本發(fā)明屬于阻燃瀝青技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種有機(jī)化蒙脫土阻燃瀝青及其制備方法。

背景技術(shù)：

瀝青是由碳、氫為主要元素組成的有機(jī)高分子化合物，具有易燃的特點(diǎn)。瀝青燃燒的過(guò)程，首先熔融、滴落、流淌，接著是熔珠燃燒、再由燃燒的熔珠灑落、流淌，造成火勢(shì)蔓延擴(kuò)大。瀝青的燃燒是一個(gè)放熱、分解的化學(xué)過(guò)程，燃燒中分解出氫、甲烷、苯及烷烴類易燃?xì)怏w，這些氣體的燃燒又進(jìn)一步能夠加快瀝青的熱分解，尤其是在隧道中，一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)擴(kuò)展快、范圍廣、損失大。公路隧道的不斷涌現(xiàn)和隧道交通量的增大，隧道火災(zāi)發(fā)生的頻率也會(huì)逐漸增大。由于隧道的封閉性，一旦發(fā)生火災(zāi)事故，其后果不堪設(shè)想。目前我國(guó)已建成投入使用的隧道安全措施堪憂，安全隱患很大。隧道火災(zāi)事故的巨大損失，引起了人們對(duì)隧道的安全性與火災(zāi)問(wèn)題的極大關(guān)注。這些路面需要具有較好的阻燃性能，以保證安全。許多國(guó)家已經(jīng)把隧道火災(zāi)防治的研究列為重要的課題。我國(guó)近年來(lái)也已經(jīng)開(kāi)始重視對(duì)隧道火災(zāi)的研究，力圖將隧道火災(zāi)的危險(xiǎn)與損失降到最低點(diǎn)。而提高瀝青的阻燃性，鋪筑阻燃瀝青混凝土路面是目前減少隧道中瀝青路面火災(zāi)人員傷亡和物質(zhì)損失的重要措施之一。

常用的阻燃劑有鹵系、磷系、氮系、銻化合物類、硼化合物類、鎂化合物類、鋁化合物類等。如cn101817936a公開(kāi)了一種瀝青混合料用復(fù)合型阻燃劑及其制備方法，其中含有有機(jī)溴系阻燃劑。此類有機(jī)阻燃劑（如含鹵素化合物）阻燃效果較好，但其在高溫時(shí)會(huì)釋放有毒刺激性氣體，這不僅對(duì)于熱拌瀝青混合料的生產(chǎn)及施工都提出了很高的要求，而且對(duì)施工人員及日后運(yùn)行過(guò)程中人員健康也十分不利。目前，阻燃劑正朝著無(wú)鹵、低毒、低煙的方向發(fā)展。其中，金屬氫氧化物作為環(huán)保型阻燃劑，具有阻燃、抑煙、減少二次污染等特點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。然而，金屬氫氧化物作為阻燃劑應(yīng)用時(shí)也存在一定的缺點(diǎn)，例如需要添加量較高才能顯示出明顯的阻燃效果。

蒙脫土作為一種常用的阻燃材料，較多用于紡織品、尼龍等材料的阻燃。如cn201110427336公開(kāi)了一種納米阻燃尼龍，cn201310211318公開(kāi)了一種膨脹阻燃體系對(duì)純棉織物的阻燃整理方法。但由于瀝青高粘的特點(diǎn)，其流變性能差，使其與蒙脫土的相容性差，影響蒙脫土的分散性與均勻性，影響阻燃效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的一個(gè)目的在于提供一種有機(jī)化蒙脫土阻燃瀝青。本發(fā)明的另一目的在于進(jìn)一步提高蒙脫土表面的強(qiáng)極性，從而提高蒙脫土無(wú)機(jī)粉體顆粒在瀝青中的分散性和均勻性，降低了阻燃劑的填充量，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)阻燃劑和無(wú)機(jī)阻燃劑之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。最終提供一種阻燃性能優(yōu)良的道路瀝青。

本發(fā)明提供一種有機(jī)化蒙脫土阻燃瀝青，按重量份計(jì)包括：

基礎(chǔ)瀝青100份；

有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑2～15份；

其中有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑為蒙脫土顆粒表面包覆多聚磷酸胺鹽的具有核-殼結(jié)構(gòu)的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃材料。即以蒙脫土、多聚磷酸（ppa）和季銨鹽為原料，通過(guò)對(duì)微米級(jí)蒙脫土顆粒表面改性和包覆多聚磷酸銨鹽制備的具有核-殼結(jié)構(gòu)的蒙脫土有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑。其中各物質(zhì)的重量含量為：

