專利名稱：一種制備瀝青基納米復合材料的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種瀝青基納米復合材料的制備方法，尤其是以石油渣油、瀝青或煤 焦油瀝青為原料，采用蒙脫土為增強材料制備高耐熱性、高強度瀝青基納米復合材料 的方法。
技術背景在我國石油渣油、瀝青或煤焦油瀝青的利用途徑非常有限，主要用作道路瀝青、 建筑瀝青或用作低價燃料油使用。這不僅浪費了此類物質(zhì)的巨大潛在價值，也不符合 綠色經(jīng)濟發(fā)展的要求。近年來采用蒙脫土與聚合物制備納米復合材料的開發(fā)研究迅猛 發(fā)展，由于聚合物/蒙脫土納米復合材料既能發(fā)揮納米片層自身的特性及片層間的協(xié) 同效應，又具有聚合物材料本身的優(yōu)點，聚合物/蒙脫土復合材料通常具有更好的物 理機械性能。使得其在力學、熱性能、氣體阻隔性能以及材料的各向異性等方面呈現(xiàn) 出常規(guī)材料不具備的特性故具有廣泛的應用前景。蒙脫土與石油渣油、瀝青或煤焦油 瀝青在我國有豐富的資源，且價格低廉。但是，蒙脫土與石油渣油等結合制備納米復 合材料的技術至今未有報道。本發(fā)明提供了一種蒙脫土與石油渣油等結合制備納米復 合材料的方法。與制備聚合物/蒙脫土復合材料的方法相比所采用原料廉價，工藝簡 捷，具有較低的生產(chǎn)成本。并且，瀝青基/蒙脫土納米復合材料產(chǎn)品的力學性能比純 瀝青材料大大提高。在利用石油加工副產(chǎn)品的同時,又得到高附加值新型產(chǎn)品。為石 油渣油、瀝青或煤焦油瀝青資源的利用提供了新的利用途徑，并具有潛在的巨大經(jīng)濟 效益。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種石油渣油、瀝青或煤焦油瀝青(沸點大于50(TC的餾分)與蒙脫土復合的方法，尤其是采用環(huán)氧樹脂為固化劑制備瀝青基納米 復合材料的方法。本發(fā)明解決其技術問題按如下步驟進行①脫油瀝青組分的制備以石油渣油、瀝青或煤焦油瀝青為原料，采用丙烷或丁垸為溶劑，在溫度為30'C 10(TC范圍內(nèi)，壓力為4.0 15.0MPa下，劑油比分別為1 : 1 7 : 1的情況下進行抽提，得到脫油瀝青組分；②有機蒙脫土的制備以蒙脫土為原料，采用16院基季胺鹽為改性劑。先將蒙脫 土與改性劑以3 8: 1 (重量比)的比例浸泡在溫度為70。C 90。C的水中，常壓下攪拌 1~6小時，得到蒙脫土懸浮液。將懸浮液過濾，并用清水沖洗數(shù)次得到改性蒙脫土沉 淀物。將沉淀物在70 8(TC下干燥24小時，粉碎得到有機蒙脫土。③ 脫油瀝青組分與有機蒙脫土混合混合條件為脫油瀝青組分有機蒙脫土 (重量比)=(3 9) :i;混合溫度為80 160°C;攪拌時間1小時 6小時；④ 所得的混合組分再與固化劑環(huán)氧樹脂復配，按5~7: 3~2復配，在溫度50°C~400 °C，固化時間1~120小時下，得到瀝青基納米復合材料。本發(fā)明以石油渣油、瀝青或煤焦油瀝青為原料，采用溶劑脫瀝青方法對原料進行 預處理。采用蒙脫土為增強材料，以環(huán)氧樹脂作為固化劑來制備高強度瀝青/蒙脫土 納米復合材料，開創(chuàng)了制備瀝青基/蒙脫土納米復合材料的方法。可從低成本的原料 中獲得高性能的新型復合材料，為石油渣油的高附加值利用開辟了新途徑。本發(fā)明與 現(xiàn)有技術相比較可降低合成成本60%以上，瀝青基/蒙脫土納米復合材料的硬度與基 質(zhì)瀝青相比可提高25%以上。復合材料與原料(石油渣油或煤焦油)相比每噸純利潤 可增加價值3000元以上，在技術上具有明顯的優(yōu)勢和顯著經(jīng)濟效果。
具體實施方式
