本發(fā)明屬于重質(zhì)煤焦油的化學(xué)改性技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于道路鋪設(shè)的環(huán)保型煤瀝青及其制備方法。
背景技術(shù)：
煤瀝青又稱作重質(zhì)煤焦油、煤焦油瀝青，它是煤焦油提取輕油、酚油、萘油、洗油和蒽油等餾分之后的殘余物，占煤焦油總質(zhì)量的50％以上。與石油瀝青相比，煤瀝青的芳香度高、極性大，與砂石料具有良好的配伍性和親和力，煤瀝青路面的抗變形、抗磨、行車的安全性突出。與此同時(shí)，煤瀝青的稠環(huán)芳烴含量高于石油瀝青，特別是苯并[α]芘(BaP)等致癌物含量高達(dá)1.0％，嚴(yán)重制約了煤瀝青在道路鋪設(shè)方面的應(yīng)用。CN104593032A選用苯甲醚、對(duì)苯二甲醇、苯甲酮、甲醛、三聚甲醛、多聚甲醛、苯甲醛為改性劑，甲基磺酸、乙基磺酸、苯磺酸、氨基磺酸、對(duì)甲基苯磺酸為促進(jìn)劑，經(jīng)120～350℃反應(yīng)、減壓蒸餾，煤瀝青的BaP含量降至500ppm以下。CN103450693A以多聚甲醛、三聚甲醛、古馬隆樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚乙二醇為改性劑，與渣油、高分子材料、多聚磷酸、單質(zhì)硫復(fù)合改性，BaP脫除率高達(dá)74.8％。CN103834423A以無(wú)水乙醇與甲苯為溶劑，在甲苯磺酸或無(wú)水氯化鋁催化作用下通過(guò)酸酐或芳醇改性中溫煤瀝青或低溫煤瀝青，BaP降低率達(dá)到90％以上。CN105238429A以甲苯磺酸為催化劑，經(jīng)對(duì)苯二甲醛改性、減壓蒸餾回收溶劑環(huán)己烷，即制得筑路用改性煤瀝青，BaP降低率達(dá)84.51％，軟化點(diǎn)大于100℃。CN104194357A以高錳酸鉀改性煤瀝青，BaP含量降低率達(dá)到65％以上。顯然，使用高揮發(fā)性有機(jī)溶劑的改性方法，生產(chǎn)安全性較低且對(duì)設(shè)備要求較高，不便于規(guī)?；夹g(shù)應(yīng)用。
本專利發(fā)明了一種用于道路鋪設(shè)的環(huán)保型煤瀝青及其制備方法。該環(huán)保型煤瀝青以高溫煤瀝青為主要原料，經(jīng)高沸點(diǎn)稀釋劑溶解，通過(guò)催化脂肪醛、不飽和脂肪族羧酸酯改性煤瀝青，有效降低了稠環(huán)芳烴含量。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明要解決的具體技術(shù)問(wèn)題是提供一種適于道路鋪設(shè)的環(huán)保型煤瀝青及其制備方法。該環(huán)保型煤瀝青以煤焦油行業(yè)副產(chǎn)的高溫煤瀝青為主要原料，經(jīng)高沸點(diǎn)稀釋劑溶解，以脂肪醛、不飽和脂肪族羧酸酯為改性劑，有效降低了稠環(huán)芳烴含量。本發(fā)明通過(guò)化學(xué)方法明顯降低煤瀝青苯并[α]芘的含量，工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備要求低，便于規(guī)?；a(chǎn)、應(yīng)用。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：
一種環(huán)保型煤瀝青，通過(guò)脂肪醛、不飽和脂肪族羧酸酯化學(xué)改性而成，其物料組成及配比包括：
所述的煤瀝青為高溫煤瀝青，軟化點(diǎn)是95-110℃，甲苯不溶物含量為20％-23％，喹啉不溶物含量7％-9％。
所述的稀釋劑為芳烴油、渣油中的一種或兩種；所述芳烴油的初餾點(diǎn)大于230℃，所述渣油含70％-80％飽和分、2％-10％芳香分、10％-20％膠質(zhì)和0.5％以下的瀝青質(zhì)。
所述的脂肪醛為甲醛、三聚甲醛、戊二醛中的一種或兩種。
所述的催化劑為三乙醇胺、氫氧化鈉中的一種或兩種。
所述的不飽和脂肪族羧酸酯為甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸異辛酯、馬來(lái)酸二丁酯和馬來(lái)酸二辛酯中的一種或兩種。
所述的環(huán)保型煤瀝青的制備方法，包括如下步驟：
(1)將高溫煤瀝青加入反應(yīng)釜中，升溫至90-130℃使煤瀝青熔融，加入稀釋劑，在500-700rpm轉(zhuǎn)速下攪拌1-2小時(shí)；
(2)在上述體系中加入脂肪醛及催化劑，反應(yīng)1-2小時(shí)；
(3)在90-130℃下加入不飽和脂肪族羧酸酯，反應(yīng)1-2小時(shí)，冷卻、出料即得環(huán)保煤瀝青產(chǎn)品。
所述的步驟(1)中，使煤瀝青熔融的溫度優(yōu)選為110-120℃。
所述的步驟(3)中，反應(yīng)溫度優(yōu)選為120-130℃。
