一種阻燃改性瀝青混合料的製作方法
2023-06-04 05:40:56 2
專利名稱：一種阻燃改性瀝青混合料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種瀝青混合料，特別是適用於公路隧道內路面鋪裝的可起阻燃效果的瀝青混合料。
背景技術：
伴隨著我國高速公路的迅猛發展，公路隧道的數量也在不斷增加。公路隧道作為公路的一個特殊路段，長度從幾百米到幾公裡不等，設想在這一特殊路段，一旦發生汽車電路火災，汽車貨物火災及交通事故汽車碰撞、貨物汽車(特別是油罐車)顛覆引起的火災，會出現煙霧大，溫度高，排煙困難；疏散困難；火災撲救困難等現象，其後果不堪設想。中外公路界已發生過多起這類事故，損失慘重。由此可見，對於公路隧道的防火問題，應以防範為主，竭力從源頭處消除各類火災隱患。
目前，國內大多數隧道路面普遍採用水泥混凝土或瀝青進行鋪裝，雖然在一定程度上，水泥混凝土路面相對瀝青混凝土路面在耐水性、環保性等方面要優於瀝青混凝土路面，且在鋪裝時還可以避免瀝青散發出來的有害氣體對人體所造成的危害。但是，據國內外諸多研究表明，水泥混凝土已經很難滿足現代隧道內路面的要求，瀝青混凝土路面以其行車舒適、噪音小、揚塵少、維修方便等優點被廣為應用，是目前用於道路公路建設的主要工程材料。
與大多數合成聚合物一樣，瀝青在空氣中具有可燃性，隨著其作為建築材料在工程上的廣泛應用，由其所引發的火災的危險性正逐步上升。尤其是作為長距離隧道內路面的鋪裝材料，一旦發生車輛火災，瀝青路面也會同時起火或生成濃煙，從而在無形之中加重了火災和人員逃生的難度。例如，世界第二長隧道瑞士聖哥達隧道重大火災慘案，由於現場使用的各種未經阻燃處理的材料燃燒釋放的大量有毒氣體，從而使人們在短時間內很快窒息死亡，人數多達41人。
為了改變這種現狀，人們通過採取兩種不同的方式來降低隧道瀝青路面的可燃性。一種是在瀝青混凝土中添加阻燃添加劑，通過其和瀝青中可燃有機化合物燃燒時所分解產生物質發生反應，從而減緩或終止燃燒的鏈式反應，達到阻燃的目的。另一種是採用在瀝青混凝土鋪裝的路面層上塗抹阻火耐溫塗料，通過隔離瀝青路面層起到防火的目的。
李祖偉、陳輝強等人在「阻燃瀝青改性技術研究及其阻燃機理」(2002，《長沙交通學院學報》，Vol.18，No.4，P.44-47)中，根據國內外相關先進技術和隧道內特殊的使用環境，提出了隧道鋪裝的技術要求，並且研究了適合隧道鋪裝的瀝青阻燃改性技術和其阻燃機理。其相關阻燃技術主要是通過在瀝青混凝土中添加滷系阻燃劑和無機金屬化合物阻燃劑，利用滷系阻燃劑在高溫下發生分解反應釋放出HX(X表示滷系)，HX與火焰中的游離基發生鏈式反應，使游離基濃度降低，從而減緩或終止燃燒的鏈式反應，達到阻燃的目的；無機金屬化合物受熱到一定溫度會發生分解，並生成水，這個反應本身就是吸熱反應，且反應所生成的水也可以吸收大量的熱，從而降低了體系的溫度，延緩了瀝青的分解，達到阻燃的目的。在一定程度上，雖然滷系阻燃劑和無機金屬化合物阻燃劑的相互協同效應可以起到明顯的阻燃效果，但是滷系阻燃劑的熱穩定性和抑煙性都相對比較差，無機金屬化合物要想達到理想的阻燃效果，必須加大其填充量，而使填充量加大，必然導致瀝青混煉，成型時流動性差，使材料的加工和機械性能下降。
發明專利95117026.0也公開了一種防火的石油瀝青油氈，它是在瀝青中同時加入阻燃劑如磷酸銨(或硫酸銨)、氫氧化鎂和交聯劑如二硫化四甲基秋蘭姆。所製得的石油瀝青氈能起防火作用。但是其主要是應用在屋頂作為防水材料，沒有應用在路面上。
