SBS摻量和類型對SBS改性油漿改質(zhì)瀝青性質(zhì)影響*

周晶晶，程 健，胡云虎，魏亦軍，張文鐵

(1淮南師范學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽 淮南 232038；2 武漢工程大學(xué)綠色化工過程省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430073)

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SBS摻量和類型對SBS改性油漿改質(zhì)瀝青性質(zhì)影響*

周晶晶1，程 健2，胡云虎1，魏亦軍1，張文鐵1

(1淮南師范學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽 淮南 232038；2 武漢工程大學(xué)綠色化工過程省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430073)

催化裂化(FCC)油漿的綜合利用已成為現(xiàn)階段研究的焦點(diǎn)之一。由于催化裂化油漿富含芳烴，可作為生產(chǎn)道路瀝青的有效調(diào)和組分。本文選取摻量分別為3.5%、4.0%、4.5%和5.0%的線型SBS(YH-791)和星型SBS(LG-411)分別改性自制油漿改質(zhì)瀝青(AFS)，考察了SBS摻量和類型對SBS改性油漿改質(zhì)瀝青(SMAFS)性質(zhì)的影響，確定了SBS改性油漿改質(zhì)瀝青的線型和星型SBS最佳摻量均為4.5%。

催化裂化油漿；SBS；改性瀝青；性能

催化裂化油漿富含芳烴的特點(diǎn)，使其與道路瀝青的生產(chǎn)相結(jié)合，成為了制備基質(zhì)瀝青的有效調(diào)和組分。由此增加了催化裂化油漿的附加值，同時(shí)也在一定程度上減輕了環(huán)境污染[1-3]。但隨著我國經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸業(yè)的高速發(fā)展，基質(zhì)瀝青的性能很難滿足更高的要求。具有較好性質(zhì)的聚合物SBS改性瀝青已經(jīng)被國內(nèi)外廣泛的研究和應(yīng)用[4]，但對于用聚合物SBS改性催化裂化油漿調(diào)和減壓渣油制備的油漿改質(zhì)瀝青的研究相當(dāng)有限。

本文將催化裂化油漿中的富芳香分分離出來，使其在一定溫度下溶脹SBS，摻兌分離后的油漿剩余組分以及用減壓渣油，制備出不同SBS摻量和類型的SMAFS。通過將SBS摻量和類型與SMAFS的性質(zhì)建立聯(lián)系，為工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

催化裂化(FCC)油漿和減壓渣油由中石化長嶺煉化公司提供(基本性質(zhì)見表1)；YH-791線型SBS，湖南岳陽煉化；LG-411星型SBS，湖北國創(chuàng)高新材料股份有限公司；穩(wěn)定劑實(shí)驗(yàn)室自制。改性瀝青制備過程中SBS摻量依據(jù)改性瀝青總質(zhì)量計(jì)算。

表1 催化裂化油漿和減壓渣油性質(zhì)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

SMAFS的制備過程分為以下兩步：

(1)催化裂化油漿的預(yù)處理

通過減壓蒸餾將催化裂化油漿切割為輕餾分油、重餾分油和殘油三個(gè)部分。

(2)SMAFS的制備

在150 ℃溫度下，用一定量的重餾分油溶脹一定量的線型或星型SBS 1 h；再向其中加入適量的殘油和減壓渣油，稍作攪拌后，用剪切機(jī)在170 ℃溫度下剪切1 h；最后加入一定量的穩(wěn)定劑，在170 ℃溫度下發(fā)育1 h，從而制得SMAFS。

2 結(jié)果與討論

為考察SBS摻量和類型對AFS性質(zhì)的影響，選取摻量為3.5%、4.0%、4.5%和5.0%的線型SBS(YH-791)和星型SBS(LG-411)分別改性AFS。

2.1 SBS摻量對軟化點(diǎn)的影響

軟化點(diǎn)反映了道路瀝青的高溫性能，軟化點(diǎn)高則表明道路瀝青具有良好的高溫性能。

圖1 SBS摻量與SMAFS軟化點(diǎn)的關(guān)系曲線

由圖1可知，AFS的軟化點(diǎn)相對于SMAFS的軟化點(diǎn)明顯較低，且軟化點(diǎn)隨SBS摻量的增加不斷升高，說明其高溫性能不斷得到改善。線型SMAFS和星型SMAFS的軟化點(diǎn)在所考察的SBS摻量范圍內(nèi)均達(dá)到I-D級標(biāo)準(zhǔn)要求(≥60 ℃)。在SBS摻量相同時(shí)，星型SMAFS的軟化點(diǎn)高于線型SMAFS的軟化點(diǎn)，說明星型SMAFS的高溫性能比線型SMAFS的高溫性能好。