下面將結合實施例來詳述本發(fā)明。實施例1以石油渣油為原料，以丙垸為溶劑在溫度50°c，劑油比為l : l下進行液液萃取，得到脫油瀝青組分；以蒙脫土為原料，采用16烷基三甲基氯化銨為改性劑。將蒙脫 土與改性劑以3: 1 (重量比)的比例浸泡在溫度為70。C的水中，常壓下攪拌l小時， 得到蒙脫土懸浮液。將懸浮液過濾，并用清水沖洗數(shù)次得到改性蒙脫土沉淀物。將沉 淀物在7(TC下干燥24小時，粉碎得到有機蒙脫土；脫油瀝青組分與有機蒙脫土以脫 油瀝青組分有機蒙脫土 (重量比)=3 : 1，混合溫度為8(TC,攪拌1小時；加入環(huán)氧 樹脂再在溫度8(TC，固化240小時，得到瀝青基納米復合材料。所得材料拉伸強度達到18.65MPa，彎曲強度達到21,24MPa。 45(TC以下機械強度無明顯變化。該材料比純 瀝青基材料的拉伸強度和彎曲強度提高40.5%和35.4%。該材料可用于低成本輸水、 輸油管道，防腐、防水發(fā)動機外殼等。 實施例2以石油瀝青為原料，以丙垸為溶劑在溫度75'C，劑油比為1 : 3下進行液液萃取， 得到脫油瀝青組分；以蒙脫土為原料，采用16烷基三甲基氯化銨為改性劑。將蒙脫 土與改性劑以3: 1 (重量比)的比例浸泡在溫度為70'C的水中，常壓下，攪拌l小 時，得到蒙脫土懸浮液。將懸浮液過濾，并用清水沖洗數(shù)次得到改性蒙脫土沉淀物。 將沉淀物在70'C下干燥24小時，粉碎得到有機蒙脫土；脫油瀝青組分與有機蒙脫土 以脫油瀝青組分有機蒙脫土 (重量比)=4 : 1，混合溫度為90°C，攪拌2小時；加入 環(huán)氧樹脂再在溫度250'C，固化30小時，得到瀝青基納米復合材料。所得材料拉伸強 度達到17.85MPa,彎曲強度達到22.51MPa。 450°C以下機械強度無明顯變化。該材料 比純?yōu)r青基材料的拉伸強度和彎曲強度提高39.11%和31.78%。該材料可用于低成本 輸水、輸油管道，防腐、防水發(fā)動機外殼等。實施例3以煤焦油為原料，以丙垸為溶劑在溫度85°C,劑油比為1 : 4下進行液液萃取， 得到脫油瀝青組分；以蒙脫土為原料，采用16烷基三甲基氯化銨為改性劑。將蒙脫 土與改性劑以3: 1 (重量比)的比例浸泡在溫度為70'C的水中，常壓下，攪拌l小 時，得到蒙脫土懸浮液。將懸浮液過濾，并用清水沖洗數(shù)次得到改性蒙脫土沉淀物。 將沉淀物在70'C下干燥24小時，粉碎得到有機蒙脫土；脫油瀝青組分與有機蒙脫土 以脫油瀝青組分有機蒙脫土 (重量比)=5 : 1，混合溫度為卯。C，攪拌2小時；加入 環(huán)氧樹脂再在溫度35(TC，固化10小時，得到瀝青基納米復合材料。所得材料拉伸強 度達到19.95MPa,彎曲強度達到22.88MPa。 450°C以下機械強度無明顯變化。該材料 比純?yōu)r青基材料的拉伸強度和彎曲強度提高41.1%和37.5%。該材料可用于低成本輸 水、輸油管道，防腐、防水發(fā)動機外殼等。實施例4以石油瀝青為原料，以丙垸為溶劑在溫度75'C,劑油比為1 : 3下進行液液萃取， 得到脫油瀝青組分；以蒙脫土為原料，采用16垸基三甲基氯化銨為改性劑。將蒙脫 土與改性劑以3: 1 (重量比)的比例浸泡在溫度為7(TC的水中，常壓下，攪拌l小時，得到蒙脫土懸浮液。將懸浮液過濾，并用清水沖洗數(shù)次得到改性蒙脫土沉淀物。 將沉淀物在7(TC下干燥24小時，粉碎得到有機蒙脫土；脫油瀝青組分與有機蒙脫土 以脫油瀝青組分有機蒙脫土 (重量比)=6 : 1，混合溫度為9(TC，攪拌2小時；加入 環(huán)氧樹脂再在溫度40(TC，固化3小時，得到瀝青基納米復合材料。所得材料拉伸強 度達到22.16MPa，彎曲強度達到23.62MPa。 450°C以下機械強度無明顯變化。