专利名称：一种制备沥青基纳米复合材料的方法
技术领域：
本发明涉及一种沥青基纳米复合材料的制备方法，尤其是以石油渣油、沥青或煤 焦油沥青为原料，采用蒙脱土为增强材料制备高耐热性、高强度沥青基纳米复合材料 的方法。
技术背景在我国石油渣油、沥青或煤焦油沥青的利用途径非常有限，主要用作道路沥青、 建筑沥青或用作低价燃料油使用。这不仅浪费了此类物质的巨大潜在价值，也不符合 绿色经济发展的要求。近年来采用蒙脱土与聚合物制备纳米复合材料的开发研究迅猛 发展，由于聚合物/蒙脱土纳米复合材料既能发挥纳米片层自身的特性及片层间的协 同效应，又具有聚合物材料本身的优点，聚合物/蒙脱土复合材料通常具有更好的物 理机械性能。使得其在力学、热性能、气体阻隔性能以及材料的各向异性等方面呈现 出常规材料不具备的特性故具有广泛的应用前景。蒙脱土与石油渣油、沥青或煤焦油 沥青在我国有丰富的资源，且价格低廉。但是，蒙脱土与石油渣油等结合制备纳米复 合材料的技术至今未有报道。本发明提供了一种蒙脱土与石油渣油等结合制备纳米复 合材料的方法。与制备聚合物/蒙脱土复合材料的方法相比所采用原料廉价，工艺简 捷，具有较低的生产成本。并且，沥青基/蒙脱土纳米复合材料产品的力学性能比纯 沥青材料大大提高。在利用石油加工副产品的同时,又得到高附加值新型产品。为石 油渣油、沥青或煤焦油沥青资源的利用提供了新的利用途径，并具有潜在的巨大经济 效益。 发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种石油渣油、沥青或煤焦油沥青(沸点大于50(TC的馏分)与蒙脱土复合的方法，尤其是采用环氧树脂为固化剂制备沥青基纳米 复合材料的方法。本发明解决其技术问题按如下步骤进行①脱油沥青组分的制备以石油渣油、沥青或煤焦油沥青为原料，采用丙烷或丁垸为溶剂，在温度为30'C 10(TC范围内，压力为4.0 15.0MPa下，剂油比分别为1 : 1 7 : 1的情况下进行抽提，得到脱油沥青组分；②有机蒙脱土的制备以蒙脱土为原料，采用16院基季胺盐为改性剂。先将蒙脱 土与改性剂以3 8: 1 (重量比)的比例浸泡在温度为70。C 90。C的水中，常压下搅拌 1~6小时，得到蒙脱土悬浮液。将悬浮液过滤，并用清水冲洗数次得到改性蒙脱土沉 淀物。将沉淀物在70 8(TC下干燥24小时，粉碎得到有机蒙脱土。③ 脱油沥青组分与有机蒙脱土混合混合条件为脱油沥青组分有机蒙脱土 (重量比)=(3 9) :i;混合温度为80 160°C;搅拌时间1小时 6小时；④ 所得的混合组分再与固化剂环氧树脂复配，按5~7: 3~2复配，在温度50°C~400 °C，固化时间1~120小时下，得到沥青基纳米复合材料。本发明以石油渣油、沥青或煤焦油沥青为原料，采用溶剂脱沥青方法对原料进行 预处理。采用蒙脱土为增强材料，以环氧树脂作为固化剂来制备高强度沥青/蒙脱土 纳米复合材料，开创了制备沥青基/蒙脱土纳米复合材料的方法。可从低成本的原料 中获得高性能的新型复合材料，为石油渣油的高附加值利用开辟了新途径。本发明与 现有技术相比较可降低合成成本60%以上，沥青基/蒙脱土纳米复合材料的硬度与基 质沥青相比可提高25%以上。复合材料与原料(石油渣油或煤焦油)相比每吨纯利润 可增加价值3000元以上，在技术上具有明显的优势和显著经济效果。
具体实施方式