蒙脫土：10%～25%

多聚磷酸：20%～40%

季銨鹽：35%～55%

所述的蒙脫土顆粒為微米級(jí)層狀硅酸鹽，蒙脫石含量大于96%。其粒徑優(yōu)選為5um至20um。其中所述的多聚磷酸的聚合度小于1000。

本發(fā)明中，季銨鹽可以是十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨、

三甲基-1-十四烷基溴化銨、雙十八烷基二甲基氯化銨、烷基二甲基芐基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨、甲基三辛基氯化銨、四丁基氯化銨、二癸基二甲基氯化銨、二椰油烷基二甲基氯化銨、三(十八烷基)甲基氯化銨等中的一種或多種。

本發(fā)明路用阻燃改性瀝青中，基礎(chǔ)瀝青可以根據(jù)使用的要求具體確定，如70號(hào)瀝青、90號(hào)瀝青等。

本發(fā)明路用阻燃改性瀝青中，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑的制備方案如下：

（1）在高速攪拌的條件下（1000～1500r/min），將蒙脫土迅速加入多聚磷酸乙醇溶液，持續(xù)攪拌至少20min，優(yōu)選25min-60min，抽濾，得到濾餅；

（2）將季銨鹽溶于乙醇溶液中得到季銨鹽乙醇溶液，加入氫氧化鈉或氫氧化鉀，攪拌30min，優(yōu)選25min-60min，抽濾，得到季銨堿乙醇溶液；

（3）將步驟（1）中濾餅加入季銨堿乙醇溶液中，加料完成后再攪拌30min～80min，抽濾。

（4）洗滌、真空干燥，最后得到顆粒狀有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑。

所述多聚磷酸的乙醇溶液的質(zhì)量濃度為5%～15%，所述季銨鹽乙醇溶液的質(zhì)量濃度為5%～25%。

有機(jī)改性或無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合改性蒙脫土具有良好的分散性，例如將有機(jī)物通過(guò)化學(xué)鍵包覆在蒙脫土粉體表面，形成一種具有核-殼結(jié)構(gòu)的疏水性有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑，從而改變蒙脫土表面的強(qiáng)極性?？商岣呙擅撏翢o(wú)機(jī)粉體顆粒在瀝青中的分散性和均勻性，降低了阻燃劑的填充量，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)阻燃劑和無(wú)機(jī)阻燃劑之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。同時(shí)克服了傳統(tǒng)無(wú)機(jī)物填充瀝青的缺點(diǎn)，賦予材料優(yōu)異的力學(xué)性能、抗疲勞性能、尺寸穩(wěn)定性和氣體阻透性能等。

本發(fā)明方法中，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑的合成原理是在微米級(jí)蒙脫土表面接枝多聚磷酸長(zhǎng)鏈，使其表面成酸性，再加入季銨堿發(fā)生酸堿反應(yīng)得到表面包覆多聚磷酸銨的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑。其反應(yīng)機(jī)理：

本發(fā)明同時(shí)提供了一種有機(jī)化蒙脫土阻燃瀝青的制備方法，包括：

（1）制備有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑；

（2）將步驟（1）所制備的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑加入到瀝青中即得本發(fā)明的有機(jī)化蒙脫土阻燃瀝青。

其中步驟（1）所述的制備有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑，包括：

（1）在1000～1500r/min高速攪拌的條件下，將蒙脫土迅速加入多聚磷酸乙醇溶液，持續(xù)攪拌至少20min，優(yōu)選25min-60min，抽濾，得到濾餅；

（2）將季銨鹽溶于乙醇溶液中，加入氫氧化鈉或氫氧化鉀，攪拌30min，優(yōu)選25min-60min，抽濾，得到季銨堿乙醇溶液；

（3）將步驟（1）中濾餅加入季銨堿乙醇溶液中，加料完成后再攪拌30min～80min，抽濾；

（4）洗滌、真空干燥，最后得到顆粒狀有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑。其中各物質(zhì)的重量含量為：