發明專利92105725.3也公開了一種不燃燒瀝青、油氈，它的生產方法是在瀝青內施加碳酸氫鈉等防火阻燃耐溫化工藥品，製得的油氈上面塗抹了一層阻火耐溫塗液，從而應用在建材上面，可以有效的防火，可是，這種瀝青油氈很少有應用在隧道路面上。所製得的不燃燒瀝青雖然有一定的阻燃效果，可是抑煙效果並不是很明顯。
美國專利US4659381也公開了一種阻燃瀝青混合料，它是通過在改性瀝青中添加至少一種滷系阻燃劑和至少一種含磷的無機化合物，如磷酸銨或紅磷，來達到防火阻燃的目的，滷系阻燃劑有很好的阻燃效果，可抑煙作用卻不是很明顯；紅磷是一種有效的阻燃劑，但由於它在摩擦碰撞時易燃，而且抑煙效果也不明顯，所以很難理想地滿足現代防火隧道路面的特殊要求。
發生火災時，煙是最先產生且最易致命的因素，據資料統計，火災中死亡人數有80％是煙窒息所致。而現有阻燃技術當中，卻很少有將「阻燃」與「抑煙」相提並論，況且對於某些高聚物而言，「抑煙」比「阻燃」更為重要，尤其是含滷系的阻燃劑是煙霧主要的發煙源，所以，能否開發出一種既能夠阻燃，又能夠抑煙的高效阻燃劑是今後業界發展的主要方向和趨勢。
發明內容
為了更好的發揮阻燃劑在瀝青混合料中的有效作用，同時使阻燃劑的「阻燃」與「抑煙」協同效果更佳，本發明在現有技術的基礎上公開了一種阻燃瀝青混合料，其中含有改性瀝青、阻燃劑、抑煙劑以及相應的惰性填料等，將各組份按特定的比例混合用鋪裝在路面上，發現其「阻燃」和「抑煙」效果都相當明顯。
本發明所述的這種阻燃瀝青混合料，其中含有基質瀝青、熱塑性彈性體、惰性填料、滷系阻燃劑、抑煙劑、金屬氧化物的水合物以及含有至少6個原子，且其中至少3個是氮原子的含氮雜環物阻燃劑。
其中，熱塑性彈性體添加在瀝青混合料中，形成本發明所述的改性瀝青，經過改性後的瀝青，較之普通瀝青，其延展性、彈性、溫度敏感性和粘性等都得到了相應的提高。當然，類似熱塑性彈性體的可改良瀝青特性的改良劑還可以是SBS、SIS或SEBS。製備時，採用高速剪切混合乳化機，先將普通瀝青在110℃下脫水30min，升溫到175℃，然後再將改良劑按比例加入到瀝青中剪切15min即可，為了使改性後的瀝青能達到期望的效果，熱塑性彈性體在瀝青混合料中的添加量是5～18％，最好可以是6～15％；為阻燃瀝青混合料的重要組成部分，改性瀝青在混合料中的含量為20～40％，所述百分比是基於阻燃瀝青混合料的重量百分比。
填料作為瀝青混合料中不可或缺的一部分，對瀝青混合料的性能優劣有著重要的影響，本發明在此採用惰性填料來增強改性瀝青的特性，所選用的惰性填料可選自珍珠巖、雲母粉、氧化鋁、玻璃纖維、碳酸鈣、碳酸鎂、矽土和碳黑其中至少的一種。將其添加在阻燃瀝青混合料中，含量為瀝青混合料重量的20～30％。為了使其與混合料其他組份較好地混合，惰性填料被分割成小顆粒，其平均粒徑介於50～300um之間。
作為阻燃瀝青混合料中的重要組成部分，阻燃劑的選擇與產品的阻燃效果密切相關，本發明在此選用滷系阻燃劑、含有至少6個原子，且其中至少3個是氮原子的含氮雜環物阻燃劑以及金屬氧化物水合物共同作用，使幾種不同的阻燃劑發生相互協同作用，產生1+1＞2的效果，更好的起到阻燃的效果。同時含氮雜環阻燃劑的引入，減少了有毒滷系阻燃劑的用量；瀝青與阻燃劑的相容性明顯提高，減少了離析現象的發生。
