本发明涉及一种阻燃抑烟剂、阻燃抑烟沥青及其制备方法，属于路用新材料
技术领域：
。
背景技术：
：沥青是一种被广泛应用于道路、桥梁和房屋等建筑领域的由高分子烃类和非烃类组成的复杂混合物，其包含的元素主要为碳和氢，另外还有少量的硫、氮、氧原子，以及微量的钠、镍、铁、镁、钙等。随着我国公路、交通建设规模的扩大，公路隧道数量和里程数也在逐渐增加，但是，隧道内车辆行驶速度快、车流量大、光线弱、能见度相对较低，因此隧道内车辆发生故障、追尾、自燃、汽油泄露等原因造成的隧道火灾危险性较高。一旦发生火灾，沥青路面的燃烧会在短时间内释放大量热量和有毒烟气，隧道内人员逃生困难，救援、疏散、灭火等难度远大于普通公路，生命和财产安全均受到极大威胁。由于沥青路面具有的行车舒适、施工周期短、养护方便、噪音小、抗滑性能好等优点，目前长隧道公路路面仍多采用沥青路面。火灾下沥青路面的沥青具有易燃的特性，并且会释放出co、co2、so2、no、no2、ch4等多种气体，使得隧道中被困的人很可能由于中毒或窒息而死亡。因此，针对性地设计阻燃抑烟剂能从根本上减少由于隧道火灾而发生的人员伤亡。为了阻止或是延缓沥青在隧道中燃烧，在工程中常常加入改性剂，即阻燃抑烟剂，制成改性沥青。阻燃剂是用于阻止材料被引燃及抑制火焰传播的助剂，主要用于阻燃合成和天然高分子材料。含有阻燃剂的材料较难引燃，而且可以抑制火焰传播，防止小火发展成大火，降低火灾危害，有助于各种制品安全的使用。抑烟剂是一种能够抑制各种聚合物材料在燃烧过程中发烟量的化合物，通过特殊的化学和物理作用，在少量使用的条件下，能够明显降低各种聚合物材料如木材、塑料、橡胶、沥青和保温泡沫等各种装修材料和建筑材料在燃烧过程中的烟密度和发烟量，适当提高这些材料的阻燃性。在现有阻燃抑烟剂中，如常见的氢氧化铝、氢氧化镁等，虽有一定的阻燃抑烟效果，但需要加入大量的氢氧化铝和氢氧化镁才能达到理想的效果。而对于卤系阻燃剂，燃烧时会放出大量的烟以及有毒、腐蚀性气体，因此被使用地频率也越来越低。因此，开发一种环保型的阻燃抑烟沥青是现今亟待解决的问题。技术实现要素：技术问题：针对在隧道内发生燃烧后，沥青路面将燃烧并释放有害气体，而现有阻燃沥青主要靠添加阻燃剂来实现阻燃效果，但是一些阻燃剂的抑烟性较差，燃烧时生成大量有烟、有毒的气体，会对人体和环境产生较大危害，增加逃生难度，同时阻燃效果较差，本发明针对这些缺陷，提供了一种阻燃抑烟剂、阻燃抑烟沥青及其制备方法。技术方案：一种阻燃抑烟剂，所述阻燃抑烟剂由氢氧化铝、氢氧化镁、包覆红磷和膨胀石墨组成，其中所述氢氧化铝和氢氧化镁的用量之和占阻燃抑烟剂总质量的80%，其中氢氧化铝的用量占阻燃抑烟剂总质量的45-50%；所述包覆红磷与膨胀石墨的质量比为2.7~3.3:1。一种阻燃抑烟沥青，该阻燃抑烟沥青包括沥青和权利要求1所述的阻燃抑烟剂。上述阻燃抑烟沥青，该阻燃抑烟沥青包括沥青和权利要求1所述的阻燃抑烟剂，其中每100质量份沥青中加入10质量份的阻燃抑烟剂。上述的阻燃抑烟沥青的制备方法，采用外掺的方式往基质沥青中加入阻燃抑烟剂，然后使用高速搅拌仪器将其混合均匀，再使用高速剪切乳化仪剪切15~30分钟，剪切时控制基质沥青的温度处于130-140℃，最后再使用高速搅拌仪器搅拌均匀，即可制备得到阻燃抑烟沥青。