SBS改性无卤阻燃沥青的研制*

杜正军，郑文博，廖克俭

（辽宁石油化工大学石油化工学院，辽宁抚顺113001）

SBS改性无卤阻燃沥青的研制*

杜正军1，郑文博，廖克俭

（辽宁石油化工大学石油化工学院，辽宁抚顺113001）

∶为满足道路交通对沥青产品的路用指标与阻燃性能的要求，选用辽河90#沥青为原料，SBS为改性剂，研制了一种路用性与阻燃性兼备的改性阻燃沥青产品。通过考察复合阻燃剂的加入量对沥青产品极限氧指数的影响，确定了复合阻燃剂的最优加入量，并研究了调和剂剂量对沥青产品理化性质的影响，考察了生产工艺中加工温度与剪切时间对沥青的针入度与软化点的影响，确定调和剂的加入量与生产工艺参数。最终生产出了SBS改性无卤阻燃沥青。经测试，产品符合JTJ036-98(I-A)标准并且极限氧指数为32。

∶沥青；阻燃；SBS；无卤；工艺条件

前言

近年来，我国高速公路得到迅速发展，里程数仅次于美国，居世界第二位，国内对高质量沥青的要求将不断增加。然而，传统沥青与改性沥青本身并不具有阻燃性能，为交通安全留下了一定的安全隐患，一旦发生火灾，特别是桥梁、隧道、机场等地，将造成巨大的损失。

现有的阻燃沥青多使用卤系阻燃剂，特别是多溴联苯醚（PBDEs），此类阻燃剂会在阻燃过程中释放大量有害的卤化氢气体，并且该气体还会与水结合生成强腐蚀性的氢卤酸造成二次公害。同时,经医学实验证明，此类化合物还会干扰人体的甲状腺素功能，引起不良健康效应。因此，许多国家禁止或暂停该类化合物的应用。例如：欧洲已在2004年禁用了五溴代联苯醚和八溴代联苯醚两种PBDE配方，2008年4月，欧洲法院禁用了第三种PBDE类化合物—十溴代联苯醚，此外，亚洲与北美国家在禁用PBDEs方面都有相似的立法[1]。因此，从环境保护的角度出发，使用无卤型阻燃剂是沥青难燃化的必然趋势。

在现代阻燃技术中，阻燃剂的复合技术是极其重要的一个方面。复合阻燃体系兼有多种阻燃剂的特性，阻燃剂的复合可在有机类、无机类阻燃剂及它们相互之间进行。其中有机类和无机类阻燃剂的复合使用更为广泛，这类复合体系兼具有机阻燃剂的高效和无机阻燃剂的低烟、无毒功能，并能有效降低成本和减少无机阻燃剂的用量，改善材料的功能[2]。

本文中使用的复合阻燃剂主要由三部分组成：主阻燃剂、协同阻燃剂与抑烟剂。其中主阻燃剂在沥青燃烧时会分解并吸收大量的热量，打断热量传递链以阻止燃烧，同时还释放出气体，隔绝氧气使火焰自行熄灭;协同阻燃剂本身并不具有阻燃性能，其价值在于可增强主阻燃剂的性能;抑烟剂受热后可迅速分解，比表面积大幅增加，可有效的吸附烟核与烟颗粒，降低烟气密度。将以上几种成份以一定的比例混合，制得复合阻燃剂[3]。

1 实验原料与仪器

1.1 实验原料

辽河90#沥青（辽河油田），SBS（中石化巴陵石化），主阻燃剂，协同阻燃剂，抑烟剂，调和剂等。

1.2 实验仪器

BME100L型高剪切混合乳化机（上海威慷机械电子有限公司），SYD-2806E全自动沥青软化点试验器（上海昌吉地质仪器有限公司），LY型沥青延伸度测定仪（无锡市石油仪器设备厂），SYD-2801C针入度试验器（上海昌吉地质仪器有限公司），HC氧指数测定仪（承德德盛检测设备有限公司）等。

1.3 实验项目与标准

2 实验结果与讨论

2.1 复合阻燃剂加入量对氧指数的影响

由于阻燃剂的价格远高于基质沥青，因此，从最终产品的经济性考虑，应当在保持阻燃效果的前提下尽量降低阻燃剂的加入量以降低产品成本，藉此，也将减少阻燃剂对沥青产品性质的不利影响。

图1 复合阻燃剂加入量对极限氧指数的影响Fig.1 The influence of quantity addition of flame-retardant on limiting oxygen index

选取约200g辽河90#沥青为基质沥青，使用4%的SBS进行改性处理，制取SBS改性沥青，之后分别加入不同质量的复合阻燃剂，考察复合阻燃剂加入量对沥青产品极限氧指数的影响，结果如图1所示。

由图1可知，产品的极限氧指数（OI）随复合阻燃剂加入量的增加而增大，然而，当复合阻燃剂加入量超过6%后，极限氧指数的上升趋势不再明显，因此不应使加入的复合阻燃剂含量超出6%，另外，当复合阻燃剂的加入量为2%时，阻燃沥青产品的极限氧指数为31，由于空气中氧含量为18%至21%，一般认为：当OI＞27时，该材料可在火中自行熄灭;当21＜OI＜27时，该材料为可燃材料;当OI＜21时，该材料为易燃材料[4]。因此，加入2%的复合阻燃剂即可使产品在空气中无法燃烧或在燃烧后迅速自行熄灭。

