PE-C9石油树脂改性沥青的研制.pdf

第 4 5 卷第 1期 2 0 1 6年 1月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e m i c a l I n d u s t r y V o 1 ．4 5 ．N O ． 1 J a n u a r y，2 0 1 6 P E C 9石油树脂改性沥青的研制 李茂平，丛玉凤，唐 东，黄 玮 辽宁石油化工大学 化学化工与环境学部，辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 1 摘 ． 要实验考察了 P E对 c 9石油树脂改性沥青针入度、软化点以及黏度的影响，并对 P E c 9 石油树脂改 性沥青的老化以及储存稳定性进行分析， 采用四组分法对改性机理进行探讨， 并利用扫描电镜进行表征。 结果 表明，当P E与 c 9 石油树脂的质量比为 2 ． 1 时，改性沥青的针入度，软化点以及黏度均满足要求，同时老化性 能和高温储存性能变好。通过四组分的分析可知，c 9石油树脂可增加改性沥青体系芳香分的含量 ，促进 P E在 c 9石油树脂改性沥青中的溶胀和吸附作用 ，通过电镜观察，当 P E与 c 9 石油树脂的质量比为 2 ． 1 时，P E、c 9 石油树脂 、基质沥青三者形成了稳定的网状结构。 关键词 C 9石油树脂；P E；改性沥青；抗老化性能 ． 中图分类号T E 6 2 6 ． 8 6 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 60 1 0 0 1 8 0 4 De v e l o pm e n t 0 f PE． C9 Pe t r o l e um Re s i n ． m o d i f i e d As pha l t L I Ma o - p i n g ，C O NG Y u -f e n g ，T A NG Do n g ，HU A NG W e i Co l l e g e o f Ch e mi s t r y，C h e mi c a l En g i n e e r i n g a n d E n v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g ，Li a o n i n g S h i h u a Un i v e r s i t y ， Li a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 01 ， Ch i n a Ab s t r a c t I n fl u e n c e o f P E o n p e n e t r a t i o n ， s o f t e n i n g p o i n t a n d v i s c o s i t y o f P E C9 p e tr o l e u m r e s i n mo d i fi e d a s p h a l t wa s i n v e s t i g a t e d ．An d t h e a g i n g a n d s t o r a g e s t a b i l i t y o f P E- C9 mo d i fi e d a s p h a l t we r e a n a l y z e d ．T h e mo d i fic a t i o n me c h a n i s m wa s d i s c u s s e d b y u s i n g t h e f o u r - c o mp o n e n t me t h o d ． a n d t h e P E- C9 p e tr o l e u m r e s i n mo d i fi e d a s p h a l t wa s c h a r a c t e r i z e d b y s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p y ． T h e r e s u l t s r e v e a l t h a t wh e n t h e P E a n d C9 p e t r o l e u m r e s i n ma s s r a t i o i s 2 1 ， t h e p e n e t r a t i o n ， s a ft e n i n g p o i n t a n d v i s c o s i ty o f t h e mo d i fie d a s p h a l t C an me e t t h e r e q u i r e me n t s ， a n d a g i n g p r o p e i e s a n d t h e h i g h t e mp e r a t u r e s t o r a g e p e r f o r man c e a r e b e t t e r ．