專利名稱：一種改性煤瀝青材料及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于道路鋪設及鎂碳磚粘合用的改性煤浙青材料及其制備方法和應用。
背景技術：
煤浙青是煤深加工后的大宗產物，我國是煤碳大國，煤浙青產量已達到250萬噸，因此煤浙青的開發利用一直是研究者所關心的課題。煤浙青可用作道路鋪設材料的粘結劑、碳材料結合劑、涂料及鎂碳磚粘結材料等。但由于含有較多的稠環芳烴，其中苯并芘具有致癌性，因而在二十世紀九十年代鑒于環保的要求首先從歐洲限制使用。近年來，隨著石油資源的日趨緊缺，煤浙青的開發利用已是大勢所趨。針對煤浙青毒性問題，已有文獻進行了相關報導。如2007年《煤化工》第一期58至60頁報導了題為《用聚合物試劑減少煤浙青中3，4-苯并芘的研究》，該方法采用聚合物經高溫反應降低其致癌物含量的方法，但溫度高達270度，易導致性能劣化。2007年《Current Science))93卷第4期540-544頁報導了題為〈〈Modification of coal tar pitch by chemical method to reduce benzo (a)pyrene)), 該方法采用添加聚乙二醇等聚合物在過氧化物存在下發生化學反應，反應溫度在115至 160度，反應時間超過7小時，并需要氮氣保護，該方法較前一方法溫度有所降低，但存在反應時間長且條件苛刻等不利因素。2005年《Refractories and Industrial Ceramics)) 46 卷第4期291頁報導了商品名為ANKERSYN產品，關鍵技術在于高溫真空制備步驟，獲得軟化點大于200度的中間相浙青，再通過添加溶劑調和獲得軟化點在90至110度的鎂碳磚粘合劑，該產品具有高結焦值和低毒性的特點，滿足德國標準，但該方法存在高溫抽真空等復雜工藝缺點。
發明內容
本發明的目的為了解決上述的技術問題而提供一種改性煤浙青材料的制備方法， 該方法可以大大降低煤浙青中致癌物苯并芘的含量，且制備工藝簡單，整個制備過程在室溫下進行，制備的改性煤浙青可以用于道路鋪設及鎂碳磚粘合用的改性煤浙青材料。本發明技術方案
一種改性煤浙青材料，按重量份數計算，其組分組成及所含組分的重量份數如下 原煤浙青100份
水100份
穩定劑0. 1 1份
芬頓試劑1 20份
所述原煤浙青為中溫煤浙青、高溫煤浙青或改質煤浙青； 所述穩定劑為明膠或十二烷基磺酸鈉，優選為明膠；
所述芬頓試劑是指過氧化氫和亞鐵鹽配制而成的氧化試劑；所述芬頓試劑中過氧化氫與亞鐵鹽的摩爾比，即過氧化氫亞鐵鹽為1 :0. 5 2，優選為1 :1 1. 5 ；所述的亞鐵鹽為硫酸亞鐵、草酸亞鐵或氯化亞鐵，優選為硫酸亞鐵。上述的一種改性煤浙青材料的制備方法，包括如下步驟
(1)、將原煤浙青在脆性溫度下充分冷凍，再經粉碎和篩分后制得粒度小于80目煤浙青粉，添加水和穩定劑，經攪拌機在轉速1000 5000rpm，時間為5 30min，分散后獲得懸浮液；
所述攪拌機選自高速剪切乳化機、螺旋槳分散機或膠體磨；
(2)、控制轉速1000 5000rpm，常溫下滴加芬頓試劑于步驟(1)所得的懸浮液中，控制滴加速率為5 lOOml/min，加完后室溫反應30 90min，最終得本發明的改性煤浙青。本發明所得的改性煤浙青與石油浙青混合可以用于道路鋪設，另外，本發明所得的改性煤浙青添加適當的環己烷等有機溶劑可以用于鎂碳磚粘合劑。本發明的有益效果
本發明在常溫下制備的改性煤浙青致癌物苯并芘含量大大降低，結焦值高，節能降耗， 經過簡單處理可以用于鎂碳磚粘結劑和道路鋪設材料的制備，避免污染環境，而且制備方法簡單，反應和加工時間可控，不會放出刺激性有害氣體，適合工業應用。
圖1、實施例3中所得的改性煤浙青與上海柯瑞爐料有限公司鎂碳磚用粘結劑及原煤浙青的熱重曲線圖。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進一步詳細描述，但并不限制本發明。本發明所用的熱重實驗方法，氮氣氛圍，升溫速率10°C /min,溫度范圍室溫至 550°C，溫度達到550°C后恒溫至少60min。本發明的改性煤浙青的苯并芘含量的測定方法，參照黃大軍，煤浙青與聚合物反應減少苯并芘的研究，[碩士論文]，大連，大連理工大學，2006.