上述阻燃抑烟剂在使用前干燥使其含水量低于1%。上述按膨胀石墨-包覆红磷-氢氧化镁-氢氧化铝的顺序依次将阻燃抑烟剂各个组成加入到基质沥青中，上述加入阻燃抑烟剂时的基质沥青为处于130-140℃温度的沥青。上述将阻燃抑烟剂加入到沥青中之后，使用高速搅拌仪以2000r/min的速度搅拌至阻燃抑烟剂均匀分布于沥青中。上述高速剪切乳化仪先以低速1000r/min剪切5~10分钟，后提升到高速3000r/min剪切5~10分钟，后再降至低速1000r/min剪切5~10分钟。上述剪切过后高速搅拌仪以3000/min的速度搅拌2~5分钟。有益效果：相比于现有其他沥青阻燃剂，本发明的制备工艺简单、易于操作、成本低廉，能够有效阻止或延缓沥青在高温下的燃烧，并且有效减少有害气体的释放，由此方法制得的阻燃抑烟沥青可以用于隧道路面铺筑、养护、维修等用途。具体实施方式实施例1一种阻燃抑烟沥青的制备方法，取符合规范的70#基质沥青1kg，加热至135oc，将阻燃抑烟剂（膨胀石墨，包覆红磷，氢氧化镁和氢氧化铝）在105℃下干燥6小时后使其含水量低于1%，以5g膨胀石墨–15g包覆红磷–32g氢氧化镁–48g氢氧化铝的顺序（按此顺序添加，可在较短时间内就能分布均匀，从而避免材料结块，分布不均）加入到沥青中，使用高速搅拌仪以2000r/min的速度搅拌8分钟，使得阻燃抑烟剂均匀分布于沥青中，接着使用高速剪切乳化仪剪切沥青与阻燃抑烟剂混合物，先低速以1000r/min的速度剪切10分钟，后提升到高速3000r/min剪切8分钟，后再降至低速1000r/min剪切5分钟，剪切时保持沥青再加温设备下处于140oc。最后，将由高速剪切乳化仪剪切完成的复合阻燃抑烟沥青再使用高速搅拌仪器以3000r/min的速度搅拌5min，即可制得阻燃抑烟沥青。实施例2一种阻燃抑烟沥青的制备方法，取符合规范的70#基质沥青1kg，加热至135oc，将阻燃抑烟剂（膨胀石墨，包覆红磷，氢氧化镁和氢氧化铝）在105℃下干燥6小时后使其含水量低于1%，以5g膨胀石墨–15g包覆红磷–35g氢氧化镁–45g氢氧化铝的顺序加入到沥青中，使用高速搅拌仪以2000r/min的速度搅拌6分钟，使得阻燃抑烟剂均匀分布于沥青中，接着使用高速剪切乳化仪剪切沥青与阻燃抑烟剂混合物，先低速以1000r/min的速度剪切8分钟，后提升到高速3000r/min剪切10分钟，后再降至低速1000r/min剪切5分钟，剪切时保持沥青在加温设备下温度处于130oc。最后，将由高速剪切乳化仪剪切完成的阻燃抑烟沥青再使用高速搅拌仪器以3000r/min的速度搅拌3min，即可制得阻燃抑烟沥青。实施例3一种阻燃抑烟沥青的制备方法，取符合规范的70#基质沥青1kg，加热至135oc，将阻燃抑烟剂（膨胀石墨，包覆红磷，氢氧化镁和氢氧化铝）在105℃下干燥6小时后使其含水量低于1%，以5g膨胀石墨–15g包覆红磷–64g氢氧化镁–16g氢氧化铝的顺序加入到沥青中，使用高速搅拌仪以2000r/min的速度搅拌8分钟，使得阻燃抑烟剂均匀分布于沥青中，接着使用高速剪切乳化仪剪切沥青与阻燃抑烟剂混合物，先低速以1000r/min的速度剪切10分钟，后提升到高速3000r/min剪切8分钟，后再降至低速1000r/min剪切5分钟，剪切时保持沥青再加温设备下处于140oc。