T h e f o u r - c o mp o n e n t a n a l y s i s s h o ws t h a t C9 p e t r o l e um r e s i n c a n i n c r e a s e t h e c o n t e n t o f a r o ma t i c c o n t e n t o f mo d i fi e d a s p h a l t s y s t e m， p r o mo t i n g t h e s we l l i n g a n d a d s o r p t i o n o f P E i n C9 p e t r o l e um r e s i n mo d i fi e d a s p h a l t ， a n d t h e s t a b l e n e t wo r k s t r u c tur e c a n b e f o r me d wh e n t h e P E an d C9 p e t r o l e u m r e s i n ma s s r a t i o i s 2 1 ． Ke y wo r d s C9 p e t r o l e u m r e s i n ； PE ； M o d i fie d a s p h a l t ； An t i a g i n g p r o p e r t i e s 普通沥青难以满足飞速发展的公路建设对道路 沥青的质量要求川 ，因此 ，改性沥青受到人们的青 睐 ， 改性沥青的种类较多， 目前使用较多的有 S B S 、 S B R 、P E 、 E V A等改性沥青产品口 ]。其中 S B S因其 综合性能优良，应用最为广泛， 但价格高，施工工 艺复杂 ；S B R 由于可以大大提高沥青的延展性 ， 具有 良好 的低温性能 ，在东北拥有广阔的市场 ，具 有非常好的前景 ； P E和 E V A主要能够减少沥青 体系不利组分的含量，与沥青相互 吸附、重叠 ，发 生交联作用， 尤其 P E在加入沥青后，其长链结构 会发生溶胀 、拉伸等现象，最终使 P E和沥青形成 网状结构，该网状结构主要能够提高沥青的热稳定 性 、耐老化性能受到重视 ， 但是 P E与沥青的相 容性极差， 不能进行高温储存 ， P E改性沥青的低温 性能一直存在争议 1。 c 9 石油树脂是碳九馏分经聚合而制得， 产品外 观为浅黄色至黄褐色片状或颗粒状固体，具有良 好 的溶解性，互溶性 ，耐水性，绝缘性，对酸碱有化 学稳定性 ，还具有粘结性 “ 。本研究利用 c 9石油 树脂的特点，研制 P E C 9 复合改性沥青，克服 P E 改性沥青的缺点与不足，并为改性道路沥青的广泛 应用提供理论基础。 1 试验部分 1 ． 1 实验原料及其性质 实验采用的基质沥青为北方沥青厂生产 的辽河 9 0 沥青，抚顺石油二厂生产的 c 9石油树脂 ，P E 改性剂为山东高氏生产的增塑性树脂。 1 ． 2 改性沥青制备方法 先将基质沥青和c 9 石油树脂在 1 5 5 ～ 1 6 0℃温 度下混融，再加入 P E ，利用高速剪切机剪切 1 h ， 最后在 1 6 0 ℃发育 2 h 。 昙 蠢 霁 摹 鉴 幸 干斗 技 1 9I叟 关94 - 项 ， {遂 F宁SK人J H，T 研 2究0 1方 3 7向81 9 94 - 主 要 从 事 改 l生 道 路 沥 青 的 研 究 箱 喜 簇 爱 差 凤 , ，妻 幂 裹 衾 囊 专 螽 笼 辜 登 霁 复 磊 藉 箱／u f 94 3 5 69 3⋯56 一qq ．．C。O。m o96 5- y u te n g co n g OZ l b5 。 通 信 联 系 人 丛 玉 风 1 ， 女 ， 博 士 ， 教 授 ， 研 究 方 向 石 油 化 学 品 的 研 制 与 升 发 。 即 稻 D 】『l。 第 4 5 卷第 1期 李茂平，等P E - C 9 石油树脂改性沥青的研制 1 9 2 结果及讨论 2 ． 1 P E与 C 9石油树脂质量比对改性沥青性能影响 c 9 石油树脂可以提高基质沥青的软化点， 当质 量分数为大于 5 ％ 时，效果较为明显，但改性沥青 的针人度降低明显。而 P E在改善沥青的耐高温方 面效果十分显著， 实验选择 P E和 c 9 石油树脂复配 对沥青进行改性， 考察了P E与 c 9 石油树脂质量比 对改性沥青针入度 、软化点以及 1 3 5 o C 运动粘度的 影响， 结果见图 l 、2 和 3 。 6 7 爱 6 7 三 ≤ 6 6 {赵 H 6 6 0 ． 5 1 】1 1 ． 5l 2 】 2 ． 5 l P E 与C 9 石油树脂质量分数 比 图 1 P E与 C 9石油树脂质量比对改性沥青针入度的影响 F i g ． 1 Th e e ffe c t o f P E a n d C9 ma s s r a t i o r e s i n t o mo d i fie d a s p h a l t p e n e t r a t i o n P E 与c 9 石油树脂质量分数 比 图 2 P E与 C9石油树脂质量比对改性沥青软化点的影响 F i g ． 