[发明专利]制备硫化氢排放降低的沥青组合物的方法

说明书

发明领域

本发明涉及基于碳氢化合物的粘合剂，如沥青，柏油和焦油，它们作为工业涂层和道路沥青等尤为有用。本发明特别涉及获得沥青或硫化氢释放降低的沥青的方法。 

发明背景

使用沥青(柏油)组合物制备用作道路铺筑材料的骨料组合物(包括，但不仅仅限于沥青和砂石)是比较复杂的，这至少有三个原因，其中每一个对提供可接受的产品而言都是严重的挑战。首先，对道路铺筑有用的沥青组合物必须满足一定的性能指标或规格。例如，为了确保可以接受的性能，州和联邦机构发布了包括作为道路铺筑材料使用的规范在内的各种沥青应用规范。当前的联邦高速公路管理局规范要求沥青(柏油)产品满足与诸如粘度，刚度，渗透性，韧度，弹性和塑性等性质相关的特定参数。每一个参数都定义了沥青组合物的一个关键特征，不能满足一个或几个参数的组合物意味着不能作为道路铺筑材料使用。 

传统沥青组合物常常不能同时满足某一特定规范的全部要求，并且如果不能满足这些要求，就会发生道路损坏，这包括，但不限于永久变形，由热引起的裂缝以及弯曲疲劳。这种损坏极大地降低了铺筑道路的有效寿命。 

在这点上，长久以来已经认识到可以通过添加诸如聚合物等的其他物质来改变传统沥青组合物的性质。已经有许多聚合物被用作沥青组合物的添加剂。例如，从苯乙烯和共轭二烯，如丁二烯和异戊二烯，衍生得到的共聚物尤为有用，因为这些共聚物在沥青组合物中有很好的溶解度，且所得改性沥青组合物有很好的流变学性质。 

众所周知，通过添加诸如硫(常常是单质硫形式)的交联剂(硫化剂) 能够提高聚合物沥青组合物的稳定性。外部硫的添加是用于产生改善的稳定性，即使沥青中天然含有不同量的天然硫磺。 

因而，有一种众所周知的制备沥青-聚合物组合物的方法，该方法包括在266-446℉(130-230℃)将沥青与2％-20％重量比的平均分子量为30,000-500,000的嵌段共聚物或随机共聚物混合。所得混合物搅拌至少2小时，然后加入重量为沥青的0.1％-3％的硫并搅拌至少20分钟。硫的加入量为沥青重量的0.1％-1.5％。所得沥青-聚合物组合物用于道路涂层，工业涂层或者其他工业应用。 

类似地，通过热混合柏油和0.1％-1.5％重量比的单质硫以及2％-7％重量比的天然或合成橡胶得到的柏油(沥青)聚合物组合物是公知的，其中该橡胶可以是线性丁二烯/苯乙烯共聚物。同样公知，通过在293℉-365℉(145℃-185℃)将至多占沥青的10％重量比的天然或人造橡胶，如苯乙烯/丁二烯橡胶，与沥青混合，然后调节温度至257-400℉(125℃-204℃)，再向混合物中加入与橡胶的重量比例为0.01-0.9的硫来制备橡胶-改性沥青的方法。然后加入催化量的硫化促进剂起到硫化作用。有时会报道硫与橡胶比的临界性质，例如硫与橡胶的重量比小于0.01会得到劣质改性沥青。 

使沥青组合物的应用复杂的第二个因素是担心这些组合物在储存条件下的粘度稳定性。在这点上，沥青组合物使用前经常储存多达7天甚至更长，有些时候，组合物的粘度增长以至于该沥青组合物不再适用于原来的目的。另一方面，能稳定储存的沥青组合物需提供最小的粘度增长，因此储存后还能用于原来的目的。 

通常含有柏油和骨料的柏油混凝土，重新构建柏油混凝土表面的柏油组合物以及类似的柏油组合物必须有一些特殊的力学性质以使它们能在各种领域使用，尤其是当柏油作为表面涂层(路面铺设)粘合剂使用，作为沥青乳液，或其他工业应用。(本文使用的术语柏油可与“沥青”相互替换。柏油混凝土是作为粘合剂添加了一定量骨料的柏油，在道路中使用。)如果这些粘合剂具有如所需水平的弹性和塑性等所需性质，则柏油或沥青乳液粘合剂在路面维护中作为表面涂层，或作为很薄的沥青混合物，或在柏油混凝土中作为较厚的沥青混合物结构层 的应用将会得到加强。 

公路等级柏油(公路等级柏油是任何用于道路铺筑的柏油，无论其是否用聚合物改性)，屋面柏油以及其他沥青的生产中所担心的是生产，储存和使用柏油的过程中偶尔产生不期望水平的硫化氢。期望能够在这些场合中减少或消除硫化氢的水平。硫化氢是一种无色，具有臭鸡蛋气味的恶臭有毒气体。硫化氢对工人有毒且在储存罐中形成自燃黄铁矿(pyrophoric iron pyrite)。