蒙脫土：10%～25%

多聚磷酸：20%～40%

季銨鹽：35%～55%；

其中多聚磷酸乙醇溶液的質(zhì)量濃度為5%～15%，所述季銨鹽乙醇溶液的質(zhì)量濃度為5%～25%。

步驟（3）所述的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑加入到瀝青中的過(guò)程為：將所述的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑加入到120℃～160℃的瀝青中，用高速剪切機(jī)在3000～4000r/min下剪切20min～60min，即得到本發(fā)明有機(jī)化蒙脫土阻燃瀝青。其中有機(jī)化蒙脫土阻燃劑和瀝青添加量為：基礎(chǔ)瀝青100份；有機(jī)改性蒙脫土有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑2～15份。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

1、本發(fā)明中蒙脫土的層狀結(jié)構(gòu)可以很好地改善瀝青的流變性能以及抗老化性能，增加瀝青的硬度，提高瀝青的抗熱氧老化及抗光氧老化能力。無(wú)機(jī)蒙脫土經(jīng)過(guò)有機(jī)插層后，層間距會(huì)明顯增大，使得蒙脫土與瀝青的相容性變好，改性效果更優(yōu)。

2、本發(fā)明通過(guò)在微米級(jí)蒙脫土顆粒表面生成化學(xué)鍵包覆多聚磷酸胺鹽制備出了具有核-殼結(jié)構(gòu)的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃材料，提高了蒙脫土無(wú)機(jī)粉體顆粒在瀝青中的分散性和均勻性，降低了阻燃劑的填充量，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)阻燃劑和無(wú)機(jī)阻燃劑之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

3、本發(fā)明中多聚磷酸胺是一種高效的有機(jī)膨脹型阻燃劑，多聚磷酸銨的含磷量高達(dá)30%～32%，含氮為14%～16%。這類阻燃劑最突出的特征是燃燒時(shí)的生煙量極低，不產(chǎn)生鹵化氫。通常填充量在l0%～20%時(shí)即可達(dá)到優(yōu)秀的阻燃性能。如果僅僅將蒙脫土和多聚磷酸銨簡(jiǎn)單的物理混合應(yīng)用于瀝青中，由于蒙脫土表面的強(qiáng)極性以及與瀝青間相容性差，會(huì)大大降低改性瀝青的穩(wěn)定性。

4、本發(fā)明中蒙脫土具有一定的阻燃性能，通過(guò)表面接枝包覆以后，與多聚磷酸銨相互配合、協(xié)同阻燃，具有良好的阻燃和抑煙效果。本發(fā)明阻燃瀝青氧指數(shù)高，燃燒時(shí)不產(chǎn)生鹵化氫等有毒氣體，對(duì)人體呼吸道及其他器官傷害小。制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)無(wú)污染，生產(chǎn)成本較低。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不因此限制本發(fā)明。

實(shí)施例1

有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑的制備：

其中蒙脫土中蒙脫石含量大于97%，其粒徑為10um。多聚磷酸的聚合度為100。

（1）在高速攪拌（1000～1500r/min）的條件下，將蒙脫土迅速加入多聚磷酸乙醇溶液（質(zhì)量濃度為8%），持續(xù)攪拌20min，抽濾。

（2）將十六烷基三甲基氯化銨溶于乙醇溶液中，加入氫氧化鈉，攪拌50min，抽濾，得到十六烷基三甲基氫氧化銨乙醇溶液（質(zhì)量濃度為10%）。

（3）將步驟（1）中濾餅加入到步驟（2）制備的十六烷基三甲基氫氧化銨乙醇溶液中，加料完成后再攪拌60min，抽濾。

（4）洗滌、真空干燥，最后得到顆粒分散性良好，蓬松不需要研磨的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑。

其中，其中各物質(zhì)的重量含量為：

蒙脫土：25%

多聚磷酸：25%

十六烷基三甲基氯化銨：50%

有機(jī)無(wú)機(jī)阻燃瀝青的制備如下：

將上述制備的有機(jī)化蒙脫土阻燃劑加入到150℃的70#瀝青中，用高速剪切機(jī)在3000～4000r/min下剪切30min，得到有機(jī)化蒙脫土阻燃瀝青。其中有機(jī)化蒙脫土阻燃劑和瀝青的重量比為1：10。

