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糠醛抽出油在SBS改性沥青中的应用研究
糠醛抽出油在SBS改性沥青中的应用研究
2011年39卷第12期广州化工?
65?
糠醛抽出油在SBS改性沥青中的应用研究
陈守明,龚俊辉,邹异红,夏娟,陈伟三
(路翔股份有限公司,广东广州510635)
摘要:
以中石化金陵炼化厂生产的90#A级沥青为基质沥青,以岳阳石化厂生产的SBS791一H为改性剂,一种糠醛抽出油作
为相容剂制备了改性沥青,研究了不同糠醛抽出油添加量下,改性沥青在RTFOT老化前后四组分和性能的变化情况,探讨了糠醛抽
出油对SBS改性沥青的作用机理以及适宜添加量.
关键词:
糠醛抽出油;SBS改性沥青;四组分分析
ResearchonFurfuralExtractedOilUsedinAsphaltModifiedbySBS
CHENShou—ming,GONGJun—hui,ZOUYi—hong,XIAJuan,CHENWei—san
(LuxiangCo.,Ltd.,GuangdongGuangzhou510663,China)
Abstract:
TheasphaltsmodifiedbySBSasthebasicasphalts,whichweremadefromAgrade90#asphaltmadebyJin.
1ingPetrochemicalCorporationofSinopec,SBS791一Hasmodifier,madebyYueyangPetrochemicalCorporationofSinopec,
andfurfuralextractoilascompatibilizer,themodifiedasphaltsWasmadeasthebasicasphalts.whichfourcomponentsandper-
formanceofthemodifiedasphaltforeandafterRTFOTagedtestwerestudied.emechanismofactionandproperadditivera.
tiooffurfuralextractoiltoasphaltmodifiedbySBSwereresearched.
Keywords:
furfuralextractoil;asphaltmodifedbySBS;fourcomponentsanalysis
在改性沥青的生产过程中,为了促使SBS在基质沥青中更
好的相容,通常向SBS一沥青共混体系中加入相容剂来增加SBS
与沥青的相容性,使SBS在沥青中分散更均匀-3].相容剂能
促进SBS更充分的溶胀,增强其在沥青中的分散能力,增加改性
沥青的稳定性,同时又较少影响改性沥青的其他性能.在SBS
中,聚苯乙烯微区起物理交联点的作用,聚苯乙烯微区数量越多
决定了SBS在沥青中的分散越困难,因此要提高SBS:
沥青中
的分散就必须减少聚苯乙烯微区的数量.SBS改性沥青相容剂
就是一种能够进入SBS聚苯乙烯微区,溶胀甚至溶解聚苯乙烯
微区的化学助剂.根据相似相容理论,改性沥青相容剂一般选
择富含芳香分的石油馏分,糠醛抽出油就是这样一种石油馏分.
糠醛抽出油是润滑油生产过程中的副产品,在从:
基础油加
工生产出润滑油成品的生产过程中,要经过糠醛催化反应塔,一
般是4个反应层,习惯上称为一,二,_i,四线,每一线:
郜抽出对
润滑油有害的成分,所以又叫抽出油.用于改性沥青生产的糠
醛抽出油主要是,四线产品,因其主要成分为芳香烃,所以又
叫芳烃油.虽然国内外学者对糠醛抽出油用于SBS改性沥青进
行了大量研究J,但是糠醛抽出油对改性沥青四组分分布,内
在性能的影响及二者相关性还较少有人进行系统研究.本文以
中石化金陵炼化厂生产的90#A级沥青为基质沥青,以岳阳石化
厂生产的SBS791H为改性剂,以一种伊朗产的糠醛抽出油为相
容剂制备了SBS改性沥青,研究在不同糠醛抽出油添加量下,改
性沥青四组分和性能的变化情况.
1实验部分
1.1主要原料与仪器
1.1.1主要原材料
金陵90#A级沥青,中石化金陵厂产;SBS791一H,中石化岳
阳石化产,稳定剂,自制;糠醛抽出油,伊朗进口.
1.1.2分析测试
表1列出了实验所用分析仪器及其测试项目和方法.
表1实验用分析仪器及其测试项目和方法
作者简介:
陈守明,男,工学硕士,2003年毕业于华南理工大学材料学专业,现在路翔股份有限公司技术中心实验室,从事改性沥青,改性乳化沥青技术
及添加剂的开发与应用T作.E—mail:
chenshoumirIgS91@sohu.corn
?
