)程優(yōu)化都具有積極的促進(jìn)作用。

發(fā)明內(nèi)容
剛性粒子增韌增強(qiáng)高分子材料是指通過(guò)添加無(wú)機(jī)或有機(jī)剛性粒子，達(dá)到改善高分子材料使用性能是一個(gè)有效的方法。如果通過(guò)使用硬瀝青作為有機(jī)剛性粒子對(duì)高分子材料進(jìn)行增韌處理，其應(yīng)用前景將是極廣闊的。既能解決硬瀝青的合理利用問(wèn)題，又能為高分子材料性能的改善提供一種廉價(jià)、產(chǎn)量大的天然亞微米或納米材料。硬瀝青材料能在芳烴溶劑中自發(fā)分散成膠體，這意味著硬瀝青膠體納米顆粒能很容易地在聚苯乙烯等高分子熔融體中均勻分散。而高分子改性材料中超細(xì)顆粒的均勻分散是材料性能優(yōu)良的必要條件，也是工藝上很難控制的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)本發(fā)明的方法能得到有效解決。研究以價(jià)廉、量大的工業(yè)副產(chǎn)品硬瀝青經(jīng)過(guò)一定處理后作為有效的高分子材料添加該性劑，不僅能解決工業(yè)副產(chǎn)品的合理利用問(wèn)題，還能提高通用高分子材料的產(chǎn)品性能，降低它們的生產(chǎn)成本，帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
本發(fā)明采用硬瀝青與高分子材料熔融共混的方法使得高分子材料與硬瀝青材料達(dá)到均勻共混的目的，再經(jīng)過(guò)造粒、成型過(guò)程制備所需形狀的制品。而且通過(guò)試驗(yàn)表明，該方法是確實(shí)可行的能有效改善聚苯乙烯材料的抗沖擊性能。
在聚苯乙烯中添加20％的硬瀝青產(chǎn)品后經(jīng)熔融共混、注塑制成的標(biāo)準(zhǔn)樣條經(jīng)懸臂梁沖擊試驗(yàn)方法(GB/T 1843-1996)檢測(cè)如下2.59KJ/m2100％聚苯乙烯樣條抗沖擊性能值為2.59KJ/m220％硬瀝青+80％聚苯乙烯樣條抗沖擊性能值為3.31KJ/m2檢測(cè)結(jié)果表明硬瀝青聚苯乙烯材料的抗沖擊性能比純聚苯乙烯材料提高了25％以上。由此說(shuō)明本發(fā)明的方法在很大程度上改善聚苯乙烯材料的力學(xué)性能。
本發(fā)明包括一種改性高分子材料，含有高分子材料和硬瀝青。其中高分子材料選自聚苯乙烯、聚氯乙烯、環(huán)氧樹脂、聚丙烯。其中硬瀝青為軟化點(diǎn)在100℃以上的重脫油瀝青或尤里卡(Eureka)瀝青。改性高分子材料還包括發(fā)泡劑，其中的發(fā)泡劑為戊烷。
高分子材料優(yōu)選聚苯乙烯，其質(zhì)量占總組分質(zhì)量的70％～95％，硬瀝青為直徑2-3mm的顆粒，或細(xì)度為2000目以上的超細(xì)粉體。
所述的改性高分子材料的制備方法，包括將高分子材料和硬瀝青加入反應(yīng)器中。其中的反應(yīng)器為擠塑發(fā)泡機(jī)、螺桿擠出機(jī)、澆鑄模具。
改性高分子材料的制備方法，包括以下步驟1)、將高分子材料、硬瀝青加入螺桿擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出造粒；2)、產(chǎn)物加入高壓反應(yīng)釜，再加入水和活性磷酸鈣；3)、加入發(fā)泡劑；4)、升溫至100℃，并充入氮?dú)饩S持限定的壓力；5)、冷卻；6)、出料；7)、洗滌。
改性高分子材料的制備方法，其中的高分子材料為聚苯乙烯。其中的發(fā)泡劑為戊烷。產(chǎn)物可使用蒸汽發(fā)泡機(jī)進(jìn)行二次發(fā)泡處理。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1聚苯乙烯粒料850公斤，硬瀝青顆粒(直徑為2-3mm)200公斤，滑石粉10公斤，硬酯酸鋅2公斤。加料進(jìn)入擠出發(fā)泡機(jī)(XPS)，直接制備擠出發(fā)泡聚苯乙烯板材。
