木质素改性沥青及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】木质素改性沥青及其制备方法和应用，本发明由以下步骤制备而得：（1）木质素的提取；（2）木质素的精制；（3）木质素的改性；（4）将步骤（3）所得改性木质素与石油沥青置于反应容器中，加入Na2S，反应30min，经后处理得木质素改性沥青。本发明从废弃造纸黑液中提取木质素，并利用精制改性后的木质素对沥青进行化学改性，得到木质素改性沥青，改性沥青的抗腐蚀性能与改性前沥青的相当，其弹性恢复率较改性前沥青的高1.2%，其在相同温度下的粘度高于未改性前沥青的粘度，因此木质素改性沥青与未改性沥青的性能相当，故可用木质素改性沥青代替沥青，既有效节约了石油资源，又对废弃造纸黑液进行了二次利用。
【专利说明】木质素改性沥青及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于环境工程研究领域，具体涉及一种木质素改性浙青及其制备方法和应用。
技术背景
[0002]浙青在道路的建设中起着重要的作用，而我国使用的浙青大多来自石油的副产品，石油是不可再生资源，对浙青的需求量越来越大将进一步导致石油资源的短缺。
[0003]另一方面，我国的造纸产业每年产生大量的造纸黑液，对造纸黑液的处理若不够妥当，会对环境造成很大影响。
[0004]综上所述，为了节约石油资源和科学的治理造纸黑液造成的环境污染，将造纸黑液合理利用于浙青的改性具有重要的社会价值。目前，我国对木质素改性浙青的研究，还只处在木质素与浙青的掺混均匀程度、强度和温度变化等基本物理改性的层面上，并未进行木质素对浙青的化学改性的研究。
[0005]为了解决上述问题，本发明是以木质素聚合物和浙青质为基础，利用造纸黑液中提取的木质素对浙青进行化学改性。
【发明内容】
[0006]解决的技术问题是:本发明克服现有技术的不足而提出一种木质素改性浙青及其制备方法和应用，利用该方法制备得到的木质素改性浙青具有优良的抗腐蚀性能、弹性恢复能力和粘度，可替代石油浙青。
[0007]技术方案:`
[0008]木质素改性浙青，由以下步骤制备而得:
[0009](I)木质素的提取
[0010]取造纸黑液，加入盐酸调节pH为2.5-3.5，将酸化的造纸黑液在15_20min内升温至80°C，后经离心分离取下层沉淀，用去离子水反复洗涤至中性，于120°C下干燥24h，得到木质素粗品；
[0011](2)木质素的精制
[0012]将步骤(1)所得的木质素粗品加入水中，水的质量为木质素粗品的15-25倍，配制木质素水溶液，将配制好的木质素水溶液置于反应器中，用盐酸调节pH为1.5-2.5,在70-90°C下搅拌2.5-3.5h后，抽滤取滤饼，用去离子水反复洗至中性，于120°C烘箱中干燥24h，即得到精制木质素；
[0013](3)木质素的改性
[0014]将步骤(2)得到的精制木质素溶于质量浓度为5%的NaOH溶液中，后置于反应器中，在70-90°C下搅拌反应0.5-1.5h，将环氧氯丙烷的乙醇溶液加入反应器中，反应2.5-3.5h,用盐酸调节溶液的PH值为1.5-2.5，抽滤取滤饼，用去离子水反复洗至中性，于120°C烘箱中干燥24h，即得到改性木质素，其中精制木质素、5%的NaOH溶液、环氧氯丙烷、乙醇的质量比为1:(50-125):(3-5):5 ；
[0015](4)木质素改性浙青
[0016]将步骤(3)得到的改性木质素与石油浙青置于反应容器中，加入Na2S，在350-4000C >20-25MPa,反应30min后停止反应，冷却至室温，加入去离子水，过滤取滤饼，于120°C下干燥24h，即得到木质素改性浙青，其中改性木质素、石油浙青、Na2S、去离子水的质量比为(3-5):(5-7):(3-4):20o
[0017]所述木质素改性浙青的制备方法，包括如下步骤:
[0018](I)木质素的提取
[0019]取造纸黑液，加入盐酸调节pH为2.5-3.5，将酸化的造纸黑液在15_20min内升温至80°C，后经离心分离取下层沉淀，用去离子水反复洗涤至中性，于120°C下干燥24h，得到木质素粗品；