最后，将由高速剪切乳化仪剪切完成的复合阻燃抑烟沥青再使用高速搅拌仪器以3000r/min的速度搅拌5min，即可制得阻燃抑烟沥青。实施例4一种阻燃抑烟沥青的制备方法，取符合规范的70#基质沥青1kg，加热至135oc，将阻燃抑烟剂（膨胀石墨，包覆红磷，氢氧化镁和氢氧化铝）在105℃下干燥6小时后使其含水量低于1%，以5g膨胀石墨–15g包覆红磷–48g氢氧化镁–32g氢氧化铝的顺序加入到沥青中，使用高速搅拌仪以2000r/min的速度搅拌8分钟，使得阻燃抑烟剂均匀分布于沥青中，接着使用高速剪切乳化仪剪切沥青与阻燃抑烟剂混合物，先低速以1000r/min的速度剪切10分钟，后提升到高速3000r/min剪切8分钟，后再降至低速1000r/min剪切5分钟，剪切时保持沥青再加温设备下处于140oc。最后，将由高速剪切乳化仪剪切完成的复合阻燃抑烟沥青再使用高速搅拌仪器以3000r/min的速度搅拌5min，即可制得阻燃抑烟沥青。实施例5一种阻燃抑烟沥青的制备方法，取符合规范的70#基质沥青1kg，加热至135oc，将阻燃抑烟剂（膨胀石墨，包覆红磷，氢氧化镁和氢氧化铝）在105℃下干燥6小时后使其含水量低于1%，以5g膨胀石墨–15g包覆红磷–16g氢氧化镁–64g氢氧化铝的顺序加入到沥青中，使用高速搅拌仪以2000r/min的速度搅拌8分钟，使得阻燃抑烟剂均匀分布于沥青中，接着使用高速剪切乳化仪剪切沥青与阻燃抑烟剂混合物，先低速以1000r/min的速度剪切10分钟，后提升到高速3000r/min剪切8分钟，后再降至低速1000r/min剪切5分钟，剪切时保持沥青再加温设备下处于140oc。最后，将由高速剪切乳化仪剪切完成的复合阻燃抑烟沥青再使用高速搅拌仪器以3000r/min的速度搅拌5min，即可制得阻燃抑烟沥青。实施例6将对比例1-6（不同阻燃抑烟剂制得沥青）和实施例1、3-5进行沥青阻燃性能试验，复配阻燃剂的质量为沥青的总质量的10%。对比例除了阻燃抑烟剂的组成不一样，其它步骤与实施例1相同。各个试验方案阻燃抑烟剂组成如下表1。表1沥青阻燃试验中各个阻燃抑烟剂的组成(含量百分比%)试验编号氢氧化铝氢氧化镁膨胀石墨包覆红磷对比例1010000对比例2208000对比例3406000对比例4604000对比例5802000对比例6100000实施例31664515实施例43248515实施例14832515实施例56416515通过热重分析(thermogravimetricanalysis，简称tg或tga)与质谱分析(massspectrometer，简称ms)联用技术对上述各试验进行测试，可以得到材料热分解或者燃烧时质量的变化；同时，也可以监测此过程中各个时刻释放的气体的种类及含量。热重分析仪(tg)和质谱分析仪(ms)采用德国生产的netzschsta409型热重分析仪和netzschqms403c质谱分析仪。试验前，准备质量标准为10±2mg的样品，将样品放入al2o3坩埚中，采用加盖扎孔的方式。试验采用气氛为模拟空气：吹扫气1为n2，流量为40ml/min；吹扫气2为o2，流量为10ml/min；保护气为n2，流量为20ml/min。