2 Th e e f f e c t o f P E a n d C9 ma s s r a t i o r e s i n t o mo d i fi e d a s p ha l t s o f t e n i n g p o i n t ● 一 幅 I n 竺 P E 与c 9 石油树脂质量分数 比 图 3 P E与 C 9石 油树 脂质量比 对改性沥青 1 3 5 ℃运动粘度的影响 Fi g ． 3 Th e e f f e c t o f P E a n d C9 ma s s r a t i o r e s i n t o m o d i fi e d a s p h a l t 1 3 5℃ k i n e ma t i c v i s c o s i t y 从图 1 可以看出， 随着 P E与 c 9 石油树脂质量 比的不断增大， P E C 9 石油树脂改性沥青的针人度 逐渐下降， 但当 P E与 c 9 石油树脂质量分数继续增 加，改性沥青的针入度并没有继续大幅度下降，下 降趋势也变缓， 可能是在 P E与 C 9 石油树脂的协同 作用下， c 9 石油树脂与沥青之间的溶胀与吸附达到 一 个 “ 动态平衡” ，c 9 石油树脂与沥青已经趋于饱 和状态，再增大 C 9 石油树脂的质量分数起到的改 性作用也微乎其微。 从图2 和图 3 可以看出， 随着 P E与 c 9 石油树 脂质量比的不断增大， P E C 9 石油树脂改性沥青的 软化点和黏度逐渐增大，但随着 P E质量分数的增 加， 升高幅度变缓， P E的加入可以在很大程度上提 高 c 9 石油树脂改性沥青的耐高温性，能够进一步 控制 c 9 石油树脂改性沥青在高温时的软化变形。 c 9 石油树脂使沥青稠度增大变硬主要是由于 C 9 石油树脂结构中存在含双键、 芳香环等大分子共 聚物的缘故，促进了c 9 石油树脂改性沥青体系的 交联效应，提高了c 9 石油树脂与沥青之间的聚集 力 。 2 ．2 P E C 9 石油树脂改性沥青热储存稳定性的考察 P E改性沥青的高温储存性能不好， 是困扰人们 多年的难题， 实验考察了P E与c 9 石油树脂质量比 对改性沥青储存稳定性的影响，结果见图4 。 ， 第 4 5 卷第 1期 李茂平，等P E - C 9石油树脂改性沥青的研制 2 1 表 3 P E C9石油树脂改性沥青性能 Ta b l e 3 P E- C9 pe t r o l e um r e s i n mo di f i e d a s p h a l t p e r f o r m a n c e 项目 实验结果 针入度 2 5 C ／ 1 0 m m 软化点， ℃ 延度 5 C ／ c m 运动粘度 1 3 5 C ／ P a s 离析软化点差， ℃ 针入度指数 P I 老化后质量损失， ％ R T F O T 针人度比， ％ 延度 5C ／ c m 2 随着 P E与 c 9 石油树脂质量比的不断增加， P E C 9 石油树脂改f生 沥青的上、 下软化点之差逐渐变 大， 说明随着P E质量分数的增加，P E C 9 石油树脂 储存稳定性降低，在 P E与 c 9石油树脂质量分数比 为 2 ．5 1 时，P E C 9石油树脂改『生 沥青的储存稳定 性仍符合要求，说明在 c 9 石油树脂结构中芳香环和 双键的作用下，大大提高了P E与沥青的相容陛，进 而克服了 P E改}生 沥青不易高温储存的缺点。 3 P E C 9石油树脂改性沥青充分突出了树 脂改性沥青的优势， 在 P E与 c 9 石油树脂质量分数 之比为 2 1 日 寸 ， 各项指标均能达到聚合物改性沥青 技术 E V A 、P E I I c 级标准，继续增加 P E的质 量分数会使 P E C 9石油树脂改性沥青的 1 3 5 o C 运 动黏度增大，这样对生产和铺设都是很不利的，通 过以上分析可知，P E与 c 9 石油树脂质量比的最佳 值为2 1 。 参考文献 [ 1]莫菊先． 改性 沥青 的开发现状 与发 展前景【 J 】 ． 石油化工技术与经 济， 2 0 1 2 ， 2 8 4 ] 5 9 6 2 ． [ 2] 郑长征， 李铁虎， 林起浪， 等． 路用改性沥青材料的研究进展 材料导 报， 2 0 0 4 ， 1 8 5 9 6 1 ． [ 3] V a h o r t a D， P o u l i k a k o s L D， P a r d MN， Ma z z a E ． R h e o l o g ic a l p r o p e r t i e s o f p o l y m e r m o d ifi e d b i t u me n f r o m l o n g - t e r m fi e l d t e s t s 【 J ] ． F u e l ， 2 0 0 7 ， 8 69 3 8 9 4 8 ． [ 4] 杨晨光 ， 林杰 ， 陈忠达．S B S 改性沥青低温性能研究f J 1 _山西建筑 ， 2 0 1 3 ，3 9 3 2 1 0 1 1 0 2 ． 1 5 J Z h a n g H． L ． ，Hu L ． ，L i W． C ． ，e t a 1 ．