具體來說，所選用的滷系阻燃劑可以是多溴聯苯氧化物、多溴苯、多溴二苯氧基化合物、多溴苯鄰二甲醯亞胺、多溴環癸烷、氯代脂環族化合物、多溴苯酚等其中的一種，將滷系阻燃劑添加在阻燃瀝青混合料中，重量百分比佔瀝青混合料的2～30％，如果選用5～10％則效果更加；
所述含有至少6個原子，且其中至少3個是氮原子的含氮雜環物阻燃劑在本發明所述的阻燃瀝青混合料中的佔重量百分比是1～10％，如果選用2～5％則效果更加，可選用的含氮雜環物質可選自三聚氰銨、三嗪或氫化三嗪其中的一種，如六氫三嗪。
金屬氧化物的水合物用在瀝青混合料中不但可以阻燃，還可以抑煙，在此，本發明的金屬氧化物的水合物可選自鋁的三水化物、硼酸鈣的水化物、硼酸鋇的水化物、硼酸鋅的水化物、氧化鎂的水化物中至少的一種，它們在阻燃瀝青混合料中所佔的重量百分比是0～20％。
煙霧主要來源於燃燒時的熱分解產物和燃燒產物，為了減少高聚物燃燒時所產生的大量煙霧，本發明採取在阻燃瀝青混合料中添加抑煙劑。可選的抑煙劑主要是金屬化合物，其中包括鉬化合物、釩化合物、矽化合物以及碳酸鈣、陶土、水合氧化鋁和水合氧化鎂。能否達到理想的抑煙效果，取決於抑煙劑顆粒所形成表面積的大小，較好的粒徑範圍通常在0.1～2um之間。作為阻燃瀝青混合料的重要組成，抑煙劑在混合料中所佔的重量百分比是10～20％。
製備本發明所述的阻燃瀝青混合料時，首先在高速剪切混合乳化機中將基質瀝青在120℃下脫水30～40min，升溫到176℃，加入熱塑性彈性體，剪切20～30min，再加入阻燃劑、抑煙劑以及其他組份，混合剪切10～25min，直至剪切攪拌均勻即可。
與現有技術相比，本發明所述的阻燃瀝青混合料，不僅在高溫性能、抗老化性能以及感溫性能等特性上較普通瀝青有較大提高，而且鋪裝應用在隧道路面上，其「阻燃」和「抑煙」效果也都非常明顯，同時材料的加工性能也明顯提高。
具體實施例方式
以下通過幾個具體的實施例來闡述本發明的有益效果實施例1一種阻燃改性瀝青混合料，其組份含量如下組份名稱 含量(％) 產地基質瀝青 25 shell公司熱塑性彈性體(Kraton D-1101) 10 shell公司石灰石(粒徑200um) 30十溴二苯氧化物10三聚氰銨 8氧化鎂的水合物5
二氧化鉬 12共計 100通過高速剪切混合乳化機製備，首先將基質瀝青在120℃下脫水30min，升溫到176℃，加入熱塑性彈性體Kraton D-1101，剪切20min，再加入阻燃劑十溴二苯氧化物、三聚氰銨和氧化鎂的水合物以及抑煙劑二氧化鉬、填料及其他組份，混合剪切15min即可。
以下是對上述阻燃抑煙瀝青混合料的性能測試，用沒有添加阻燃劑、抑煙劑的瀝青混合料做對比，各項性能指標如下表1所示表1
實施例2採用SBS改性瀝青製成本發明所述的阻燃瀝青混合料。
組份名稱 含量(％) 產地基質瀝青 25盤錦歡喜嶺SBS6 燕時石化珍珠巖(粒徑220um) 30四溴鄰苯二甲酸酐 10三聚氰銨 8氧化鎂的水合物 9二氧化鉬 12共計 100類似上述實施例1的製備方法，將製備的阻燃、抑煙改性瀝青混合料與沒有添加阻燃劑、抑煙劑的瀝青混合料做對比，各項性能指標如下表2所示
表2
實施例3採用SIS改性瀝青製成本發明所述的阻燃瀝青混合料。
組份名稱含量(％) 產地基質瀝青25三星石化SIS 6 湖北嶽化氧化鋁(粒徑180um) 30十溴二苯氧化物 18三聚氰銨10氧化鎂的水合物 1氧化鉬 10共計100類似上述實施例1的製備方法，將製備的阻燃、抑煙改性瀝青混合料與沒有添加阻燃劑、抑煙劑的瀝青混合料做對比，各項性能指標如下表3所示表3