2.2 SBS摻量對25 ℃針入度的影響

針入度反映了瀝青的粘稠度或軟硬程度，25 ℃針入度是我國作為道路瀝青分級的依據(jù)。

圖2 SBS摻量與SMAFS 25 ℃針入度的關(guān)系曲線

由圖2可知，AFS經(jīng)SBS改性后，25 ℃針入度明顯變小，且隨著SBS摻量的增加，針入度不斷減小。是因?yàn)殡S著SBS加入量的增加，從瀝青中吸附的輕組分的量越多，從而使體系的膠體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[5]。在所考察的SBS摻量范圍內(nèi)，SMAFS 25 ℃針入度均符合I-D級標(biāo)準(zhǔn)的要求(40/0.1 mm～60 /0.1 mm)。SBS摻量相同時(shí)，星型SMAFS 25 ℃針入度大于線型SMAFS 25 ℃針入度。

2.3 SBS摻量對5 ℃延度的影響

延度反映了一定溫度下瀝青的形變能力，延度越長表明其變形能力越大，瀝青抗變形能力越強(qiáng)，不易發(fā)生脆裂。

圖3 SBS摻量與SMAFS 5 ℃延度的關(guān)系曲線

由圖3可知，AFS 5 ℃延度小于1，經(jīng)SBS改性后，延度有了明顯的改善，且隨SBS摻量的增大而增大。當(dāng)SBS摻量達(dá)到4.0%時(shí)，線型SMAFS 5 ℃延度滿足I-D級標(biāo)準(zhǔn)的要求(≥20 cm)；當(dāng)SBS摻量達(dá)到4.5%時(shí)，星型SMAFS 5 ℃延度滿足I-D級標(biāo)準(zhǔn)的要求(≥20 cm)。SBS摻量為3.5%時(shí)，星型SMAFS的延度比線型SMAFS的延度差。但當(dāng)SBS摻量達(dá)到4.0%以上時(shí)，星型SMAFS延度優(yōu)于線型SMAFS延度。

2.4 SBS摻量對針入度指數(shù)(PI)的影響

針入度指數(shù)(PI)反映了瀝青瀝青感溫性能。

圖4 SBS摻量與SMAFS針入度指數(shù)的關(guān)系曲線

由圖4可知，AFS的針入度指數(shù)比SBS改性后的針入度指數(shù)小，說明溫度敏感性強(qiáng)，即性能易受溫度變化影響。隨著SBS摻量的增大，針入度指數(shù)也顯著增大，這說明溫度敏感性不斷得到改善，即性能受溫度的影響程度減小。當(dāng)SBS摻量達(dá)到4.5%時(shí)，線型SMAFS的針入度指數(shù)滿足I-D級標(biāo)準(zhǔn)的要求(≥0)；在所考察的SBS摻量范圍內(nèi)，星型SMAFS均符合I-D級標(biāo)準(zhǔn)的要求(≥0)。但當(dāng)星型SBS摻量達(dá)到5%時(shí)，星型SMAFS的針入度指數(shù)有所減小，這有可能是因?yàn)樾切蚐BS比線型SBS相對分子量大，不能很好的分散，從而影響到瀝青的性能，使溫度敏感性變強(qiáng)。當(dāng)SBS摻量相同時(shí)，星型SMAFS的PI比線型SMAFS的PI大，說明星型SMAFS的溫度敏感性比線型SMAFS的弱。