采用10k/min、15k/min、20k/min三个升温速率，每个升温速率至少进行两次平行试验，保证结果的准确性。试验时热重分析仪和质谱分析仪之间的连接管温度始终保持220oc不变，质谱分析仪扫描模式为离子扫描，每105s扫描一次。试验结果如下表2-4：表2复配阻燃剂阻燃效果热重（tg）曲线分析(含量百分比%)试验编号氢氧化铝氢氧化镁膨胀石墨包覆红磷残余质量百分比(%)对比例101000014对比例220800016对比例340600015对比例460400020对比例580200012对比例610000017实施例3166451517实施例4324851519实施例1483251523实施例5641651519根据表2结果可知，实施例1(氢氧化铝48%；氢氧化镁32%；包覆红磷5%；膨胀石墨15%)中混合物残留的质量百分比最大，即残余的沥青质量最大，这表明发生燃烧的沥青质量最少，对比其他案例中的残余质量百分比，实施例1中所采用的复合阻燃抑烟配方能够产生最佳的阻燃抑烟效果。表3复配阻燃剂阻燃效果热失重曲线分析试验编号最大热失重速率(%/min.)热失重速率衰减率(%)对比例1-7.913.4对比例2-7.913.4对比例3-8.012.3对比例4-7.418.9对比例5-7.913.4对比例6-7.814.5实施例3-7.814.5实施例4-7.517.8实施例1-7.221.1实施例5-7.814.5根据表3可知，实施例1中混合物的最大热失重速率最小，表明实施例1中的混合物在高温下能够最大程度地延缓质量的损失，同时，实施例1的热失重速率衰减率是所有案例中最大的，为21.1%，这说明实施例1中的混合物在高温作用下质量损失速率下降的最大，换句话说，实施例1中的混合物的质量减少的最慢。由于同时具有最小的最大热失重速率和最大的热始终速率衰减率，实施例1中的阻燃抑烟剂配方能够产生最好的阻燃抑烟效果。此外，除了热重和热失重，还对活化能进行了分析对比：表4复配阻燃剂阻燃效果活化能分析试验编号活化能(kj/mol)活化能增长率(%)对比例1117.125.17对比例2124.812.07对比例3126.7213.79对比例4128.6415.52对比例5120.968.62对比例6126.7213.79实施例3124.812.07实施例4126.7213.79实施例1132.4818.97实施例5120.968.62根据表4可知，实施例1中混合物的活化能最大，而活化能是反应发生的壁垒，活化能越大，反应就越困难，反应速率就越慢，因此实施例1中的混合物发生燃烧反应的难度最大。同时实施例1中混合物的活化能增长率也最大，这意味着在最大活化能基础上，实施例1中混合物活化能增长幅度也是最大的，因此，实施例1中的阻燃抑烟剂的阻燃抑烟效果为所有案例中最佳。综上所述，由不同的组成复配成的阻燃抑烟剂，其阻燃性能差异很大，而同样组成、含量不同的复配阻燃抑烟剂的阻燃效果也有很大差异，对上述各试验采用tg-ms联用试验，基于热重（tg），以及热失重（dtg）曲线分析其阻燃效果，其中实施例1阻燃抑烟剂的阻燃抑烟效果最佳，能够有效阻止或延缓沥青在高温下的燃烧，并且有效减少有害气体的释放，远远高于其它实施例及现有技术中的复配阻燃抑烟剂。由此本发明方法制得的阻燃抑烟沥青可以用于隧道路面铺筑、养护、维修等用途。当前第1页12