該材料 比純?yōu)r青基材料的拉伸強度和彎曲強度提高42.8%和33.8%。該材料可用于低成本輸 水、輸油管道，防腐、防水發(fā)動機外殼等。 實施例5以石油瀝青為原料，以丙烷為溶劑在溫度75'C，劑油比為1 : 3下進行液液萃取， 得到脫油瀝青組分；以蒙脫土為原料，采用16垸基三甲基氯化銨為改性劑。將蒙脫 土與改性劑以3: 1 (重量比)的比例浸泡在溫度為70'C的水中，常壓下，攪拌l小 時，得到蒙脫土懸浮液。將懸浮液過濾，并用清水沖洗數(shù)次得到改性蒙脫土沉淀物。 將沉淀物在70'C下干燥24小時，粉碎得到有機蒙脫土；脫油瀝青組分與有機蒙脫土 以脫油瀝青組分有機蒙脫土 (重量比)=4 : 1，混合溫度為9(TC，攪拌2小時；加入 環(huán)氧樹脂再在溫度35(TC，固化10小時，得到瀝青基納米復合材料。所得材料拉伸強 度達到24.66MPa，彎曲強度達到25.72MPa。 450°C以下機械強度無明顯變化。該材料 比純?yōu)r青基材料的拉伸強度和彎曲強度提高44.8%和38.2%。該材料可用于低成本輸 水、輸油管道，防腐、防水發(fā)動機外殼等。實施例6以石油瀝青為原料，以丙垸為溶劑在溫度75'C,劑油比為1 : 3下進行液液萃取， 得到脫油瀝青組分；以蒙脫土為原料，采用16垸基三甲基氯化銨為改性劑。將蒙脫 土與改性劑以3: 1 (重量比)的比例浸泡在溫度為70'C的水中，常壓下，攪拌l小 時，得到蒙脫土懸浮液。將懸浮液過濾，并用清水沖洗數(shù)次得到改性蒙脫土沉淀物。 將沉淀物在7(TC下干燥24小時，粉碎得到有機蒙脫土；脫油瀝青組分與有機蒙脫土 以脫油瀝青組分有機蒙脫土 (重量比)=4 : 1，混合溫度為90'C，攪拌2小時；所得 的混合組分再與固化劑環(huán)氧樹脂7: 3復合，再在溫度220'C，固化30小時，得到瀝 青基納米復合材料。所得材料拉伸強度達到17.46MPa,彎曲強度達到20.33MPa。 450 'C以下機械強度無明顯變化。該材料比純?yōu)r青基材料的拉伸強度和彎曲強度提高 35.9%和34.74%。該材料可用于低成本輸水、輸油管道，防腐、防水發(fā)動機外殼等。實施例7以石油瀝青為原料，以丙垸為溶劑在溫度75'C，劑油比為1 : 3下進行液液萃取, 得到脫油瀝青組分；以蒙脫土為原料，采用16烷基三甲基氯化銨為改性劑。將蒙脫 土與改性劑以3: 1 (重量比)的比例浸泡在溫度為70。C的水中，常壓下，攪拌l小 時，得到蒙脫土懸浮液。將懸浮液過濾，并用清水沖洗數(shù)次得到改性蒙脫土沉淀物。 將沉淀物在70'C下干燥24小時，粉碎得到有機蒙脫土；脫油瀝青組分與有機蒙脫土 以脫油瀝青組分有機蒙脫土 (重量比)=4 : 1，混合溫度為90°C，攪拌2小時；所得 的混合組分再與固化劑環(huán)氧樹脂按5: 3復合，再在溫度22(TC，固化40小時，得到 瀝青基納米復合材料。所得材料拉伸強度達到17.46MPa,彎曲強度達到20.33MPa。450 'C以下機械強度無明顯變化。該材料比純?yōu)r青基材料的拉伸強度和彎曲強度提高 35.9%和34.74%。該材料可用于低成本輸水、輸油管道，防腐、防水發(fā)動機外殼等。瀝青基復合材料具有高模量、高強度、耐高溫等優(yōu)異性能。瀝青基復合材料應 用廣泛，可作為新型增強材料或結構材料應用于建筑、機械、車輛設備等多個領域。 本發(fā)明為石油渣油或煤焦油瀝青的利用提供了新的途徑。
權利要求
