新型硫磺沥青改性剂的制备及环保性能研究

新型硫磺沥青改性剂的制备及环保性能研究

李国峰;王琳娜;陆江银

【摘要】自主制备了新型硫磺沥青改性剂,并采用亚甲基蓝分光光度法测定改性硫磺颗粒与沥青反应过程中产生的H2 S气体释放量,评价了H2 S主抑制剂和协同抑制剂的抑制效果,确定了主抑制剂和协同抑制剂的种类以及用量,优化了H2 S抑制剂的配方.结果表明:H2 S抑制剂的最佳配方为3%A+0.8%Y+0.2%Z,在最佳配方下,H2 S抑制剂体现了优良的环保性能.%In this paper,a new type of sulfur asphalt modifier was prepared. And methylene blue spectrophoto-metric method was used to determine the amount of H2 S which were released in the reaction of modified sulfur parti-cles and asphalt. We evaluated the inhibitory effects of major inhibitors and synergistic inhibitors of H2 S and deter-mined their species and dosage. Finally the formulation of the H2 S inhibitor was optimized. The results showed that the optimum formulation of H2 S inhibitor was 3%A+0. 8%Y+0. 2%Z,and the inhibitor showed excellent environ-mental protection performance under this optimum formulation.

【期刊名称】《合成材料老化与应用》

【年(卷),期】2017(046)005

【总页数】5页(P19-23)

【关键词】改性剂;硫磺;沥青;主抑制剂;协同抑制剂

【作者】李国峰;王琳娜;陆江银

【作者单位】新疆应用职业技术学院石油与化学工程系,新疆奎屯833200;新疆应

用职业技术学院石油与化学工程系,新疆奎屯833200;新疆大学石油天然气精细化

工教育部重点实验室,新疆乌鲁木齐830046

【正文语种】中文

【中图分类】TU535

新疆地区气候独特，呈现冬冷夏热、气候干燥、日温差较大、太阳辐射强等特点，沥青路面容易出现车辙和推移病害[1-3]。

通常的方法采用SBS或PE以及橡胶粉改性沥青。但是，这些材料的价格在飞速增长，这对于仍处于经济发展中的新疆地区尤为困难[4]。

硫磺具有提高沥青质量的特性，价格非常低廉，可考虑把硫磺作为沥青改性剂[5-6]。但是，在高温下硫磺可与沥青反应放出大量对人体有害的硫化氢气体，使该技术的应用受到限制。

我国对硫磺沥青路面的研究应用相对较晚，直到 2000年才在天津和黑龙江修筑了硫磺改性沥青试验路[7-10]，并取得了良好的效果，但总体上应用规模较小，研究也不够系统全面，最关键的问题是对于硫化氢的抑制率始终不能达到令人满意的结果。

本文通过在硫磺中添加H2S抑制剂自主制备了新型硫磺沥青改性剂，评价了H2S 主抑制剂和协同抑制剂的抑制效果，确定了主抑制剂和协同抑制剂的种类以及含量，优化了H2S抑制剂的配方。

1.1 实验仪器及材料

1.1.1 实验仪器

1.1.2 实验材料

1.2 实验内容

1.2.1 硫磺沥青改性剂的制备

在该硫磺颗粒中硫磺的质量百分比在80%～100%之间变化，最适宜的范围是90%～99%，此时H2S抑制剂的质量百分比为1%～10%。其中H2S主抑制剂的范围为1%～9%，协同抑制剂的范围为0～1%。

按事先计算好的比例，称量一定数量的硫磺、增塑剂、H2S主抑制剂和协同抑制剂混合均匀置于反应容器中，然后将反应容器置于恒温油浴锅中加热熔融磁力搅拌1h，然后将混合液体以均匀的流速倒入冷水盆中，即可制得改性硫磺颗粒。

通过测定改性硫磺颗粒与沥青在反应过程中的H2S释放量，选用不同种类的H2S 抑制剂复配，使得H2S的释放量满足环保的要求，具体的技术路线如图1所示。

1.2.2 H2S释放量的测定

本实验采用亚甲基蓝分光光度法测定硫磺、改性硫磺颗粒与沥青混合加热产生的H2S气体的释放量，测试H2S主抑制剂和协同抑制剂的抑制效果，确定主抑制剂和协同抑制剂的种类以及用量，从而优化H2S抑制剂的配方。

本实验采用自制的H2S吸收装置测试反应过程中H2S的释放量，吸收装置如图2所示。

2.1 H2S主抑制剂的种类考察

根据硫磺与沥青在反应过程中产生H2S的机理，本实验选用了不同类型的H2S抑制剂A、B、C三种作为主抑制剂，质量百分比为2%，与硫磺进行混合制备硫磺沥青改性颗粒。分别在150℃和160℃的温度下与沥青反应1h(硫磺颗粒∶沥青=2∶3)，同时测定反应过程中H2S的释放量，测试结果如图3所示。

由图3可以看出，不论是在150℃还是在160℃的反应温度下，主抑制剂A对

H2S的抑制效果都要优于B和C，因此可以将A作为本实验中的H2S主抑制剂。通过比较图3(a)和图3(b)中H2S的释放量，很明显得知温度是影响H2S排放的一个非常重要的因素，反应温度在160℃时H2S的释放量是150℃时的15倍左

右，H2S主抑制剂在150℃的抑制效果明显好于160℃的抑制效果。因此，在沥

青改性过程中必须严格控制反应的温度，当反应温度低于150℃时，采用A作为

H2S主抑制剂制备改性硫磺颗粒会表现出很好的环保性能。

2.2 H2S主抑制剂的含量考察

在2.1中已经确定将A作为H2S主抑制剂，现在来考察它的最佳含量，将A的含量分别设定为1%、2%、3%、4%，分别在150℃和160℃的温度下与沥青反应

1h(硫磺颗粒∶沥青=2∶3)，同时测定反应过程中H2S的释放量，测试结果如图4所示。

由图4可以看出，不论是在150℃还是在160℃的反应温度下，未加主抑制剂A

时硫磺与沥青反应过程中H2S的释放量都要远远大于加入主抑制剂A时H2S的

释放量，这说明主抑制剂A有非常明显的H2S抑制效果。同时，随着主抑制剂A 含量的增大，H2S抑制效果逐渐增强，当A的含量超过3%时，H2S的释放量基

本趋于稳定，抑制效果不太明显，这可能是由于A物质在硫磺分子中分散不够均

匀造成的。考虑到H2S抑制剂的成本以及改性沥青的性能，选用最佳A的含量为3%。

2.3 H2S协同抑制剂的种类考察

根据硫磺与沥青在反应过程中产生H2S的机理，本实验选用含量为3%的A物质

作为主抑制剂，在此基础上选用X、Y、Z三种物质(0.5%)作为协同抑制剂，与硫

磺进行混合制备硫磺沥青改性颗粒。分别在150℃和160℃的温度下与沥青反应

1h(硫磺颗粒∶沥青=2∶3)，同时测定反应过程中H2S的释放量，测试结果如图5所示。

由图5可以看出，当反应温度在150℃时，协同抑制剂Y和Z的抑制效果优于X，当反应温度在160℃时，抑制效果并不明显。为此，为了提高H2S的抑制效果，

本实验考虑将Y和Z共同作为协同抑制剂与主抑制剂A进行复配制备复合型H2S