一种高油砂沥青质掺量的稳定型沥青及其制备方法

e20-2011 t0617和t0618从沥青中提取的沥青质中的一种经烷基化改性而得的物质。
9.作为优选地，所述基质沥青为通用道路石油沥青。
10.高油砂沥青质掺量的稳定型沥青的制备方法，通过电子束辐照的方式达到沥青质的烷基化，包括如下步骤：
11.步骤一：按照如下组分及质量份数称取原料：沥青质材料5～20份，烷基化剂5～100份；
12.步骤二：将上述份数的沥青质和烷基化剂在150～200℃条件下加热至熔融状态，使用转速为1000～3000rad/min的剪切搅拌机剪切搅拌混合物30min，将混合物置于薄壁铝反应室，并下接回流冷凝器；
13.步骤三：采用电子束作为辐照源对其进行烷基化处理，其中，所述电子束的能量为0.5～3mev，辐照剂量为107～109rad，烷基化反应流程如式1，首先烷基通过辐照分解成自由基：
[0014][0015]
沥青质自由基通过烷基化剂实现重组，形成烷基化沥青质，反应方程式如式
[0016][0017]
其中，所述步骤二与步骤三同时进行，或者经过间隔时间先后进行，所述间隔时间≤1min，在当前的技术中，电子束辐照的时间是瞬时的，因此单次辐照的时间不做特别的限定，仅对辐照剂量做出明确限定；
[0018]
步骤四：在沥青质完成烷基化反应后，混合物通过溶解度的不同参数，萃取分离为含有烷基化沥青质的烷基化沥青质和未充分烷基化反应的低分子量烷基化剂；
[0019]
步骤五：将烷基化沥青质按照沥青质量的5～20％加入到基质沥青中，并在150～165℃条件下以转速为1000～3000rad/min进行剪切搅拌，搅拌均匀最终制得高掺量油砂沥青质/沥青质的稳定型沥青。
[0020]
电子束辐照(ebi)在聚合物改性中有大量的应用，提供了一种将能量传递到碳氢化合物分子水平的有效方法，可以在没有添加剂的情况下诱导环化、接枝、交联和剪切等反应，节省资源和时间。电子束辐照当电子通过介质时，会向周围的分子释放出小部分能量，促进沥青质样品产生破坏性反应，产生高度活性的自由基，从而引发链式反应。根据不同的试验条件和烷基化催化剂，一系列连锁反应导致沥青质中的碳氢化合物大分子发生裂解并引入烷基，从而达到烷基化目的。受沥青质自由基影响，本发明所述电子束辐照采用3-mev范德格拉夫加速器或钴-60辐射源等，不发射中子的辐射源由于其放射性产物最少作为首选，在电子束辐照过程中，能量传递更加有效，从而加剧烷基化过程。
[0021]
进一步地，所述烷基化剂为碳数在14～40正构烷烃、碳数在14～40的甲基支化烷烃、碳数在14～40甲基取代烷烃、卤代烷烃中一种或多种，如角鲨烷等。
[0022]
高油砂沥青质掺量的稳定型沥青的制备方法，通过超声波的方式达到沥青烷基化
的方法，包括如下步骤：
[0023]
步骤一：按照如下组分及质量份数称取原料：沥青质材料5～20份，甲苯溶液5000份，与甲苯相溶的液态烷基化剂5～20份；
[0024]
步骤二：将上述份数的沥青质和甲苯溶液混合后，加入液态烷基化剂，将该混合物溶液置于超声波清洗器中超声处理1～2h，得到超声处理后的沥青质溶液，将该溶液静置8～12h；
[0025]
步骤三：将上述超声1～2h后的沥青质溶液于旋转蒸发仪中除去甲苯，然后将得到的固体在100℃、8kpa条件下干燥，得到超声处理后的烷基化沥青质固体样品；
[0026]
步骤四：将烷基化沥青质按照沥青质量的5～20％加入到基质沥青中，并在150～165℃条件下以转速为1000～3000rad/min进行剪切搅拌，搅拌均匀最终制得高掺量油砂沥青质/沥青质的稳定型沥青。
[0027]
超声波作为一种新型能量传递形式应用于很多化学反应中，目前已广泛应用于生物、医药领域中的化学合成和有机物分解等，在路面材料领域应用于无损检测和仪器清洗等，本发明将超声波方法作为沥青质烷基化的手段之一，通过超声波的能量传递作用以达到促进沥青质烷基化反应的目的，有望推广超声波手段在沥青材料合成中的应用。