下面将结合实施例来详述本发明。实施例1以石油渣油为原料，以丙垸为溶剂在温度50°c，剂油比为l : l下进行液液萃取，得到脱油沥青组分；以蒙脱土为原料，采用16烷基三甲基氯化铵为改性剂。将蒙脱 土与改性剂以3: 1 (重量比)的比例浸泡在温度为70。C的水中，常压下搅拌l小时， 得到蒙脱土悬浮液。将悬浮液过滤，并用清水冲洗数次得到改性蒙脱土沉淀物。将沉 淀物在7(TC下干燥24小时，粉碎得到有机蒙脱土；脱油沥青组分与有机蒙脱土以脱 油沥青组分有机蒙脱土 (重量比)=3 : 1，混合温度为8(TC,搅拌1小时；加入环氧 树脂再在温度8(TC，固化240小时，得到沥青基纳米复合材料。所得材料拉伸强度达到18.65MPa，弯曲强度达到21,24MPa。 45(TC以下机械强度无明显变化。该材料比纯 沥青基材料的拉伸强度和弯曲强度提高40.5%和35.4%。该材料可用于低成本输水、 输油管道，防腐、防水发动机外壳等。 实施例2以石油沥青为原料，以丙垸为溶剂在温度75'C，剂油比为1 : 3下进行液液萃取， 得到脱油沥青组分；以蒙脱土为原料，采用16烷基三甲基氯化铵为改性剂。将蒙脱 土与改性剂以3: 1 (重量比)的比例浸泡在温度为70'C的水中，常压下，搅拌l小 时，得到蒙脱土悬浮液。将悬浮液过滤，并用清水冲洗数次得到改性蒙脱土沉淀物。 将沉淀物在70'C下干燥24小时，粉碎得到有机蒙脱土；脱油沥青组分与有机蒙脱土 以脱油沥青组分有机蒙脱土 (重量比)=4 : 1，混合温度为90°C，搅拌2小时；加入 环氧树脂再在温度250'C，固化30小时，得到沥青基纳米复合材料。所得材料拉伸强 度达到17.85MPa,弯曲强度达到22.51MPa。 450°C以下机械强度无明显变化。该材料 比纯沥青基材料的拉伸强度和弯曲强度提高39.11%和31.78%。该材料可用于低成本 输水、输油管道，防腐、防水发动机外壳等。实施例3以煤焦油为原料，以丙垸为溶剂在温度85°C,剂油比为1 : 4下进行液液萃取， 得到脱油沥青组分；以蒙脱土为原料，采用16烷基三甲基氯化铵为改性剂。将蒙脱 土与改性剂以3: 1 (重量比)的比例浸泡在温度为70'C的水中，常压下，搅拌l小 时，得到蒙脱土悬浮液。将悬浮液过滤，并用清水冲洗数次得到改性蒙脱土沉淀物。 将沉淀物在70'C下干燥24小时，粉碎得到有机蒙脱土；脱油沥青组分与有机蒙脱土 以脱油沥青组分有机蒙脱土 (重量比)=5 : 1，混合温度为卯。C，搅拌2小时；加入 环氧树脂再在温度35(TC，固化10小时，得到沥青基纳米复合材料。所得材料拉伸强 度达到19.95MPa,弯曲强度达到22.88MPa。 450°C以下机械强度无明显变化。该材料 比纯沥青基材料的拉伸强度和弯曲强度提高41.1%和37.5%。该材料可用于低成本输 水、输油管道，防腐、防水发动机外壳等。实施例4以石油沥青为原料，以丙垸为溶剂在温度75'C,剂油比为1 : 3下进行液液萃取， 得到脱油沥青组分；以蒙脱土为原料，采用16垸基三甲基氯化铵为改性剂。将蒙脱 土与改性剂以3: 1 (重量比)的比例浸泡在温度为7(TC的水中，常压下，搅拌l小时，得到蒙脱土悬浮液。将悬浮液过滤，并用清水冲洗数次得到改性蒙脱土沉淀物。 将沉淀物在7(TC下干燥24小时，粉碎得到有机蒙脱土；脱油沥青组分与有机蒙脱土 以脱油沥青组分有机蒙脱土 (重量比)=6 : 1，混合温度为9(TC，搅拌2小时；加入 环氧树脂再在温度40(TC，固化3小时，得到沥青基纳米复合材料。所得材料拉伸强 度达到22.16MPa，弯曲强度达到23.62MPa。 450°C以下机械强度无明显变化。该材料 比纯沥青基材料的拉伸强度和弯曲强度提高42.8%和33.8%。