實(shí)施例2

有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑的制備：

其中蒙脫土中蒙脫石含量大于97%，其粒徑為10um。多聚磷酸的聚合度為100。

（1）在高速攪拌（1000～1500r/min）的條件下，將蒙脫土迅速加入多聚磷酸乙醇溶液（質(zhì)量濃度為10%），持續(xù)攪拌20min，抽濾。

（2）將十八烷基三甲基氯化銨溶于乙醇溶液中，加入氫氧化鈉，攪拌60min，抽濾，得到十八烷基三甲基氫氧化銨乙醇溶液（質(zhì)量濃度為15%）。

（3）將步驟（1）中濾餅加入到步驟（2）制備的十八烷基三甲基氫氧化銨乙醇溶液中，加料完成后再攪拌60min，抽濾。

（4）洗滌、真空干燥，最后得到顆粒分散性良好，蓬松不需要研磨的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑。

其中，其中各物質(zhì)的重量含量為：

蒙脫土：25%

多聚磷酸：30%

十八烷基三甲基氯化銨：45%

有機(jī)無(wú)機(jī)阻燃瀝青的制備如下：

將上述制備的有機(jī)化蒙脫土阻燃劑加入到150℃的70#瀝青中，用高速剪切機(jī)在3000～4000r/min下剪切30min，得到有機(jī)化蒙脫土阻燃瀝青。其中有機(jī)化蒙脫土阻燃劑和瀝青的重量比為3：20。

實(shí)施例3

有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑的制備：

其中蒙脫土中蒙脫石含量大于97%，其粒徑為10um。多聚磷酸的聚合度為100。

（1）在高速攪拌（1000～1500r/min）的條件下，將蒙脫土迅速加入多聚磷酸乙醇溶液（質(zhì)量濃度為12%），持續(xù)攪拌20min，抽濾。

（2）將十二烷基三甲基氯化銨溶于乙醇溶液中，加入氫氧化鈉，攪拌60min，抽濾，得到十二烷基三甲基氫氧化銨乙醇溶液（質(zhì)量濃度為16%）。

（3）將步驟（1）中濾餅加入到步驟（2）制備的十二烷基三甲基氫氧化銨乙醇溶液中，加料完成后再攪拌60min，抽濾。

（4）洗滌、真空干燥，最后得到顆粒分散性良好，蓬松不需要研磨的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑。

其中，其中各物質(zhì)的重量含量為：

蒙脫土：25%

多聚磷酸：35%

十二烷基三甲基氯化銨：45%

有機(jī)無(wú)機(jī)阻燃瀝青的制備如下：

將上述制備的有機(jī)化蒙脫土阻燃劑加入到150℃的70#瀝青中，用高速剪切機(jī)在3000～4000r/min下剪切30min，得到有機(jī)化蒙脫土阻燃瀝青。其中有機(jī)化蒙脫土阻燃劑和瀝青的重量比為1：5。

比較列1

將蒙脫土加入到150℃的瀝青中，用高速剪切機(jī)在3000～4000r/min下剪切30min，得到阻燃瀝青。其中蒙脫土和瀝青的重量比為4：10。

比較列2

將氫氧化鋁加入到150℃的瀝青中，用高速剪切機(jī)在3000～4000r/min下剪切30min，得到阻燃瀝青。其中氫氧化鋁和瀝青的重量比為3：10。

補(bǔ)充：比較例3

將蒙脫土和多聚磷酸銨依次加入到150℃的瀝青中，用高速剪切機(jī)在3000～4000r/min下剪切60min，得到阻燃瀝青。其中蒙脫土、多聚磷酸銨和瀝青的重量比為3：1：10。

表1阻燃改性瀝青的性能指標(biāo)

表1阻燃改性瀝青的性能指標(biāo)。

從表1可以看出，本發(fā)明的有機(jī)化蒙脫土阻燃劑能有效地提高了阻燃瀝青的氧指數(shù)。對(duì)蒙脫土進(jìn)行有機(jī)改性之后，明顯降低了其用量，提高了它的相容性。通過(guò)在微米級(jí)蒙脫土顆粒表面生成化學(xué)鍵包覆多聚磷酸銨鹽制備出了具有核-殼結(jié)構(gòu)的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃材料，提高了蒙脫土無(wú)機(jī)粉體顆粒在瀝青中的分散性和均勻性，降低了阻燃劑的填充量，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)阻燃劑和無(wú)機(jī)阻燃劑之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。