[0020](2)木质素的精制
[0021]将步骤(1)所得的木质素粗品加入水中，水的质量为木质素粗品的15-25倍，配制木质素水溶液，将配制好的木质素水溶液置于反应器中，用盐酸调节pH为1.5-2.5,在70-90°C下搅拌2.5-3.5h后，抽滤取滤饼，用去离子水反复洗至中性，于120°C烘箱中干燥24h，即得到精制木质素；
[0022](3)木质素的改性
[0023]将步骤(2)得到的精制木质素溶于质量浓度为5%的NaOH溶液中，后置于反应器中，在70_90°C下搅拌反应0.5-1.5h，将环氧氯丙烷的乙醇溶液加入反应器中，反应
2.5-3.5h,用盐酸调节溶液的pH值为1.5-2.5，抽滤取滤饼，用去离子水反复洗至中性，于120°C烘箱中干燥24h，即得到改性木质素，其中精制木质素、5%的NaOH溶液、环氧氯丙烷、乙醇的质量比为1:(50-125):(3-5):5 ；
[0024](4)木质素改性浙青
[0025]将步骤(3)得到的改性木质素与石油浙青置于反应容器中，加入Na2S，在350-4000C >20-25MPa,反应30min后停止反应，冷却至室温，加入去离子水，过滤取滤饼，于120°C下干燥24h，即得到木质素改性浙青，其中改性木质素、石油浙青、Na2S、去离子水的质量比为(3-5):(5-7):(3-4):20o
[0026]所述的木质素改性浙青的制备方法，步骤(1)中将酸化的造纸黑液在18min内升温至80°C。
[0027]所述的木质素改性浙青的制备方法，步骤(2)中的反应温度为80°C，时间为3h。
[0028]所述的木质素改性浙青的制备方法，步骤(3冲精制木质素、5%的NaOH溶液、环氧氯丙烷、乙醇的质量比为1:100:4:5。
[0029]所述的木质素改性浙青的制备方法，步骤(4)中的反应温度为375°C，压强为22.1MPa0
[0030]木质素改性浙青在道路建设中的应用。
[0031]本发明步骤(4)中，在碱金属(Na+或K+)催化剂的作用下，Na2S中的离子键断裂，木质素分子结构中存在的酚羟基和醇羟基等活性基团使木质素与浙青质中的分子完成磺化，形成C-S键，C-S键将不同的分子交联在一起，故可以将碱木质素和石油浙青充分融合。
[0032]有益效果:本发明从废弃造纸黑液中提取木质素，并利用精制改性后的木质素对浙青进行化学改性，得到木质素改性浙青，改性浙青的抗腐蚀性能与改性前浙青的相当，其弹性恢复率较改性前浙青的高1.2%，其在相同温度下的粘度高于未改性前浙青的粘度，因此木质素改性浙青与未改性浙青的性能相当，故可用木质素改性浙青代替浙青，既有效节约了石油资源，又对废弃造纸黑液进行了二次利用。
【具体实施方式】
[0033]实施例1:
[0034]木质素改性浙青的制备方法，包括如下步骤:
[0035](I)木质素的提取
[0036]取造纸黑液，加入盐酸调节pH为3.5，将酸化的造纸黑液在15min内升温至80°C，后经离心分离取下层沉淀，用去离子水反复洗涤至中性，于120°C下干燥24h，得到木质素粗品；
[0037](2)木质素的精制
[0038]将步骤(1)所得的木质素粗品加入水中，水的质量为木质素粗品的15倍，配制木质素水溶液，将配制好的木质素水溶液置于反应器中，用盐酸调节pH为2.5，在70°C下搅拌
3.5h后，抽滤取滤饼，用去离子水反复洗至中性，于120°C烘箱中干燥24h，即得到精制木质素；
[0039](3)木质素的改性
[0040]将步骤(2)得到的精制木·质素溶于质量浓度为5%的NaOH溶液中，后置于反应器中，在70°C下搅拌反应1.5h，将环氧氯丙烷的乙醇溶液加入反应器中，反应3.5h,用盐酸调节溶液的PH值为2.5，抽滤取滤饼，用去离子水反复洗至中性，于120°C烘箱中干燥24h，即得到改性木质素，其中精制木质素、5%的NaOH溶液、环氧氯丙烷、乙醇的质量比为1:50:3:5 ；
[0041](4)木质素改性浙青
[0042]将步骤(3)得到的改性木质素与石油浙青置于反应容器中，加入Na2S，在350°C、20MPa,反应30min后停止反应,冷却至室温,加入去离子水,过滤取滤饼,于120°C下干燥24h，即得到木质素改性浙青，其中改性木质素、石油浙青、Na2S、去离子水的质量比为3:7:
3:20o
[0043]实施例2:
[0044]木质素改性浙青的制备方法，包括如下步骤:
[0045](I)木质素的提取
[0046]取造纸黑液，加入盐酸调节pH为2.5，将酸化的造纸黑液在20min内升温至80°C，后经离心分离取下层沉淀，用去离子水反复洗涤至中性，于120°C下干燥24h，得到木质素粗品；
[0047](2)木质素的精制
[0048]将步骤(1)所得的木质素粗品加入水中，水的质量为木质素粗品的25倍，配制木质素水溶液，将配制好的木质素水溶液置于反应器中，用盐酸调节PH为1.5，在90°C下搅拌
2.5h后，抽滤取滤饼，用去离子水反复洗至中性，于120°C烘箱中干燥24h，即得到精制木质素；[0049](3)木质素的改性[0050]将步骤(2)得到的精制木质素溶于质量浓度为5%的NaOH溶液中，后置于反应器中，在90°C下搅拌反应0.5h，将环氧氯丙烷的乙醇溶液加入反应器中，反应2.5h,用盐酸调节溶液的PH值为1.5，抽滤取滤饼，用去离子水反复洗至中性，于120°C烘箱中干燥24h，即得到改性木质素，其中精制木质素、5%的NaOH溶液、环氧氯丙烷、乙醇的质量比为1:125:5:5 ；
[0051](4)木质素改性浙青
[0052]将步骤(3)得到的改性木质素与石油浙青置于反应容器中，加入Na2S，在400°C、25MPa,反应30min后停止反应,冷却至室温,加入去离子水,过滤取滤饼,于120°C下干燥24h,即得到木质素改性浙青，其中改性木质素、石油浙青、Na2S、去离子水的质量比为5:5:
4:20o
[0053]实施例3:
[0054]木质素改性浙青的制备方法，包括如下步骤:
[0055](I)木质素的提取
[0056]取造纸黑液，加入盐酸调节pH为3，将酸化的造纸黑液在18min内升温至80 C，后经离心分离取下层沉淀，用去离子水反复洗涤至中性，于120°C下干燥24h，得到木质素粗品;
[0057](2)木质素的精制
[0058]将步骤(1)所得的木质素粗品加入水中，水的质量为木质素粗品的20倍，配制木质素水溶液，将配制好的木质素水溶液置于反应器中，用盐酸调节PH为2，在80°C下搅拌3h后，抽滤取滤饼，用去离子水反复洗至中性，于120°C烘箱中干燥24h，即得到精制木质素；
[0059](3)木质素的改性
[0060]将步骤(2)得到的精制木质素溶于质量浓度为5%的NaOH溶液中，后置于反应器中，在80°C下搅拌反应lh，将环氧氯丙烷的乙醇溶液加入反应器中，反应3h，用盐酸调节溶液的PH值为2，抽滤取滤饼，用去离子水反复洗至中性，于120°C烘箱中干燥24h，即得到改性木质素，其中精制木质素、5%的NaOH溶液、环氧氯丙烷、乙醇的质量比为1:100:4:5 ；
[0061](4)木质素改性浙青
[0062]将步骤(3)得到的改性木质素与石油浙青置于反应容器中，加入Na2S,在375°C，压强为22.1MPa,反应30min后停止反应,冷却至室温,加入去离子水,过滤取滤饼,于120°C下干燥24h，即得到木质素改性浙青，其中改性木质素、石油浙青、Na2S、去离子水的质量比为4:6:3:20ο
[0063]将实施例3制得的木质素改性浙青进行酸雨腐蚀老化试验、弹性恢复试验和粘度测试:
[0064]一、酸雨腐蚀老化试验
[0065]分别将三组3.850g的木质素改性浙青溶解于IOml三氯乙烯中，并倒入直径为14cm的薄膜烘箱试样盘中，待三氯乙烯完全挥发后得到250 μ m厚度的浙青膜试样，将三个浙青膜分别平铺使其完全浸泡在三个蒸发皿中，每24小时加入37%的盐酸溶液，分别将pH调至1.0,3.0和5.6，每24h取样一次，试验周期为240h，用水将残余的浙青洗净，烘干，称重，质量为X (g)。利用公式〔(3.85-X)+3.85〕X 100，计算浙青的被腐蚀率p (%)。[0066]结果见表1。
[0067]表1木质素改性浙青与未改性浙青经过酸腐蚀后的残余量及被腐蚀率
[0068]
【权利要求】