1.一種石油渣油、瀝青或煤焦油瀝青與蒙脫土制備納米復合材料的方法，其特征是以石油渣油、石油瀝青或煤焦油瀝青和蒙脫土為原料，按如下步驟進行(1)脫油瀝青組分的制備以石油渣油、石油瀝青或煤焦油瀝青為原料，采用丙烷或丁烷為溶劑，在溫度為30℃～100℃范圍內(nèi)，壓力為4.0～8.0MPa下，劑油比分別為1∶1～7∶1的情況下進行抽提，得到脫油瀝青組分；(2)有機蒙脫土的制備以蒙脫土為原料，采用16烷基季胺鹽為改性劑。先將蒙脫土與改性劑以3～8∶1(重量比)的比例浸泡在溫度為70℃～90℃的水中，常壓下，攪拌1～6小時，得到蒙脫土懸浮液。將懸浮液過濾，并用清水沖洗數(shù)次得到改性蒙脫土沉淀物。將沉淀物在70～80℃下干燥24小時，粉碎得到有機蒙脫土；脫油瀝青組分與有機蒙脫土混合混合條件為脫油瀝青組分∶有機蒙脫土(重量比)＝(3～9)∶1；在80～160℃條件下，攪拌時間1～3小時；在均勻攪拌后，同等溫度下將所得的上述混合組分中再加入固化劑環(huán)氧樹脂，按混合組分∶環(huán)氧樹脂＝5～7∶3～2添加；攪拌時間1～6小時；(3)在溫度80℃～400℃，隔絕氧氣條件下，固化時間1～120小時下，得到瀝青基復合材料。
2. 根據(jù)權利要求1所述的瀝青基納米復合材料的制備方法，其特征是以石油渣 油為原料，以丙垸為溶劑在溫度5(TC,劑油比為1 : 1下進行液液萃取，得到脫油瀝 青組分；以蒙脫土為原料，采用16垸基季胺鹽為改性劑。將蒙脫土與改性劑以3: 1(重量比)的比例浸泡在溫度為70。C的水中，常壓下，攪拌l小時，得到蒙脫土懸浮 液。將懸浮液過濾，并用清水沖洗數(shù)次得到改性蒙脫土沉淀物。將沉淀物在70'C下干 燥24小時，粉碎得到有機蒙脫土；脫油瀝青組分與有機蒙脫土以脫油瀝青組分有 機蒙脫土 (重量比)=3: 1，混合溫度為80。C，攪拌60min;所得的混合組分再與固化 劑環(huán)氧樹脂按5: 3復合，溫度80'C，固化時間120小時下得到瀝青基納米復合材料。
3. 根據(jù)權利要求1所述的瀝青基復合材料的制備方法，其特征是以石油瀝青為 原料，以丙垸為溶劑在溫度75°C,劑油比為1 : 3下進行液液萃取，得到脫油瀝青組 分；以蒙脫土為原料，采用16垸基季胺鹽為改性劑。將蒙脫土與改性劑以3: 1 (重 量比)的比例浸泡在溫度為70。C的水中，常壓下，攪拌1小時，得到蒙脫土懸浮液。將懸浮液過濾，并用清水沖洗數(shù)次得到改性蒙脫土沉淀物。將沉淀物在7(TC下干燥 24小時，粉碎得到有機蒙脫土；脫油瀝青組分與有機蒙脫土以脫油瀝青組分有機蒙 脫土 (重量比)=4: 1，混合溫度為90'C，攪拌120rnin;所得的混合組分再與固化劑 環(huán)氧樹脂按6: 3復合，溫度100。C，固化80小時得到瀝青基納米復合材料。
4. 根據(jù)權利要求1所述的瀝青基復合材料的制備方法，其特征是以石油渣油為 原料，以丙烷為溶劑在溫度85°C，劑油比為1 :4下進行液液萃取，得到脫油瀝青組 分；以蒙脫土為原料，采用16烷基季胺鹽為改性劑。將蒙脫土與改性劑以3: 1 (重 量比)的比例浸泡在溫度為70'C的水中，常壓下攪拌1小時，得到蒙脫土懸浮液。將 懸浮液過濾，并用清水沖洗數(shù)次得到改性蒙脫土沉淀物。將沉淀物在7(TC下干燥24 小時，粉碎得到有機蒙脫土；脫油瀝青組分與有機蒙脫土以脫油瀝青組分有機蒙脫 土 (重量比)=5 : 1，混合溫度為卯。C，攪拌120min;所得的混合組分再與固化劑環(huán) 氧樹脂按7: 2復合，溫度12(TC，固化60小時得到瀝青基納米復合材料。
5. 根據(jù)權利要求1所述的瀝青基復合材料的制備方法，其特征是以石油瀝青為 原料，以丙烷為溶劑在溫度75°C,劑油比為1 : 3下進行液液萃取，得到脫油瀝青組 分；以蒙脫土為原料，采用16烷基季胺鹽為改性劑。將蒙脫土與改性劑以3: 1 (重 量比)的比例浸泡在溫度為70。C的水中，常壓下，攪拌1小時，得到蒙脫土懸浮液。 將懸浮液過濾，并用清水沖洗數(shù)次得到改性蒙脫土沉淀物。將沉淀物在7(TC下干燥 24小時，粉碎得到有機蒙脫土；脫油瀝青組分與有機蒙脫土以脫油瀝青組分有機蒙 脫土 (重量比)=6: 1，混合溫度為90°C，攪拌120min;所得的混合組分再與固化劑 環(huán)氧樹脂按5: 3復合，溫度25(TC，固化30小時得到瀝青基納米復合材料。