本發(fā)明的有益效果是：
(1)本發(fā)明以煤瀝青作為原料，配合使用芳烴油或渣油，未使用蒽油，較好地保障了生產(chǎn)安全性和產(chǎn)品的使用安全性。
(2)本發(fā)明未使用環(huán)氧樹(shù)脂、廢棄橡膠粉、SBS、PVC、PET等高分子化合物，設(shè)備要求不高、能耗低、生產(chǎn)周期短。
(3)本發(fā)明未使用環(huán)己烷等揮發(fā)性有機(jī)物，生產(chǎn)安全性高、工藝簡(jiǎn)單。
(4)本發(fā)明未使用石油瀝青，充分發(fā)揮了煤瀝青的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。
(5)本發(fā)明以煤瀝青為主要組分，它的相對(duì)質(zhì)量份數(shù)高于70％，最大限度地利用了煤瀝青資源及其性能優(yōu)勢(shì)。
(6)本發(fā)明的脂肪醛配合使用堿性催化劑，對(duì)設(shè)備的腐蝕性明顯低于酸性催化劑。
(7)本發(fā)明在脂肪醛改性的基礎(chǔ)上采用不飽和脂肪族羧酸酯改性，既有利于降低游離甲醛的殘余量，又利于進(jìn)一步降低稠環(huán)芳烴含量，煤瀝青的安全性能更高。
(8)本發(fā)明可以使煤瀝青的稠環(huán)芳烴Bap含量降低率達(dá)到80％以上，煤瀝青的安全性顯著提高。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式進(jìn)一步描述本發(fā)明：
實(shí)施例一
取100g高溫煤瀝青加入反應(yīng)釜中，升溫至110℃使煤瀝青軟化，加入30g稀釋劑，在500rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌1小時(shí)，使煤瀝青完全溶解；體系溫度降至95℃，加入3g脂肪醛及3g催化劑反應(yīng)1小時(shí)；將體系升溫至120℃，緩慢加入5g不飽和脂肪族羧酸酯，1小時(shí)后冷卻、出料即得環(huán)保煤瀝青產(chǎn)品。
本實(shí)施例中：稀釋劑為芳烴油，脂肪醛為多聚甲醛，催化劑為三乙醇胺，不飽和脂肪族羧酸酯為甲基丙烯酸丁酯。
軟化點(diǎn)、針入度以及延度依《GBT 15180-2010重交通道路石油瀝青》的方法測(cè)試。
BaP降低率測(cè)試方法：精確稱取一定量的煤瀝青，用環(huán)已烷溶解，經(jīng)超聲波震蕩后，靜置24小時(shí)，取部分溶液用無(wú)水乙醇稀釋至檢測(cè)濃度，加入比色皿，用美國(guó)Varian公司的Cary300型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定其BaP含量。BaP降低率是指原煤瀝青中BaP含量與改性煤瀝青中BaP含量的差值與原煤瀝青中BaP含量之比，即：
式中，P——BaP降低率，％；C——原煤瀝青中BaP含量，wt％；C′——改性煤瀝青中BaP含量，wt％。
實(shí)施例二
實(shí)施步驟同實(shí)施例一。不同之處為：作為不飽和脂肪族羧酸酯，等質(zhì)量份數(shù)的丙烯酸異辛酯替換實(shí)施例一中的甲基丙烯酸丁酯。
性能評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例一。
實(shí)施例三
取100g高溫煤瀝青加入反應(yīng)釜中，升溫至110℃使煤瀝青軟化，加入25g稀釋劑，在500rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌1小時(shí)，使煤瀝青完全溶解；體系溫度降至95℃，加入3g脂肪醛及3g催化劑反應(yīng)1.5小時(shí)；將體系升溫至125℃，緩慢加入10g不飽和脂肪族羧酸酯反應(yīng)，1.5小時(shí)后冷卻、出料即得環(huán)保煤瀝青產(chǎn)品。
本實(shí)施例中：稀釋劑為渣油，脂肪醛為多聚甲醛，催化劑為三乙醇胺，不飽和脂肪族羧酸酯為馬來(lái)酸二丁酯。
性能評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例一。
實(shí)施例四
實(shí)施步驟同實(shí)施例三。不同之處為：稀釋劑為芳烴油。
性能評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例一。
實(shí)施例五
實(shí)施步驟同實(shí)施例三。不同之處為：稀釋劑為芳烴油，不飽和脂肪族羧酸酯為馬來(lái)酸二辛酯。性能評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例一。
附表 本發(fā)明實(shí)施例改性煤瀝青的性能及BaP降低率
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
本發(fā)明未盡事宜為公知技術(shù)。