该材料可用于低成本输 水、输油管道，防腐、防水发动机外壳等。 实施例5以石油沥青为原料，以丙烷为溶剂在温度75'C，剂油比为1 : 3下进行液液萃取， 得到脱油沥青组分；以蒙脱土为原料，采用16垸基三甲基氯化铵为改性剂。将蒙脱 土与改性剂以3: 1 (重量比)的比例浸泡在温度为70'C的水中，常压下，搅拌l小 时，得到蒙脱土悬浮液。将悬浮液过滤，并用清水冲洗数次得到改性蒙脱土沉淀物。 将沉淀物在70'C下干燥24小时，粉碎得到有机蒙脱土；脱油沥青组分与有机蒙脱土 以脱油沥青组分有机蒙脱土 (重量比)=4 : 1，混合温度为9(TC，搅拌2小时；加入 环氧树脂再在温度35(TC，固化10小时，得到沥青基纳米复合材料。所得材料拉伸强 度达到24.66MPa，弯曲强度达到25.72MPa。 450°C以下机械强度无明显变化。该材料 比纯沥青基材料的拉伸强度和弯曲强度提高44.8%和38.2%。该材料可用于低成本输 水、输油管道，防腐、防水发动机外壳等。实施例6以石油沥青为原料，以丙垸为溶剂在温度75'C,剂油比为1 : 3下进行液液萃取， 得到脱油沥青组分；以蒙脱土为原料，采用16垸基三甲基氯化铵为改性剂。将蒙脱 土与改性剂以3: 1 (重量比)的比例浸泡在温度为70'C的水中，常压下，搅拌l小 时，得到蒙脱土悬浮液。将悬浮液过滤，并用清水冲洗数次得到改性蒙脱土沉淀物。 将沉淀物在7(TC下干燥24小时，粉碎得到有机蒙脱土；脱油沥青组分与有机蒙脱土 以脱油沥青组分有机蒙脱土 (重量比)=4 : 1，混合温度为90'C，搅拌2小时；所得 的混合组分再与固化剂环氧树脂7: 3复合，再在温度220'C，固化30小时，得到沥 青基纳米复合材料。所得材料拉伸强度达到17.46MPa,弯曲强度达到20.33MPa。 450 'C以下机械强度无明显变化。该材料比纯沥青基材料的拉伸强度和弯曲强度提高 35.9%和34.74%。该材料可用于低成本输水、输油管道，防腐、防水发动机外壳等。实施例7以石油沥青为原料，以丙垸为溶剂在温度75'C，剂油比为1 : 3下进行液液萃取, 得到脱油沥青组分；以蒙脱土为原料，采用16烷基三甲基氯化铵为改性剂。将蒙脱 土与改性剂以3: 1 (重量比)的比例浸泡在温度为70。C的水中，常压下，搅拌l小 时，得到蒙脱土悬浮液。将悬浮液过滤，并用清水冲洗数次得到改性蒙脱土沉淀物。 将沉淀物在70'C下干燥24小时，粉碎得到有机蒙脱土；脱油沥青组分与有机蒙脱土 以脱油沥青组分有机蒙脱土 (重量比)=4 : 1，混合温度为90°C，搅拌2小时；所得 的混合组分再与固化剂环氧树脂按5: 3复合，再在温度22(TC，固化40小时，得到 沥青基纳米复合材料。所得材料拉伸强度达到17.46MPa,弯曲强度达到20.33MPa。450 'C以下机械强度无明显变化。该材料比纯沥青基材料的拉伸强度和弯曲强度提高 35.9%和34.74%。该材料可用于低成本输水、输油管道，防腐、防水发动机外壳等。沥青基复合材料具有高模量、高强度、耐高温等优异性能。沥青基复合材料应 用广泛，可作为新型增强材料或结构材料应用于建筑、机械、车辆设备等多个领域。 本发明为石油渣油或煤焦油沥青的利用提供了新的途径。
权利要求