[0028]
进一步地，所述液态烷基化剂为碳数在14～40正构烷烃、碳数在14～40的甲基支化烷烃、碳数在14～40甲基取代烷烃、卤代烷烃中一种或多种，其状态为液态。
[0029]
高油砂沥青质掺量的稳定型沥青的制备方法，通过化学修饰的方法达到沥青质烷基化的目的，包括如下步骤：
[0030]
步骤一：按照如下组分及质量份数称取原料：沥青质材料5～20份，卤代烷烃类烷基化剂50～100份，无水氯化铝20～40份，甲苯溶液1000份，去离子水500份；
[0031]
步骤二：将5～20份沥青质和10～40份卤代烷烃类烷基化剂置于具有控温装置的搅拌容器中，温度设置为0℃，加入20～40份无水氯化铝并搅拌均匀，待沥青质彻底溶解后，将温度调整至20℃，并持续搅拌30min；
[0032]
步骤三：向混合物溶液中加入40～60份卤代烷烃类烷基化剂，并加入去离子水，持续搅拌并移至分液漏斗中，静置10min，下部沥青质层和上部去离子水发生分离，分离出沥青质层，并用甲苯溶液进行溶解；
[0033]
步骤四：将上述经过化学修饰后的烷基化沥青质溶液于旋转蒸发仪中除去甲苯，然后将得到的固体在100℃、8kpa条件下干燥，得到化学修饰后的烷基化沥青质固体样品；
[0034]
步骤五：将烷基化沥青质按照沥青质量的5～20％加入到基质沥青中，并在150～165℃条件下以转速为1000～3000rad/min进行剪切搅拌，搅拌均匀最终制得高掺量油砂沥青质/沥青质的稳定型沥青。
[0035]
综上所述，相比于现有技术，本发明具有如下优点及益效果：
[0036]
1、本发明通过沥青质烷基化改变沥青质的化学结构，使其长链饱和烃含量增加，碳氢比降低，改善沥青质与软沥青质共混特性，减缓沥青老化，从而将沥青质作为一种有效的沥青改性剂用于提升沥青材料的稳定性和耐久性；
[0037]
2、本发明通过开发高掺量油砂沥青质沥青，将大大提高油砂利用率，改善沥青组分的相容性，从而提升沥青稳定性和粘温性，降低沥青的温度敏感性。
具体实施方式
[0038]
为更好地理解本发明，下面通过以下实施例对本发明作进一步具体的阐述，但不可理解为对本发明的限定，对于本领域的技术人员根据上述

技术实现要素：
所作的一些非本质的改进与调整，也视为落在本发明的保护范围内。
[0039]
实施例1
[0040]
步骤一：按照如下组分及质量份数称取原料，油砂沥青质10份，十六烷10份，其中十六烷化学式：c
16h34
，分子量：226.44，常温下为无色液体，油砂沥青质来源于加拿大阿尔伯塔，油砂精炼副产物。
[0041]
步骤二：将上述份数的油砂沥青质和十六烷在165℃条件下加热至熔融状态，使用转速为3000rad/min的剪切搅拌机剪切搅拌混合物30min，将混合物置于薄壁铝反应室，并下接回流冷凝器。搅拌期间同时采用电子束作为辐照源对其烷基化处理，其中，所述电子束的能量为3mev，辐照剂量为109rad。
[0042]
以十六烷为例，烷基化反应方程式为：
[0043][0044]
步骤三：在沥青质完成烷基化反应后，混合物通过萃取分离为含有烷基化沥青质的材料和未充分烷基化反应的低分子量烷基化剂。
[0045]
步骤四：将烷基化沥青质按照沥青质量的10％加入到基质沥青中，并在155℃条件下以转速为3000rad/min进行剪切搅拌，搅拌均匀最终制得高掺量油砂沥青质的稳定型沥青1。
[0046]
实施例2
[0047]
步骤一：按照如下组分及质量份数称取原料，油砂沥青质10份，十六烷10份，其中十六烷化学式：c
16h34
，分子量：226.44，常温下为无色液体，油砂沥青质来源于加拿大阿尔伯塔，油砂精炼副产物。
[0048]