實施例4採用SEBS改性瀝青製成本發明所述的阻燃瀝青混合料。
組份名稱含量(％) 產地基質瀝青25 koch公司SEBS6石灰石(粒徑200um) 282，4，6-三溴苯酚10三聚氰銨10硼酸鈣的水合物 3氧化鉬 18共計100類似上述實施例1的製備方法，將製備的阻燃、抑煙改性瀝青混合料與沒有添加阻燃劑、抑煙劑的瀝青混合料做對比，各項性能指標如下表4所示表4
權利要求
1.一種阻燃改性瀝青混合料，其中含有基質瀝青、熱塑性彈性體、惰性填料、滷系阻燃劑、抑煙劑、金屬氧化物水合物以及含有至少6個原子，且其中至少3個是氮原子的含氮雜環物阻燃劑。
2.根據權利要求1所述的阻燃改性瀝青混合料，其特徵在於，類似熱塑性彈性體的瀝青改良劑也可以是SBS、SIS或SEBS中的一種，且其在瀝青混合料中的重量比為5～18％。
3.根據權利要求1或2所述的阻燃改性瀝青混合料，其特徵在於，熱塑性彈性體在瀝青混合料中的重量比為6～15％。
4.根據權利要求1所述的阻燃改性瀝青混合料，其特徵在於，惰性填料可選自珍珠巖、雲母粉、氧化鋁、玻璃纖維、碳酸鈣、碳酸鎂、矽土和碳黑其中至少的一種，且其在瀝青混合料中的重量比為20～30％。
5.根據權利要求1所述的阻燃改性瀝青混合料，其特徵在於，滷系阻燃劑可以是多溴聯苯氧化物、多溴苯、多溴二苯氧基化合物、多溴苯鄰二甲醯亞胺、多溴環癸烷、氯代脂環族化合物以及多溴苯酚其中的一種，其在瀝青混合料中的百分比為2～30％。
6.根據權利要求1或5所述的阻燃改性瀝青混合料，其特徵在於，滷系阻燃劑在瀝青混合料中的百分比為5～10％。
7.根據權利要求1所述的阻燃改性瀝青混合料，其特徵在於，含有至少6個原子，且其中至少3個是氮原子的含氮雜環物阻燃劑可以是三聚氰銨、三嗪或氫化三嗪其中的一種，其在瀝青混合料中重量比為1～10％。
8.根據權利要求1或7所述的阻燃改性瀝青混合料，其特徵在於，含有至少6個原子，且其中至少3個是氮原子的含氮雜環物阻燃劑在瀝青混合料中的重量比為2～5％。
9.根據權利要求1所述的阻燃改性瀝青混合料，其特徵在於，所述抑煙劑可選自鉬類化合物、釩類化合物、矽類化合物以及碳酸鈣、陶土、水合氧化鋁和水合氧化鎂中至少的一種，其在瀝青混合料中重量比為10～20％。
10.根據權利要求1、2、4、5、7或9所述的阻燃改性瀝青混合料，其特徵在於，金屬氧化物水合物可選自鋁的三水化物、硼酸鈣的水化物、硼酸鋇的水化物、硼酸鋅的水化物、氧化鎂的水化物中至少的一種，且其在瀝青混合料中的重量比是0～20％。
全文摘要
本發明涉及一種瀝青混合料，特別是適用於公路隧道內路面鋪裝的可起阻燃效果的改性瀝青混合料，其中含有基質瀝青、熱塑性彈性體、惰性填料、滷系阻燃劑、抑煙劑、金屬氧化物的水合物以及含有至少6個原子，且其中至少3個是氮原子的含氮雜環物阻燃劑。將它們按特定的比例混合，使幾種不同的阻燃劑發生相互協同作用，用其鋪裝的瀝青路面，不僅在高溫性能、抗老化性能以及感溫性能等特性上較普通瀝青有較大提高，而且應用在隧道路面上，其「阻燃」和「抑煙」效果也都非常明顯，同時材料的加工性能也明顯提高。
文檔編號C08L95/00GK1569963SQ0313326
公開日2005年1月26日 申請日期2003年7月25日 優先權日2003年7月25日
發明者何唯平, 鄧忠才, 趙欣平, 張紅兵, 李飛 申請人:深圳市海川實業股份有限公司