6. 根據(jù)權利要求1所述的瀝青基復合材料的制備方法，其特征是以石油瀝青為 原料，以丙垸為溶劑在溫度75°C，劑油比為1 : 3下進行液液萃取，得到脫油瀝青組 分；以蒙脫土為原料，采用16垸基季胺鹽為改性劑。將蒙脫土與改性劑以3: 1 (重 量比)的比例浸泡在溫度為70。C的水中，常壓下，攪拌1小時，得到蒙脫土懸浮液。 將懸浮液過濾，并用清水沖洗數(shù)次得到改性蒙脫土沉淀物。將沉淀物在70'C下干燥 24小時，粉碎得到有機蒙脫土；脫油瀝青組分與有機蒙脫土以脫油瀝青組分有機蒙 脫土 (重量比)=4: 1，混合溫度為90°C，攪拌120min;所得的混合組分再與固化劑 環(huán)氧樹脂按6: 2復合，溫度30(TC，固化15小時得到瀝青基納米復合材料。
7. 根據(jù)權利要求1所述的瀝青基復合材料的制備方法，其特征是以石油瀝青為原料，以丙垸為溶劑在溫度75°C，劑油比為1 : 3下進行液液萃取，得到脫油瀝青組 分；以蒙脫土為原料，采用16烷基季胺鹽為改性劑。將蒙脫土與改性劑以3: 1 (重 量比)的比例浸泡在溫度為7(TC的水中，常壓下，攪拌1小時，得到蒙脫土懸浮液。 將懸浮液過濾，并用清水沖洗數(shù)次得到改性蒙脫土沉淀物。將沉淀物在70'C下干燥 24小時，粉碎得到有機蒙脫土；脫油瀝青組分與有機蒙脫土以脫油瀝青組分有機蒙 脫土 (重量比)=4: 1，混合溫度為90°C，攪拌120min;所得的混合組分再與固化劑 環(huán)氧樹脂按7: 3復合，溫度35(TC，固化10小時得到瀝青基納米復合材料。
8.根據(jù)權利要求1所述的瀝青基復合材料的制備方法，其特征是以石油瀝青為 原料，以丙垸為溶劑在溫度75°C，劑油比為1 : 3下進行液液萃取，得到脫油瀝青組 分；以蒙脫土為原料，采用16烷基季胺鹽為改性劑。將蒙脫土與改性劑以3: 1 (重 量比)的比例浸泡在溫度為70。C的水中，常壓下，攪拌1小時，得到蒙脫土懸浮液。 將懸浮液過濾，并用清水沖洗數(shù)次得到改性蒙脫土沉淀物。將沉淀物在70'C下干燥 24小時，粉碎得到有機蒙脫土；脫油瀝青組分與有機蒙脫土以脫油瀝青組分有機蒙 脫土 (重量比)=4: 1,混合溫度為90'C，攪拌120min;所得的混合組分再與固化劑 環(huán)氧樹脂按5: 3復合，溫度400。C，固化1小時得到瀝青基納米復合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備瀝青基納米蒙脫土復合材料的方法，屬于化學工程技術及復合材料領域。它是以石油渣油、石油瀝青或煤焦油瀝青為基質(zhì)，蒙脫土為增強組分，環(huán)氧樹脂為交聯(lián)劑，制備高耐熱性、高強度瀝青基納米蒙脫土復合材料的方法。首先進行石油渣油、石油瀝青或煤焦油瀝青脫油處理，將脫油瀝青組分與有機蒙脫土進行混合，再與環(huán)氧樹脂存在下發(fā)生反應，獲得具有三維分子結構的瀝青基納米蒙脫土復合材料。本發(fā)明開創(chuàng)了從低成本原料制備高性能的納米復合材料的方法，為石油渣油、石油瀝青或煤焦油瀝青的高附加值利用開辟了新途徑。
文檔編號C08L95/00GK101230199SQ20071011455
公開日2008年7月30日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權日2007年12月28日
發(fā)明者侯寶花, 吳明鉑, 宋長剛, 李兆豐, 李士斌, 查慶芳, 寧 郭, 郭燕生 申請人:中國石油大學(華東)