2.5 SBS摻量對SMAFS薄膜烘箱試驗(yàn)后性質(zhì)的影響

2.5.1 SBS摻量對薄膜烘箱老化后25 ℃針入度比的影響

圖5 SBS摻量與SMAFS 25 ℃針入度比的關(guān)系曲線

由圖5可知，AFS 25 ℃針入度比小于SMAFS，說明SMAFS的抗老化性能比AFS的抗老化性能好。隨SBS摻量的增加，SMAFS 25 ℃針入度比明顯增大，說明薄膜烘箱老化后針入度隨SBS摻量的增大衰減程度變小，即抗老化性能增強(qiáng)。在所考察的SBS摻量范圍內(nèi)，SMAFS 25 ℃針入度比均大于60%，符合I-D級標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)SBS摻量增加到5.0%時(shí)，星型SMAFS 25 ℃針入度比減小，可能是由于星型SBS摻量較高時(shí)，在瀝青中難以分散，影響了瀝青性能?？傮w來說，在相同SBS摻量下，星型SMAFS 25 ℃針入度比大于線型SMAFS，說明薄膜烘箱老化后，星型SMAFS 25 ℃針入度衰減程度比線型的小。這是因?yàn)樾切蚐BS分子量比線型SBS分子量大且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，受熱后不易降解。

2.5.2 SBS摻量對薄膜烘箱老化后延度的影響

由表2可知，在考察的SBS摻量范圍內(nèi)，膜后5 ℃延度衰減的相當(dāng)嚴(yán)重。線型和星型SMAFS的老化后延度均不符合I-D級標(biāo)準(zhǔn)要求(≥15 cm)。但隨著SBS摻量的增加，SMAFS老化后延度不斷提高。相同SBS摻量時(shí)，星型SMAFS老化后延度優(yōu)于線型SMAFS。

表2 不同SBS摻量的SMAFS薄膜烘箱老化后的延度

3 結(jié) 論

將催化裂化油漿預(yù)處理得到的油漿調(diào)和減壓渣油制備出的AFS，用不同摻量的線性SBS和星型SBS分別對其進(jìn)行改性。主要結(jié)論如下：

(1)通過考察SBS摻量和類型對SMAFS性質(zhì)的影響，表明AFS經(jīng)SBS改性后，其性能得到了明顯的改善，但SMAFS薄膜烘箱老化后延度均衰減很嚴(yán)重。

(2)在考察的SBS摻量范圍內(nèi)，星型SMAFS的改性效果優(yōu)于線型SMAFS。但當(dāng)星型SBS摻量增加到5.0%時(shí)，由于星型SBS相對分子量較大且摻量較高，使之較難分散，導(dǎo)致改性效果明顯變差。

(3)綜合考慮各方面因素，SMAFS的最佳線型和星型SBS摻量均為4.5%。

[1] 龐智勇.油漿糠醛抽提與產(chǎn)品應(yīng)用[J].遼寧化工,1999,28(3):238-240.

[2] 張永新.FCC油漿的分離與綜合利用[J].石化技術(shù)與應(yīng)用, 2003,21(2):92-95.

[3] 唐課文,劉磊,古映瑩,等.催化裂化油漿的過濾分離研究及利用[J].現(xiàn)代化工,2007,27(S1):340-344.

[4] 李斌.催化裂化油漿的綜合利用[D].青島:中國石油大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,2011.

[5] 王濤.聚合物改性瀝青流變特性研究[D].青島:中國石油大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,2007.

Effect of SBS Content and Type on Properties of SBS Modified Asphalt with FCC Slurry*

ZHOUJing-jing1,CHENGJian2,HUYun-hu1,WEIYi-jun1,ZHANGWen-tie1

(1 School of Chemical and Materials Engineering, Huainan Normal University, Anhui Huainan 232038;2 Key Laboratory for Green Chemical Process of Ministry of Education, Wuhan Institute of Technology,Hubei Wuhan 430073, China)

Comprehensive utilization of Fluid catalytic cracking (FCC) slurry has become one of the hotspots of the study at this stage. FCC slurry with rich in aromatic is the effective blending component for the production of road asphalt. With contents of 3.5%, 4.0%, 4.5% and 5.0% linear SBS (YH-791) and radial SBS(LG-411) modified asphalt with FCC slurry(AFS), respectively, content and type of SBS influenced on the properties of SBS modified asphalt with FCC slurry(SMAFS) was investigated. Moreover, the optimum content of linear SBS or radial SBS for SMAFS was 4.5%.

FCC slurry; SBS; modified asphalt; performance

2014淮南師范學(xué)院校級自然科學(xué)研究項(xiàng)目(No: 2014xj58)；2015淮南師范學(xué)院校級自然科學(xué)研究項(xiàng)目(No: 2015xj05zd)。

周晶晶(1987-)，女，助教，主要從事化工方面的科研與教學(xué)。

TQ325 2

A

1001-9677(2016)024-0048-03