1.一种石油渣油、沥青或煤焦油沥青与蒙脱土制备纳米复合材料的方法，其特征是以石油渣油、石油沥青或煤焦油沥青和蒙脱土为原料，按如下步骤进行(1)脱油沥青组分的制备以石油渣油、石油沥青或煤焦油沥青为原料，采用丙烷或丁烷为溶剂，在温度为30℃～100℃范围内，压力为4.0～8.0MPa下，剂油比分别为1∶1～7∶1的情况下进行抽提，得到脱油沥青组分；(2)有机蒙脱土的制备以蒙脱土为原料，采用16烷基季胺盐为改性剂。先将蒙脱土与改性剂以3～8∶1(重量比)的比例浸泡在温度为70℃～90℃的水中，常压下，搅拌1～6小时，得到蒙脱土悬浮液。将悬浮液过滤，并用清水冲洗数次得到改性蒙脱土沉淀物。将沉淀物在70～80℃下干燥24小时，粉碎得到有机蒙脱土；脱油沥青组分与有机蒙脱土混合混合条件为脱油沥青组分∶有机蒙脱土(重量比)＝(3～9)∶1；在80～160℃条件下，搅拌时间1～3小时；在均匀搅拌后，同等温度下将所得的上述混合组分中再加入固化剂环氧树脂，按混合组分∶环氧树脂＝5～7∶3～2添加；搅拌时间1～6小时；(3)在温度80℃～400℃，隔绝氧气条件下，固化时间1～120小时下，得到沥青基复合材料。
2. 根据权利要求1所述的沥青基纳米复合材料的制备方法，其特征是以石油渣 油为原料，以丙垸为溶剂在温度5(TC,剂油比为1 : 1下进行液液萃取，得到脱油沥 青组分；以蒙脱土为原料，采用16垸基季胺盐为改性剂。将蒙脱土与改性剂以3: 1(重量比)的比例浸泡在温度为70。C的水中，常压下，搅拌l小时，得到蒙脱土悬浮 液。将悬浮液过滤，并用清水冲洗数次得到改性蒙脱土沉淀物。将沉淀物在70'C下干 燥24小时，粉碎得到有机蒙脱土；脱油沥青组分与有机蒙脱土以脱油沥青组分有 机蒙脱土 (重量比)=3: 1，混合温度为80。C，搅拌60min;所得的混合组分再与固化 剂环氧树脂按5: 3复合，温度80'C，固化时间120小时下得到沥青基纳米复合材料。
3. 根据权利要求1所述的沥青基复合材料的制备方法，其特征是以石油沥青为 原料，以丙垸为溶剂在温度75°C,剂油比为1 : 3下进行液液萃取，得到脱油沥青组 分；以蒙脱土为原料，采用16垸基季胺盐为改性剂。将蒙脱土与改性剂以3: 1 (重 量比)的比例浸泡在温度为70。C的水中，常压下，搅拌1小时，得到蒙脱土悬浮液。将悬浮液过滤，并用清水冲洗数次得到改性蒙脱土沉淀物。将沉淀物在7(TC下干燥 24小时，粉碎得到有机蒙脱土；脱油沥青组分与有机蒙脱土以脱油沥青组分有机蒙 脱土 (重量比)=4: 1，混合温度为90'C，搅拌120rnin;所得的混合组分再与固化剂 环氧树脂按6: 3复合，温度100。C，固化80小时得到沥青基纳米复合材料。
4. 根据权利要求1所述的沥青基复合材料的制备方法，其特征是以石油渣油为 原料，以丙烷为溶剂在温度85°C，剂油比为1 :4下进行液液萃取，得到脱油沥青组 分；以蒙脱土为原料，采用16烷基季胺盐为改性剂。将蒙脱土与改性剂以3: 1 (重 量比)的比例浸泡在温度为70'C的水中，常压下搅拌1小时，得到蒙脱土悬浮液。将 悬浮液过滤，并用清水冲洗数次得到改性蒙脱土沉淀物。将沉淀物在7(TC下干燥24 小时，粉碎得到有机蒙脱土；脱油沥青组分与有机蒙脱土以脱油沥青组分有机蒙脱 土 (重量比)=5 : 1，混合温度为卯。C，搅拌120min;所得的混合组分再与固化剂环 氧树脂按7: 2复合，温度12(TC，固化60小时得到沥青基纳米复合材料。
5. 根据权利要求1所述的沥青基复合材料的制备方法，其特征是以石油沥青为 原料，以丙烷为溶剂在温度75°C,剂油比为1 : 3下进行液液萃取，得到脱油沥青组 分；以蒙脱土为原料，采用16烷基季胺盐为改性剂。将蒙脱土与改性剂以3: 1 (重 量比)的比例浸泡在温度为70。C的水中，常压下，搅拌1小时，得到蒙脱土悬浮液。 将悬浮液过滤，并用清水冲洗数次得到改性蒙脱土沉淀物。将沉淀物在7(TC下干燥 24小时，粉碎得到有机蒙脱土；脱油沥青组分与有机蒙脱土以脱油沥青组分有机蒙 脱土 (重量比)=6: 1，混合温度为90°C，搅拌120min;所得的混合组分再与固化剂 环氧树脂按5: 3复合，温度25(TC，固化30小时得到沥青基纳米复合材料。