本發明的結焦值含量的測定方法，參見GB/T 8727-2008煤浙青類產品結焦值的測定
方法
實施例1
一種改性煤浙青材料，按重量份數計算，其組分組成及所含組分的重量份數如下
原煤浙青100份
水100份
穩定劑0. 2份
芬頓試劑9. 089份
所述原煤浙青為中溫煤浙青；
所述穩定劑為明膠；
所述芬頓試劑是指過氧化氫和亞鐵鹽配制而成的氧化試劑；所述芬頓試劑中過氧化氫與亞鐵鹽的摩爾比，即過氧化氫亞鐵鹽為1 :1 ；所述的亞鐵鹽為硫酸亞鐵。上述的一種改性煤浙青材料的制備方法，步驟如下
將中溫煤浙青(河南平煤集團生產，軟化點85°C，苯并芘含量1. 5%)，倒入研缽，研磨后經80目過篩處理。稱取100克煤浙青，加入90克水攪勻，然后置于螺旋攪拌機上進一步高速剪切攪拌均勻，轉速控制在3000 4000轉/分。加入0. 2g明膠和IOg水的明膠水溶液， 繼續攪拌時間為5min。一次性加入4. 089g硫酸亞鐵，再控制滴加速率為30ml/min，逐滴加入5g過氧化氫含量為30wt%雙氧水(過氧化氫與亞鐵鹽摩爾比為1:1)，滴加完后控制轉速為3500轉/分，攪拌30min，獲得改性煤浙青，其具體性能指標見表1。實施例2
一種改性煤浙青材料，按重量份數計算，其組分組成及所含組分的重量份數如下
原煤浙青100份
水100份
穩定劑0. 2份
芬頓試劑11. 134份
所述原煤浙青為中溫煤浙青；
所述穩定劑為明膠；
所述芬頓試劑是指過氧化氫和亞鐵鹽配制而成的氧化試劑；所述芬頓試劑中過氧化氫與亞鐵鹽的摩爾比，即過氧化氫亞鐵鹽為1 :1. 5 ；所述的亞鐵鹽為硫酸亞鐵。上述的一種改性煤浙青材料的制備方法，步驟如下
將中溫煤浙青(河南平煤集團生產，軟化點85°C，苯并芘含量1. 5%)，倒入研缽，研磨后經80目過篩處理。稱取100克煤浙青，加入90克水攪勻，然后置于螺旋攪拌機上進一步高速剪切攪拌均勻，轉速控制在3000 4000轉/分。加入0. 2g明膠和IOg水的明膠水溶液， 繼續攪拌時間為30min，得懸浮液；一次性向所得的懸浮液中加入6. 134g硫酸亞鐵，再控制滴加速率為5ml/min，逐滴加入5g過氧化氫含量為30wt%雙氧水(過氧化氫與亞鐵鹽摩爾比為1 :1.幻，滴加完后控制轉速為3500轉/分，攪拌30min，獲得改性煤浙青，其具體性能指標見表1。實施例3
一種改性煤浙青材料，按重量份數計算，其組分組成及所含組分的重量份數如下
原煤浙青100份
水100份
穩定劑0. 2份
芬頓試劑13. 178份
所述原煤浙青為中溫煤浙青；
所述穩定劑為明膠；
所述芬頓試劑是指過氧化氫和亞鐵鹽配制而成的氧化試劑；所述芬頓試劑中過氧化氫與亞鐵鹽的摩爾比，即過氧化氫亞鐵鹽為1 :2 ；所述的亞鐵鹽為硫酸亞鐵。上述的一種改性煤浙青材料的制備方法，步驟如下
將中溫煤浙青(河南平煤集團生產，軟化點85°C，苯并芘含量1. 5%)，倒入研缽，研磨后經80目過篩處理。稱取100克煤浙青，加入90克水攪勻，然后置于螺旋攪拌機上進一步高速剪切攪拌均勻，轉速控制在3000 4000轉/分。加入0. 2g明膠和IOg水的明膠水溶液， 繼續攪拌時間為15min，得懸浮液；一次性向所得的懸浮液中加入8. 178g硫酸亞鐵，再控制滴加速率為15ml/min，逐滴加入5g過氧化氫含量為30wt%雙氧水(過氧化氫與亞鐵鹽摩爾
5比為1 :2)，滴加完后控制轉速為3500轉/分，攪拌30min，獲得改性煤浙青，其具體性能指標見表1。實施例4
一種改性煤浙青材料，按重量份數計算，其組分組成及所含組分的重量份數如下
原煤浙青100份
水100份
穩定劑0. 2份
芬頓試劑6. 589份
所述原煤浙青為中溫煤浙青；
所述穩定劑為明膠；
所述芬頓試劑是指過氧化氫和亞鐵鹽配制而成的氧化試劑；所述芬頓試劑中過氧化氫與亞鐵鹽的摩爾比，即過氧化氫亞鐵鹽為1 :2 ；所述的亞鐵鹽為硫酸亞鐵。上述的一種改性煤浙青材料的制備方法，步驟如下