66?
广州化工2011年39卷第l2期
1.2试验步骤
将基质沥青加热到150后加入占基质沥青质量4.5%的
SBS791H,升温至l85℃,保持在(185±5)下搅拌溶胀1h,加
入稳定剂,再剪切1h所得样品备用.将上述样品分成5份,一
份样品搅拌印min后放人163℃烘箱中保温60min制得
样品1;其余四份样品分别加入占改性沥青质量1%,2%,4%,
6%的糠醛抽出油后搅拌60rain,然后放入163oC烘箱中保温印
rain制得样品2,样品3,样品4和样品5.
2结果与讨论
2.1基质沥青检测
中石化金陵厂产90#A级沥青,其性能及化学组成见表2和
表3.
表2金陵90#A级沥青的性能
性能测试值试验方法
针人度(25℃)(0.1mm)96.7'19604—2000
针人度指数PI一1.5'19604—2000
软化点(R&B)/~C46.7麟一2000
延度(10℃,5era/rain)/em>100"1"0605—1993
延度(15屯,5cm/min)/em>100'1"13605—1993
薄膜烘箱试验(163℃,5h)
针入度比(25℃)/%
延度(10℃,5cm/min)/cm
延度(15℃,5cm/min)/cm
63
l6.9
>10o
ID608—1993
ID6o5—1993
TD6o5一l993
表3棒状薄层色谱TLC四组分分析结果
2.3糠醛抽出油对改性沥青四组分的影响
2.2糠醛抽出油检测
表4伊朗糠醛抽出油性能检测指标
闪点,粘度,倾点,苯胺点是表征芳烃油组成和物理性质的
主要质量指标;其中苯胺点越低表明所含芳香烃的含量也就越
高,这时对SBS改性沥青而言产品的质量也就越好,芳烃含量影
响SBS在沥青中的相容性.芳烃含量高,有利于SBS在沥青中
的溶胀.表2中TLC试验检测伊朗糠醛抽出油四组分分布显
示,该糠醛抽出油主要由芳香分和胶质组成,芳香分含量高达
85.01%,胶质含量为12.86%,沥青质含量为0,芳香分+胶质含
量达97.87%,非常适合于SBS改性沥青的调和.
表5不同糠醛油添加量下的SBS改性沥青四组分分布线性相加计算值
表6不同糠醛油添加量下的SBS改性沥青四组分分布实测值有研究者认为SBS颗粒溶于沥青中,易吸收饱和分,溶胀后
的SBS极性与胶质相似J,则占基质沥青质量4.5%的SBS加入
基质沥青后,不考虑化学反应及轻组分挥发时,改性沥青的四组
分分布应为:
饱和分6.60%,芳香分56.24%,胶质为21.87%,
胶质为15.27%.此计算值与样品1实测值芳香分和胶质组分
分布差别较小,而饱和分与沥青质分别增加和减少.理论上,如
果将相同组分线性相加,则改性沥青在样品1实测值基础上添
加不同掺量糠醛油下的理论组分分布计算值见表5,其变化趋势
见图1和图2:
糠醛抽出油掺量(外掺)由O%增加到6%时,饱和
分由4.44减少到4.31,芳香分由56.22增加到57.85%,胶质由
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21.08%减少到2O.61%,沥青质由J8.27%减少到l7.,24%.但
是与计算值不同的是对于实测值:
饱和分大于计算值,且不是随
糠醛抽出油的增加而线性减少,而是先增加后减少;沥青质组分
小于计算值,也不是随糠醛油的增加而线性减少,而是先快速减
少,当糠醛抽出油超过2%掺量时,反而缓慢增加.这表明糠醛
抽出油加入改性沥青后,并不是简单的物理混合,而是:
改变沥
青组分的同时,改变了SBS在沥青中的分散和与沥青发生的反
应,从而导致改性沥青组分发生变化.
