[发明专利]一种多键协同可控促进中低温沥青稳定化的方法

说明书

本发明公开了一种多键协同可控促进中低温沥青稳定化的方法，包括：将中低温沥青与促进剂在高压反应釜中加热混合均匀，降温出料，即得改性沥青；将改性沥青所制的成型中间体置于管式炉中，以1‑5℃min^‑1加热升温到180‑330℃，恒温0‑5 h，降温出料，即得稳定化沥青产品；再将稳定化产品经500‑1500℃炭化，即得沥青基炭产品。该方法具有操作工艺简单、成本低，解决了中低温沥青难以稳定化以及可控性差等问题，推进了低值原料的高价值利用，有望工业化推广。

技术领域

本发明涉及一种沥青稳定化方法，具体涉及一种多键协同可控促进中低温沥青稳定化的方法。

背景技术

沥青基炭材料由于具有灰分低、石墨化程度高、机械强度高等特点，在生物医学、环保、军事防护、电极材料等领域得到了广泛地应用。目前，应用较多的沥青基炭包括C/C复合材料、炭纤维和球状活性炭等。以上沥青基炭产品通常具有特定的形态形貌，在其制备过程中，为了维持其成型中间体的形貌，并避免沥青中轻组分大量挥发，防止出现熔化变形、鼓泡等问题，沥青基活性炭在高温炭活化之前必须经过氧化稳定化预处理。空气吹扫是实现沥青稳定化最常用的方法，然而，由于沥青稠环分子与氧反应能垒高，加之氧气在沥青基体中扩散十分缓慢，这就造成了沥青在氧化稳定化过程中耗时耗能，从而大大增加了产品的制造成本。

为了解决氧化反应难、扩散慢等问题，中国发明专利CN 109052397 A以软化点为240-280℃的高软化点沥青为原料，在高软化点沥青中均匀混合10-35%的精萘，再用有机溶剂除精萘后，会在沥青内部形成初始的孔隙，这些初始的孔隙将为后续的氧化稳定化提供氧扩散通道。中国发明专利CN 1156123 A以软化点为200-300℃的高软化点沥青为前驱体，通过添加芳香溶剂（如萘）和添加剂（如硫元素），既增加了氧扩散通道，也促进了反应的发生，从而大大缩短了沥青产品的氧化稳定化时间。但是市场上高软化点沥青的价格是中低温沥青的十倍以上，以及加萘-除萘的过程不可避免的增加了设备和工艺成本，并且添加剂硫在氧化过程中会以SO₂或SO₃气体的形式溢出也会对设备造成腐蚀以及产生环境污染，萘和硫还可能留在沥青产品内部影响产品性能。

为此，中国发明专利CN 109399632 A以软化点为40-100℃的中低温沥青为原料，添加改性剂无水氯化铝等金属盐、或三氟化硼等有机物、或碘、氯仿和溴仿中的一种或几种加热到100-300℃进行改性，得到的改性沥青软化点大幅度提升，再进行氧化稳定化。中国发明专利CN 109609167 A以中低温沥青（软化点为60-130℃）为原料，添加一种或两种改性剂如过氧化二异丙苯、对异丙苯基苯酚、2,4-二异丙基苯酚，成功实现氧化稳定化并缩短时间。但以上专利文献，促氧化方式中仅添加一类改性剂，由于引入的活性基团较为单一，在加热氧化时，要么不反应，要么在达到反应温度后，大量活性基团的参与造成氧化不可控，从而产生“皮芯”结构，影响产品性能；而且引发反应的温度区间仍然较窄，无法实现全温度段的稳定化，尤其是对于中低软化点沥青而言。

发明内容

针对中低温沥青难以实现稳定化以及稳定化后产品存在“皮芯”结构问题，本发明的目的是以中低温沥青为原料，提供一种多键协同可控促进中低温沥青稳定化的方法。

本发明根据沥青的软化点范围，选择匹配的多种促进剂。促进剂的选择条件是：化学键断裂的温度范围不同，即促使沥青分子发生交联反应的温度不同，且促进剂的分子结构应与沥青分子结构相似，以易于与沥青混合均匀。

本发明提供了一种多键协同可控促进中低温沥青稳定化的方法，包括以下步骤：

将软化点为40-120℃的沥青与促进剂混合均匀，在高压反应釜中加热到70-160℃，搅拌恒温0.5-5 h，降温出料即得改性沥青；将改性沥青加工成型，随后将所得成型中间体置于管式炉中，在不同气氛下，以1-5℃ min^-1加热升温到180-330℃，恒温0-5 h，降温出料，即得稳定化沥青产品。