E fi e c t o f m o n t m o r i l l o n n i t e o n o i l r e s i s t a n c e o f S B S m o d i f i e d b i t u m e n [ J ] ．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l of P a v e me n t R e s e a r c h a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 0 9 ， 2 4 1 6 6 1 7 0 ． [ 6 ]O s m a n N u r i C e l i k ， C e n g D u r a n A t i s ． C o mp a c t i b i l i t y of h o t b i t u m i n o u s m i x t u r e s ma d e w it h c r u m b rub b e r - m o d i fi e d b i n d e r s [ J ] ． C o n s t ruc t i o n a n d B u il d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 0 8 ， 2 2 1 1 4 3 -1 1 4 7． [ 7 ] Ha i n i a n Wa n g ， Z h a n p i n g Y o u ， J u l i a n M i l l s - B e a l e ， e t a 1 ．L a b o - r a t o r y E v a l u a t i o n o n Hi s h T e mp e r a t u r e Vi s c o s it y a n d L o w T e m- p e r a tu r e S t iffn e s s o f As p h Mt Bi n d e r wi t h Hi g h P e r c e n t S c r a p T i r e R u b b e r [ J 】 ．C o n s t ruc t io n a n d B u i l d i n g Ma te ri a l s ，2 0 1 2 ，2 6 1 5 8 3 5 9 0 ． [ 8] 罗妮．对橡胶粉 、聚乙烯复合改性沥青作用机理的探讨 『J 1 ．现代 企业教育，2 0 1 3 ． [ 9 ] 刘克， 杨锡武．P E改性沥青的几个问题【 J 1 ．胶体与聚合物．2 0 0 8 ，2 6 3 8 ． [ 1 0 ]闰慧，孟邱，丛玉凤 ，黄玮．c 9石油树脂 的研究进展I J 】 ．应用化 工，2 0 1 1 ，4 0 6 1 0 8 3 - 1 0 8 8 ． [1 1 ]丛玉凤 ，李茂平 ，徐磊， 等．c 9石油树脂改性沥青的研制f J 1 ．辽 宁石油化工大学学报 ，2 0 1 5 ， 3 5 I 1 6 1 9 ． 上接 第 1 7页 不同含水百分比条件下，油田水的气水比平均 值为2 ．0 9 c m ／ g ， 聚合物溶液的气水比平均值为 2 ．0 1 c m3 ／ g 。 综合注水后模拟地层油饱和压力、溶解气油比 和水气比的变化规律分析可知， 不含气的注入水 聚 合物溶液 进入到 P V T筒中与模拟地层油接触后 ， 一 部分原来溶解在模拟地层油中的气体将转移到水 相中， 使模拟地层油的饱和压力和溶解气油比降低 ， 而注入水成为含气水 。由此可以推测油 田现场生产 中，注入水进入油藏与地层油充分接触后从油相 中 夺取部分气体成为含气水。 溶解有气体的水产出后 ， 其溶解的气体分离出来成为采出气的一部分，对生 产气油 比会有一定影 响。 3 结 论 1 随着水或聚合物溶液的注入， 模拟地层油 的饱和压力和溶解气油比都降低，且降低的幅度随 着含水百分比的增大而增大。 2 含水百分比相同情况下， 注聚合物溶液使 模拟地层油饱和压力和溶解气油比减小的程度略小 于注水使模拟地层油饱和压力和溶解气油比减小的 程度。 3 不含气的注人水进入到P V T筒中与模拟地 层油接触后从油相中夺取部分气体而成为含气水。 参考文献 [ 1 ] 郭平 ，孙雷 ，孙 良田，等． 不同种类气体注入对原油物性的影响 研究 [ J ]． 西南石油学院学报 ，2 0 0 0 ，2 2 3 5 8 - 6 4 ． [ 2 ] 梅海燕 ， 张茂林 ， 李闽， 等． 注气对油藏饱和压力的影响 [ J ] ． 天 然气勘探与开发 ，2 0 0 2 ，2 5 2 5 1 ． 5 3 ． [ 3 ] 文玉莲，杜志敏． 注气对挥发性原油饱和压力的影响 [ J ]． 新疆 石油地质，2 0 0 4 ，2 5 5 5 2 0 ． 5 2 2 ． [ 4 ]李向良 ． 氮气对牛庄油田 牛 2 O 断块地层油相态特征的影响 [ J ] ． 油气地质与采收率，2 0 0 6 ，1 3 2 8 8 - 9 0 ． [ 5 ] 李爱芬 ，王守龙，吕姣，等． 地层原油组成差异对高压物性参数的 影响[ J ] ． 新疆石油地质， 2 0 1 4 ， 3 5 3 2 9 9 3 0 2 ． 3 7 4 0 ． 盘 8 2 3 4 一 L n