步骤二：将上述份数的油砂沥青质和十六烷在165℃条件下加热至熔融状态，使用转速为3000rad/min的剪切搅拌机剪切搅拌混合物30min，将混合物置于薄壁铝反应室，并下接回流冷凝器。搅拌期间同时采用电子束作为辐照源对其烷基化处理，其中，所述电子束的能量为3mev，辐照剂量为109rad。
[0049]
步骤三：在沥青质完成烷基化反应后，混合物通过萃取被分离为含有烷基化沥青质的材料和未充分烷基化反应的低分子量烷基化剂。
[0050]
步骤四：将烷基化沥青质按照沥青质量的15％加入到基质沥青中，并在155℃条件下以转速为3000rad/min进行剪切搅拌，搅拌均匀最终制得高掺量油砂沥青质的稳定型沥青2。
[0051]
实施例3
[0052]
步骤一：按照如下组分及质量份数称取原料，油砂沥青质10份，十六烷10份，其中十六烷化学式：c
16h34
，分子量：226.44，常温下为无色液体，油砂沥青质来源于加拿大阿尔伯塔，油砂精炼副产物。
[0053]
步骤二：将上述份数的油砂沥青质和十六烷在165℃条件下加热至熔融状态，使用转速为3000rad/min的剪切搅拌机剪切搅拌混合物30min，将混合物置于薄壁铝反应室，并
下接回流冷凝器。搅拌期间同时采用电子束作为辐照源对其烷基化处理，其中，所述电子束的能量为3mev，辐照剂量为109rad。
[0054]
步骤三：在沥青质完成烷基化反应后，混合物通过萃取被分离为含有烷基化沥青质的材料和未充分烷基化反应的低分子量烷基化剂。
[0055]
步骤四：将烷基化沥青质按照沥青质量的20％加入到基质沥青中，并在155℃条件下以转速为3000rad/min进行剪切搅拌，搅拌均匀最终制得高掺量油砂沥青质的稳定型沥青3。
[0056]
实施例4
[0057]
步骤一：按照如下组分及质量份数称取原料，油砂沥青质10份，3-甲基十八烷10份，其中3-甲基十八烷化学式：c
19h40
，分子量：268.5209，常温下为白色固体，油砂沥青质来源于加拿大阿尔伯塔，油砂精炼副产物。
[0058]
步骤二：将上述份数的油砂沥青质和3-甲基十八烷在165℃条件下加热至熔融状态，使用转速为3000rad/min的剪切搅拌机剪切搅拌混合物30min，将混合物置于薄壁铝反应室，并下接回流冷凝器。搅拌期间同时采用电子束作为辐照源对其烷基化处理，其中，所述电子束的能量为3mev，辐照剂量为109rad。
[0059]
步骤三：在沥青质完成烷基化反应后，混合物通过萃取被分离为含有烷基化沥青质的材料和未充分烷基化反应的低分子量烷基化剂。
[0060]
步骤四：将烷基化沥青质按照沥青质量的10％加入到基质沥青中，并在155℃条件下以转速为3000rad/min进行剪切搅拌，搅拌均匀最终制得高掺量油砂沥青质的稳定型沥青4。
[0061]
实施例5
[0062]
步骤一：按照如下组分及质量份数称取原料，油砂沥青质10份，三氯甲烷10份，其中三氯甲烷化学式：chcl3，分子量：119.38，常温下为无色液体，油砂沥青质来源于加拿大阿尔伯塔，油砂精炼副产物。
[0063]
步骤二：将上述份数的油砂沥青质和3-甲基十八烷在165℃条件下加热至熔融状态，使用转速为3000rad/min的剪切搅拌机剪切搅拌混合物30min，将混合物置于薄壁铝反应室，并下接回流冷凝器。搅拌期间同时采用电子束作为辐照源对其烷基化处理，其中，所述电子束的能量为3mev，辐照剂量为109rad。
[0064]
步骤三：在沥青质完成烷基化反应后，混合物通过萃取被分离为含有烷基化沥青质的材料和未充分烷基化反应的低分子量烷基化剂。
[0065]
步骤四：将烷基化沥青质按照沥青质量的10％加入到基质沥青中，并在155℃条件下以转速为3000rad/min进行剪切搅拌，搅拌均匀最终制得高掺量油砂沥青质的稳定型沥青5。
[0066]
实施例6
[0067]