將中溫煤浙青(河南平煤集團生產，軟化點85°C，苯并芘含量1. 5%)，倒入研缽，研磨后經80目過篩處理。稱取100克煤浙青，加入90克水攪勻，然后置于螺旋攪拌機上進一步高速剪切攪拌均勻，轉速控制在3000 4000轉/分。加入0. 2g明膠和IOg水的明膠水溶液， 繼續攪拌時間為15min，得懸浮液；一次性向所得的懸浮液中加入4. 089g硫酸亞鐵，控制滴加速率為5ml/min，再逐滴加入2. 5g過氧化氫含量為30wt%雙氧水(過氧化氫與亞鐵鹽摩爾比為1 :2)，滴加完后控制轉速為3500轉/分，攪拌30min，獲得改性煤浙青，其具體性能指標見表1。表1、原煤浙青及改性煤浙青的具體性能指標
權利要求
1.一種改性煤浙青材料，其特征在于按重量份數計算，其組分組成及所含組分的重量份數如下原煤浙青100份水100份穩定劑0. 1 1份芬頓試劑1 20份所述原煤浙青為中溫煤浙青、高溫煤浙青或改質煤浙青； 所述穩定劑為明膠或十二烷基磺酸鈉； 所述芬頓試劑為過氧化氫和亞鐵鹽配制而成的氧化試劑； 所述的亞鐵鹽為硫酸亞鐵、草酸亞鐵或氯化亞鐵；所述芬頓試劑中過氧化氫與亞鐵鹽的摩爾比，即過氧化氫亞鐵鹽為1 :0. 5 2。
2.如權利要求1所述的一種改性煤浙青材料，其特征在于按重量份數計算，其組分組成及所含組分的重量份數優選如下原煤浙青100份水100份穩定劑0. 2份芬頓試劑9 13份所述穩定劑為明膠；所述芬頓試劑為過氧化氫和硫酸亞鐵配制而成的氧化試劑。
3.如權利要求2所述的一種改性煤浙青材料，其特征在于所述的芬頓試劑中過氧化氫與亞鐵鹽的摩爾比，即過氧化氫亞鐵鹽優選為1 :1 1. 5。
4.如權利要求3所述的一種改性煤浙青材料，其特征在于所述的芬頓試劑中過氧化氫與亞鐵鹽的摩爾比，即過氧化氫亞鐵鹽優選為1 :1. 5。
5.如權利要求1、2、3或4所述的一種改性煤浙青材料的制備方法，包括如下步驟(1)、將原煤浙青在脆性溫度下充分冷凍，再經粉碎和篩分后制得粒度小于80目煤浙青粉，添加水和穩定劑，經攪拌機在轉速1000 5000rpm，時間為5 30min，分散后獲得懸浮液；所述攪拌機選自高速剪切乳化機、螺旋槳分散機或膠體磨；(2)、控制轉速1000 5000rpm，常溫下滴加芬頓試劑于步驟(1)所得的懸浮液中，控制滴加速率為5 lOOml/min，加完后室溫反應30 90min，最終得本發明的改性煤浙青。
6.如權利要求5所述的一種改性煤浙青材料的制備方法，其特征在于 步驟(1)中所述的轉速優選為3000 4000rpm ；步驟(2)所述的轉速優選為3500rpm，室溫下反應時間優選為30min。
7.如權利要求5所述的一種改性煤浙青材料的制備方法，其特征在于所述的攪拌機為高速剪切乳化機、螺旋槳分散機或膠體磨。
8.如權利要求1、2、3或4所述的一種改性煤浙青材料用于道路鋪設或鎂碳磚粘合劑。
全文摘要
本發明公開了一種改性煤瀝青材料及其制備方法。所述的改性煤瀝青按重量份數計算由100份原煤瀝青、100份水、0.1～1份穩定劑和1～20份芬頓試劑組成。其制備方法即將原煤瀝青在脆性溫度下充分冷凍，再經粉碎和篩分后制得粒度小于80目煤瀝青粉，添加水和穩定劑，經攪拌機在轉速1000～5000rpm分散獲得懸浮液后控制轉速1000～5000rpm，常溫滴加芬頓試劑，加完后室溫反應30～90min即得改性煤瀝青。本發明的在常溫下制備的改性煤瀝青致癌物苯并芘含量大大降低，結焦值高，節能降耗，經過簡單處理可以用于鎂碳磚粘結劑和道路鋪設材料的制備，避免污染環境，且制備方法簡單。
文檔編號C08K3/18GK102276997SQ201110223410
公開日2011年12月14日 申請日期2011年8月5日 優先權日2011年8月5日
發明者歐陽春發, 高群 申請人:上海應用技術學院