1.木质素改性浙青，其特征在于由以下步骤制备而得: (1)木质素的提取 取造纸黑液，加入盐酸调节pH为2.5-3.5，将酸化的造纸黑液在15-20min内升温至80°C，后经离心分离取下层沉淀，用去离子水反复洗涤至中性，于120°C下干燥24h，得到木质素粗品； (2)木质素的精制 将步骤(1)所得的木质素粗品加入水中，水的质量为木质素粗品的15-25倍，配制木质素水溶液，将配制好的木质素水溶液置于反应器中，用盐酸调节PH为1.5-2.5，在70-90°C下搅拌2.5-3.5h后，抽滤取滤饼，用去离子水反复洗至中性，于120°C烘箱中干燥24h，即得到精制木质素； (3)木质素的改性 将步骤(2)得到的精制木质素溶于质量浓度为5%的NaOH溶液中，后置于反应器中，在70-90°C下搅拌反应0.5-1.5h，将环氧氯丙烷的乙醇溶液加入反应器中，反应2.5-3.5h,用盐酸调节溶液的PH值为1.5-2.5，抽滤取滤饼，用去离子水反复洗至中性，于120°C烘箱中干燥24h，即得到改性木质素，其中精制木质素、5%的NaOH溶液、环氧氯丙烷、乙醇的质量比为 1:50-125:3-5:5 ； (4)木质素改性浙青 将步骤(3)得到的改性木质素与石油浙青置于反应容器中，加入Na2S，在350-400°C、20-25MPa，反应30min后停止反应，冷却至室温，加入去离子水，过滤取滤饼，于120°C下干燥24h，即得到木质素改性浙·青，其中改性木质素、石油浙青、Na2S、去离子水的质量比为3-5:5-7:3-4:20o
2.权利要求1所述的木质素改性浙青的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1)木质素的提取 取造纸黑液，加入盐酸调节pH为2.5-3.5，将酸化的造纸黑液在15-20min内升温至80°C，后经离心分离取下层沉淀，用去离子水反复洗涤至中性，于120°C下干燥24h，得到木质素粗品； (2)木质素的精制 将步骤(1)所得的木质素粗品加入水中，水的质量为木质素粗品的15-25倍，配制木质素水溶液，将配制好的木质素水溶液置于反应器中，用盐酸调节PH为1.5-2.5，在70-90°C下搅拌2.5-3.5h后，抽滤取滤饼，用去离子水反复洗至中性，于120°C烘箱中干燥24h，即得到精制木质素； (3)木质素的改性 将步骤(2)得到的精制木质素溶于质量浓度为5%的NaOH溶液中，后置于反应器中，在70-90°C下搅拌反应0.5-1.5h，将环氧氯丙烷的乙醇溶液加入反应器中，反应2.5-3.5h,用盐酸调节溶液的PH值为1.5-2.5，抽滤取滤饼，用去离子水反复洗至中性，于120°C烘箱中干燥24h，即得到改性木质素，其中精制木质素、5%的NaOH溶液、环氧氯丙烷、乙醇的质量比为 1:50-125:3-5:5 ； (4)木质素改性浙青 将步骤(3)得到的改性木质素与石油浙青置于反应容器中，加入Na2S，在350-400°C、20-25MPa，反应30min后停止反应，冷却至室温，加入去离子水，过滤取滤饼，于120°C下干燥24h，即得到木质素改性浙青，其中改性木质素、石油浙青、Na2S、去离子水的质量比为3-5:5-7:3-4:20o
3.如权利要求2所述的木质素改性浙青的制备方法，其特征在于步骤(1)中将酸化的造纸黑液在18min内升温至80°C。
4.如权利要求2所述的木质素改性浙青的制备方法，其特征在于步骤(2)中的反应温度为80°C，时间为3h。
5.如权利要求2所述的木质素改性浙青的制备方法，其特征在于步骤(3)中精制木质素、5%的NaOH溶液、环氧氯丙烷、乙醇的质量比为1:100:4:5。
6.如权利要求2所述的木质素改性浙青的制备方法，其特征在于步骤(4)中的反应温度为375°C，压强为22.1MPa0
7.权利要求1所述的木质素改性浙青在道路建设中的应用。
【文档编号】C10C3/02GK103710040SQ201310647897
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】黄靖宇, 李军伟 申请人:河海大学