步骤一：按照如下组分及质量份数称取原料，油砂沥青质10份，甲苯500份，角鲨烷20份。其中角鲨烷化学式为c
30h62
，分子量为422.8133，常温下为无色液体，油砂沥青质来源于加拿大阿尔伯塔，油砂精炼副产物。甲苯分子式为c7h8，常温下为一种无色液体。
[0068]
步骤二：将10份沥青质和500份甲苯溶液混合后，加入20份角鲨烷，以转速为1000rad/min搅拌10min至沥青质溶解，将该混合物溶液置于超声波清洗器中超声处理1h，
得到超声处理后的沥青质溶液，将该溶液静置8h。
[0069]
步骤三：将上述超声1h后的沥青质溶液于旋转蒸发仪中除去甲苯，然后将得到的固体在100℃、8kpa条件下干燥，得到超声处理后的烷基化沥青质固体样品。
[0070]
步骤四：将烷基化沥青质按照沥青质量的10％加入到基质沥青中，并在155℃条件下以转速为3000rad/min进行剪切搅拌，搅拌均匀最终制得高掺量油砂沥青质的稳定型沥青6。
[0071]
实施例7
[0072]
步骤一：按照如下组分及质量份数称取原料，油砂沥青质20份，三氯甲烷100份，无水氯化铝40份，甲苯溶液1000份，去离子水500份。
[0073]
步骤二：将20份油砂沥青质和40份三氯甲烷置于具有控温装置的搅拌容器中，温度设置为0℃，加入40份无水氯化铝并搅拌均匀，待沥青质彻底溶解后，将温度调整至20℃，并持续搅拌30min。
[0074]
步骤三：向混合物溶液中加入60份三氯甲烷，并加入去500份离子水，持续搅拌并移至分液漏斗中，静置10min，下部沥青质层和上部去离子水发生分离，分离出沥青质层，并用适量甲苯溶液进行溶解。
[0075]
步骤四：将上述经过化学修饰后的烷基化沥青质溶液于旋转蒸发仪中除去甲苯，然后将得到的固体在100℃、8kpa条件下干燥，得到化学修饰后的烷基化沥青质固体样品。
[0076]
步骤五：将烷基化沥青质按照沥青质量的10％加入到基质沥青中，并在155℃条件下以转速为3000rad/min进行剪切搅拌，搅拌均匀最终制得高掺量油砂沥青质的稳定型沥青7。
[0077]
为体现对比性，在上述实施例中，使用同种基质沥青作为参考，未添加烷基化沥青质为对比例1，添加同种油砂沥青质但并未做烷基化处理的沥青为对比例2，与实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6和实施例7制备的高油砂沥青质掺量的稳定型沥青进行性能对比评价，按照jtge20-2011的标准和沥青质烷基化代表性试验的试验结果，具体评价结果如下表：
[0078][0079]
通过上述试验结果论证，结合对比例1、对比例2和实施例1、实施例2、实施例3可知，随着烷基化沥青质含量的增加，沥青的残留针入度比显著升高，软化点差降低，沥青耐
久性有一定的提升，油砂沥青质沥青均满足现行规范要求。油砂沥青质碳氢比和角鲨烷溶解度参数可表征沥青的耐久性和相容性，通过试验结果可知，随着烷基化沥青质的添加，沥青碳氢比显著降低，角鲨烷溶解度增加，沥青组分相容性提升。实施例5和实施例6选用本发明沥青质烷基化剂描述中不同的烷基化剂3-甲基十八烷和三氯甲烷，和对比例1和对比例2相比，通过沥青的残留针入度和软化点差的比较，可知对沥青耐久性有一定的提升，但提升效果不如实施例1，但在碳氢比和角鲨烷溶解度的结果比较中，沥青组分相容性相比实施例1有一定的提升。
[0080]
实施例6、实施例7为其他两种沥青质烷基化手段，对比实施例1和对比例2，沥青虽然已完成烷基化，但通过测试结果的比较，烷基化程度相对于电子束辐照方法有所降低。总体而言，上述实施例均能明显针对高掺量油砂沥青质的沥青的耐久性和相容性有明显的提升效果。
[0081]
以上所述实施例仅表达了本技术的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。