SBS改性沥青在高温下搅拌时,可能发生的物理化学变化主
要有:
(1)轻组分挥发;
(2)芳香分向胶质转化,胶质向沥青质转
化;(3)SBS颗粒继续吸收饱和分,芳香分而溶胀,SBS分子不断
分散在沥青中;(4)在稳定剂的作用下,SBS分子之间发生交联,
SBS与胶质,沥青质发生接枝反应生成SBS一沥青质接枝共聚
物;(5)SBS分子链发生断链,由高分子量分子变为中低分子量
分子;(6)SBS及各沥青组分在热,氧,机械搅拌作用下:
发生氧化
反应.在其他条件不变的情况下,SBS改性沥青中加入糠醛抽出
油导致的变化有:
(1)增加芳香分的含量;
(2)其他种组分相应
减少;(3)增加SBS与沥青的相容性,SBS颗粒因此而粒径减小,
SBS分子在沥青中有效浓度(与沥青分子直接接触并:
分散在沥
青连续相中组成网络骨架的SBS分子对沥青性能影响较大,这
部分的SBS分子相对沥青的浓度称为有效分布浓度;而在SBS
颗粒内部的SBS分子对沥青性能影响较小,可认为对沥青改性
无效)增加,整个SBS改性沥青体系的粘度一方面因SBS分子在
沥青中的有效浓度增加而增加,另一方面芳香分也对整个体系
起稀释的作用导致沥青粘度减小.随糠醛抽出油掺量的增加,
SBS在沥青中的分散更均匀,SBS分子在沥青中的有效浓度先增
加后减少,SBS改性沥青中的轻组分(主要是饱和分和芳香分)
在搅拌下从沥青中挥发量先减少后增加,从而出现在一定糠醛
抽出油添加量范围内饱和分实测值较计算值m现先增加后减少
的现象.沥青质则因为随SBS有效浓度增加,加大了与SBS的
反应几率,生成的SBS一沥青质接枝共聚物增加,从而发生沥青
质检测值低于计算值的现象.胶质组分因为SBS一沥青质接枝
共聚物的生产和部分芳香分的转化而使检测值高于计算值.
01234567
糠醛抽出油掺量(外掺),%
图1不同糠醛抽出油掺量下改性沥青饱和分
与沥青质组分计算值与实测值对比图
糠醛抽出油掺量(外掺),%
图2不同糠醛抽'iJ油掺量下改性沥青芳香分
与胶质组分计算值与实测值对比图
2.4糠醛抽出油对改性沥青RTFOT试验后四组分的
影响
表7不同糠醛抽出油掺量下的SBS改性沥青RTFOT
试验样品检测数据
不同糠醛抽出油掺量下SBS改性沥青RTFOT老化后各样
品四组分的TLC检测值见表7,结果显示随糠醛抽出油掺量的增
加饱和分,芳香分组分含量先减少,后增加;胶质组分先增加后
减少;沥青质变化较少,在糠醛油掺量为4%时沥青质含量最低,
为12.48%.与RTFOT老化前样品的四组分相比,老化后样品
的四组分:
饱和分反而有所增加,增加了1个百分点;沥青质组
分除糠醛抽出油掺量为2%时高于原样沥青外,其他掺量下均减
少;芳香分均减少;胶质组分均增加.如果把老化过程看着是轻
组分(饱和分和芳香分)减少,重组分(沥青质和胶质)增加的过
程,则当糠醛抽出油掺量为4%时,老化程度最轻,这可能是因为
此时SBS改性沥青作为胶体体系,达到最稳定的状态.
0l234567
糠醛抽出油掺量(外掺),%
圈3不同糠醛抽出油掺量下的改性沥青RTFOT
前后样品饱和分和沥青质含量对比图
0t234567
糠醛抽出油掺量(外掺),%
图4不同糠醛抽j}3油掺量下的改性沥青RTFOT
前后样品芳香分和胶质含量对比图
∞∞∞鲫加m0
砷∞加∞加m0
?
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广州化工2011年39卷第l2期
2.5糠醛抽出油对改性沥青国标性能的影响
表8糠醛抽出油掺量对改性沥青国标性能的影响
Ol23456
糠醛抽出油掺量(外掺),%
图5糠醛抽出油掺量对SBS改性沥青
原样沥青三大指标的影响图
相容性,增加了SBS分子在沥青中的有效浓度;另一方面也对体
系起稀释降粘作用,这两个作用对软化点指标起相反作用,当糠
醛抽出油掺量较少时,提高SBS分子在沥青中的分散浓度起主
导作用,SBS分子链在沥青中分布的网络密度增加,软化点增加;
当糠醛抽出油掺量较高时对SBS改性沥青体系稀释降粘作用起
主要作用,软化点反而降低.针入度主要受沥青体系的稠度影
响.糠醛抽出油掺量增加,体系稠度降低,针人度升高.改性沥
青的5℃延度主要受SBS分子在沥青中的分散影响,随糠醛抽
出油的增加,体系中自由SBS分子链含量越高,延度越高.此
外,针人度指数先增加后降低,48h离析软化点差减少.