實(shí)施例2聚苯乙烯粒料850公斤，硬瀝青顆粒(直徑為2-3mm)200公斤，加入擠塑機(jī)進(jìn)行共混擠塑造粒。將造粒后的硬瀝青聚苯乙烯粒料加入高壓反應(yīng)釜，再加入水和磷酸鈣分散后，加入10％的戊烷做為發(fā)泡劑，升溫100℃，充入氮?dú)饩S持壓力為0.9MPa 5小時(shí)后，冷卻至40℃，出料，洗滌，制得可發(fā)泡聚苯乙烯粒料。使用蒸汽發(fā)泡機(jī)并進(jìn)行二次發(fā)泡處理可以制備各種形狀的聚苯乙烯發(fā)泡材料。
實(shí)施例3聚氯乙烯850公斤，硬瀝青顆粒(直徑為2-3mm)200公斤，熱穩(wěn)定劑20公斤，鄰苯二甲酸二異辛酯10公斤加入擠塑機(jī)進(jìn)行共混擠塑造粒，造粒后的粒料成型各種所需形狀的硬瀝青聚氯乙烯材料。
實(shí)施例4聚丙烯料900公斤，硬瀝青超微粉(2000目以上)100公斤，加以少量液體石蠟使聚丙烯和硬瀝青粉體在混合機(jī)中充分混合后，加入擠塑機(jī)進(jìn)行共混擠塑造粒，造粒后的粒料注塑成型各種所需形狀的硬瀝青聚丙烯材料。
實(shí)施例5環(huán)氧樹脂9公斤，聚酰胺樹脂3公斤，硬瀝青超微粉(2000目以上)2公斤，將以上組分充分混合后；澆鑄固化成型，制備各種所需形狀的硬瀝青環(huán)氧樹脂材料。
權(quán)利要求
1.一種改性高分子材料，含有高分子材料和硬瀝青。
2.權(quán)利要求1的改性高分子材料，其中高分子材料選自聚苯乙烯、聚氯乙烯、環(huán)氧樹脂、聚丙烯。
3.權(quán)利要求1的改性高分子材料，其中硬瀝青為軟化點(diǎn)在100℃以上的重脫油瀝青或尤里卡(Eureka)瀝青。
4.權(quán)利要求2或3的改性高分子材料，高分子材料為聚苯乙烯，其質(zhì)量占總組分質(zhì)量的70％～95％。
5.權(quán)利要求2或3的改性高分子材料，該材料還包括發(fā)泡劑。
6.權(quán)利要求1所述的改性高分子材料的制備方法，包括將高分子材料和硬瀝青加入反應(yīng)器中。
7.權(quán)利要求6的改性高分子材料的制備方法，其中的反應(yīng)器為擠塑發(fā)泡機(jī)、螺桿擠出機(jī)、澆鑄模具。
8.權(quán)利要求6的改性高分子材料的制備方法，包括以下步驟1)、將高分子材料、硬瀝青加入螺桿擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出造粒；2)、產(chǎn)物加入高壓反應(yīng)釜，再加入水和活性磷酸鈣；3)、加入發(fā)泡劑；4)、升溫至100℃，并充入氮?dú)饩S持限定的壓力；5)、冷卻；6)、出料；7)、洗滌。
9.權(quán)利要求8的改性高分子材料的制備方法，其中的高分子材料為聚苯乙烯。
10.權(quán)利要求8或9的改性高分子材料的制備方法，其中的發(fā)泡劑為戊烷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使用硬瀝青作填充劑的改性高分子材料及其制備方法，該方法具體來(lái)說(shuō)是一種能將目前石油工業(yè)中產(chǎn)生的副產(chǎn)品—高軟化點(diǎn)瀝青，加入到通用高分子材料(如聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、環(huán)氧樹脂等)中，進(jìn)行發(fā)泡，制得改性高分子材料的方法。本發(fā)明能有效利用大量的石油加工副產(chǎn)品—硬瀝青材料，而且可以實(shí)現(xiàn)改善高分子材料性能和降低材料成本的目的，對(duì)優(yōu)化重質(zhì)油加工生產(chǎn)過(guò)程和拓寬高分子材料領(lǐng)域有明顯的實(shí)際意義。
文檔編號(hào)C08L95/00GK1749306SQ20051000006
公開日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2005年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月6日
發(fā)明者羅付生, 趙鎖奇, 徐春明 申請(qǐng)人:石油大學(xué)(北京)