6. 根据权利要求1所述的沥青基复合材料的制备方法，其特征是以石油沥青为 原料，以丙垸为溶剂在温度75°C，剂油比为1 : 3下进行液液萃取，得到脱油沥青组 分；以蒙脱土为原料，采用16垸基季胺盐为改性剂。将蒙脱土与改性剂以3: 1 (重 量比)的比例浸泡在温度为70。C的水中，常压下，搅拌1小时，得到蒙脱土悬浮液。 将悬浮液过滤，并用清水冲洗数次得到改性蒙脱土沉淀物。将沉淀物在70'C下干燥 24小时，粉碎得到有机蒙脱土；脱油沥青组分与有机蒙脱土以脱油沥青组分有机蒙 脱土 (重量比)=4: 1，混合温度为90°C，搅拌120min;所得的混合组分再与固化剂 环氧树脂按6: 2复合，温度30(TC，固化15小时得到沥青基纳米复合材料。
7. 根据权利要求1所述的沥青基复合材料的制备方法，其特征是以石油沥青为原料，以丙垸为溶剂在温度75°C，剂油比为1 : 3下进行液液萃取，得到脱油沥青组 分；以蒙脱土为原料，采用16烷基季胺盐为改性剂。将蒙脱土与改性剂以3: 1 (重 量比)的比例浸泡在温度为7(TC的水中，常压下，搅拌1小时，得到蒙脱土悬浮液。 将悬浮液过滤，并用清水冲洗数次得到改性蒙脱土沉淀物。将沉淀物在70'C下干燥 24小时，粉碎得到有机蒙脱土；脱油沥青组分与有机蒙脱土以脱油沥青组分有机蒙 脱土 (重量比)=4: 1，混合温度为90°C，搅拌120min;所得的混合组分再与固化剂 环氧树脂按7: 3复合，温度35(TC，固化10小时得到沥青基纳米复合材料。
8.根据权利要求1所述的沥青基复合材料的制备方法，其特征是以石油沥青为 原料，以丙垸为溶剂在温度75°C，剂油比为1 : 3下进行液液萃取，得到脱油沥青组 分；以蒙脱土为原料，采用16烷基季胺盐为改性剂。将蒙脱土与改性剂以3: 1 (重 量比)的比例浸泡在温度为70。C的水中，常压下，搅拌1小时，得到蒙脱土悬浮液。 将悬浮液过滤，并用清水冲洗数次得到改性蒙脱土沉淀物。将沉淀物在70'C下干燥 24小时，粉碎得到有机蒙脱土；脱油沥青组分与有机蒙脱土以脱油沥青组分有机蒙 脱土 (重量比)=4: 1,混合温度为90'C，搅拌120min;所得的混合组分再与固化剂 环氧树脂按5: 3复合，温度400。C，固化1小时得到沥青基纳米复合材料。
全文摘要
本发明公开了一种制备沥青基纳米蒙脱土复合材料的方法，属于化学工程技术及复合材料领域。它是以石油渣油、石油沥青或煤焦油沥青为基质，蒙脱土为增强组分，环氧树脂为交联剂，制备高耐热性、高强度沥青基纳米蒙脱土复合材料的方法。首先进行石油渣油、石油沥青或煤焦油沥青脱油处理，将脱油沥青组分与有机蒙脱土进行混合，再与环氧树脂存在下发生反应，获得具有三维分子结构的沥青基纳米蒙脱土复合材料。本发明开创了从低成本原料制备高性能的纳米复合材料的方法，为石油渣油、石油沥青或煤焦油沥青的高附加值利用开辟了新途径。
文档编号C08L95/00GK101230199SQ20071011455
公开日2008年7月30日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者侯宝花, 吴明铂, 宋长刚, 李兆丰, 李士斌, 查庆芳, 宁 郭, 郭燕生 申请人:中国石油大学(华东)