糠醛抽出油掺量(外掺),%
图6糠醛抽出油掺量对SBS改性沥青旋转粘度的影响图
图6是糠醛抽出油掺量对SBS改性沥青135℃旋转粘度的
影响图,从图中可以看出,添加糠醛抽出油将降低改性沥青的粘
度,添加量越多,粘度降低程度越大.
01234567
糠醛抽出油掺量(夕掺),%
图7糠醛抽出油掺量对RTFOT老化后SBS改性
沥青延度和针人度比的影响
艳曼三鬈惹嘉图7是糠醛抽出油掺量对sBs改性沥青RTFOT老化后的延警曼雾譬警
度和墨掺当:
襄雪降针入譬萎茬磊"Ⅲ"侈里刚喝删
SBS延度均升高.这是因为糠醛抽出油一方面提高了与沥青的"….
2.6糠醛抽出油用量对改性沥青车辙因子的影响
表9不同糠醛抽出油掺量下的SBS改性沥青的车辙因子
如舳∞∞蚰如加mO
帅∞如∞蚰蛐如
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0l23456
糠醛抽出油掺量(外掺),%
图8糠醛抽出油掺量对SBS改性沥青RTFOT前后车辙因子的影响图
图8是糠醛抽出油掺量对SBS改性沥青RTFOT老化前后车
辙因子的影响趋势图,图中显示,随糠醛抽出油掺量的增加,车
辙因子均下降,掺量低于2%时下降较少.因此在SBS改性沥青
中,糠醛抽出油不能添加太多,否则对沥青路面抗车辙能力不
利.
3结论
(1)在SBS改性沥青中使用糠醛抽出油,有利于改善SBS与
沥青的相容性,提高SBS改性沥青老化前后的延度,针入度,离
析稳定性,降低SBS改性沥青的旋转粘度和老化前后的车辙因
子;软化点随糠醛抽出油掺量的增加软化点先升高后降低,在本
试验中2%掺量时软化点达最高值.
(2)SBS改性沥青加入糠醛抽出油掺量后,用TLC检测的四
组分分布并不是SBS改性沥青和糠醛抽出油四组分的简单线性
相加,因此糠醛抽出油添加到沥青中不是简单的物理混溶,可能
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65707580
T,℃
图5温度对腐蚀速率的影响(电化学)
从图5可知,温度升高,腐蚀性增强.温度升高将使水中电
解质离子的扩散过程和电极反应速度加快,在一定的温度范围
内,腐蚀速度随温度的升高而加快.
引起了SBS与沥青的其他化学反应.
(3)SBS改性沥青中添加糠醛抽出油,在适当的添加量下对
SBS改性沥青性能指标起积极作用,添加过多,也会对沥青的一
些指标特别是高温指标造成不良影响,因此在SBS改性沥青的
生产中不宜添加过多糠醛抽出油.
(4)为了减少糠醛抽m油对SBS改性沥青的不利影响,对用
于SBS改性沥青的糠醛抽出油,建议使用芳香分含量较高
(>85%),粘度较大(的100oC运动粘度>30cst)的四线糠醛抽
m油.
参考文献
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4结论
(1)电化学腐蚀机理的试验表明,尕斯油田注水为低溶解氧
水平,碳钢腐蚀为氢去极化腐蚀过程.
(2)在溶解氧浓度很低的情况下,随着硫离子浓度的增加,
碳钢的腐蚀速度变快.因此解决尕斯油田污水的腐蚀问题,应
该要降低污水中硫离子浓度.
(3)pH小于6时,碳钢在污水中的析氢腐蚀速率大大增加.
增加污水的pH值可以降低腐蚀速率.
(4)污水的矿化度增加,氯离子,硫酸根离子含量也会增加,
从而导致腐蚀增加.
(5)碳钢在油田注水中的腐蚀与注水温度相关,温度升高将
使电解质的扩散过程和电极反应速度加快,在一定的温度范围
内,腐蚀速度随温度的升高而加快.
参考文献
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