2.2 调和剂剂量对沥青性质的影响

沥青中加入阻燃剂后，理化指示会有所改变，如针入度相比原沥青下降而软化点会有所升高，使沥青产品不再满足聚合物改性沥青的技术要求（JTJ036-98公路改性沥青路面施工技术规范），同时，阻燃剂也会降低沥青的热储存稳定性，使之在热储存过程中发生离析现象，因此，应该向沥青产品中加入一定量的调和剂来改善沥青产品的理化指标。

本文选用一种廉价的调和剂，其中含有大量缩合性极强的大分子芳烃，此类芳烃对沥青质与胶质的吸附能力远大于沥青本身所含有的小分子芳香烃与饱和烃，藉此改善沥青的理化性质，提高沥青的性能，如针入度与软化点。如下图所示：

图2 调和剂加入量对沥青产品针入度与软化点的影响Fig.2 The influence of quantity addition of blender on softening point and needle penetration of asphalt

如图2所示，每加入1%的调和剂可使沥青产品的针入度升高约12.5（0.1mm）并使其软化点降低大约0.9℃。可依照此规律调配沥青产品，以满足不同技术规范的要求。

2.3 考察SBS改性无卤阻燃沥青生产工艺

工艺参数是沥青产品生产中的关键因素，工艺参数对成品的延度、软化点、针入度以及溶解度等指标有着决定性的因素。在本产品的加工过程中，剪切时间、温度都会使SBS改性无卤阻燃沥青的性能发生变化。

2.3.1 温度的考察

在SBS改性无卤阻燃沥青的生产过程中，过高的拌合温度会使阻燃剂分解、失效，而且长时间的高温操作会加速沥青的老化，使沥青产品的理化性质下降，同时，也会造成能源的浪费；另外，拌合温度过低也会使得沥青黏度过大，可能会损坏剪切设备。所以，应在保证剪切设备工作黏度的基础上，尽可能降低操作温度。在实验中发现，当采取适当的温拌技术时，可使拌合温度由原来的170℃降低至130～140℃，沥青的黏度即可满足剪切机的要求，同时也不会使阻燃剂高温失效[5]。

2.3.2 时间的考察

取一定质量的辽河90#沥青，放入烘箱中（120℃）溶化后取出，放入剪切装置中继续加热至145℃，加入4%的SBS与2%的混合阻燃剂，剪切不同时间后测定其针入度及软化点，结果如图3所示：

图3 剪切时间对沥青产品针入度与软化点的影响Fig.3 The influence of shearing time on softening point and needle penetration of asphalt

由此可见，沥青产品的针入度及软化点随剪切时间的增加而变化，但是在2h之后其变化趋势不再明显，并且长时间的高温操作还可能导致沥青老化与阻燃剂失效，因此，SBS改性无卤阻燃沥青的适宜剪切时间为2h。

2.4 最佳配方与工艺条件

2.4.1 原料用量比例（相对于基质沥青）

2.4.2 工艺条件

2.4.3 最终产品性质

3 结论

（1）阻燃剂加入量对沥青的阻燃效果有显著影响，但是在复合阻燃剂加入量超过沥青质量的6%后，阻燃效果上升不再明显，应根据不同的需要，选择适量的加入量。

（2）加入阻燃剂后，沥青产品的理化性质会有所降低，可选用富含芳烃的调和剂优化阻燃沥青产品的性质。

（3）加工时过高的温度会导致阻燃剂分解失效与沥青的老化，应在满足剪切机工作的前提下，降低操作温度，必要时可使用降黏剂来改变沥青产品的黏温特性。

（4）长时间的加工也会导致阻燃剂的分解，剪切时间应以2h为适。

［1］KELLYN.BETTS S.New thinking on flame retardants［J］.Environmental Health Perspectives，2008，116：210～213.

［2］梁诚.我国阻燃剂生产现状与发展趋势［J］.精细石油化工进展，2001，2（2）：38～41.

［3］SHARMA S K.，SAXENA N K.Flame retardant smoke suppressant protection for poly vinylchloride［J］.Fire Technology，2004，40（4）：385～398.

［4］刘冬，卢久富，袁德明，等.隧道用阻燃沥青的研制［J］.石化技术与应用，2006，24（6）：459～461.

［5］杨彦海.基于Sasobit实现温拌化的沥青胶结料性能研究［J］.中国道路沥青，2009，37（2）：1～5.

Study on SBS Modified Flame-retarded Halogen-Free Asphalt

DU Zheng-jun，ZHENG Wen-bo and LIAO Ke-jian
(College of Petrochemical Engineering，Liaoning Shihua University，Fushun 113001，China)

In order to meet the requirements of road performance and flame retardation of the road asphalt，a kind of modified asphalt with well road performance and flame retardation is produced with using Liaohe 90#asphalt as the raw material and SBS as the modifier.By examining the influence of addition quantity of the composite flame retardant on the limiting oxygen index of the asphalt，the optimum quantity addition of composite flame retardant is confirmed.And the effect of quantity of the blender on the physical and chemical properties of asphalt is studied，and the effects of processing temperature and shearing time on the needle penetration and softening point of asphalt are investigated，and the addition amount of blender and processing parameters is confirmed.At last，the SBS modified flame-retarded halogen-free asphalt is prepared.The test result shows that the product can meet the standard of JTJ036-98(I-A)and its limiting oxygen index is 32.

Asphalt；flame-retardant；SBS；halogen-free;process conditions

book=186,ebook=186

TE 624.85

A

1001-0017（2010）06-0039-03

2010-03-03*合作项目：辽宁省交通科学研究院合作项目SBS改性阻燃沥青技术开发（委托）(编号∶2009010714)

杜正军（1982-），男，内蒙古自治区呼伦贝尔市人，在读硕士研究生，主要研究方向为石油化学品的研制与开发。