煤焦油沥青及其乳化.doc

煤焦油沥青及其乳化山东武城博斯特筑路设备煤焦油沥青是用煤、褐煤等有机物质，在隔绝空气和高温下进行干馏、冷凝其挥发物质而获得粘稠状液体，再经加工而制得的沥青类材料。它是制取乳化煤焦油沥青的主要原材料，也是在建筑和道路上应用较早的建筑防水材料和铺筑路面材料。一、 分类煤焦油按生产煤焦油沥青的原材料不同，可分为煤沥青和页岩沥青。页岩沥青是由云母页岩提炼石油后的页岩残渣，经加工而制得的沥青类物质。还有木材干馏和气化时制得的木沥青。泥炭煤经干馏而得到的泥炭沥青。其中制作乳化煤焦油沥青中应用最多的为煤沥青。按照煤焦油沥青的稠度不同，可分为软煤沥青和硬煤沥青。软煤沥青是蒸馏煤焦油 过程中，只馏出部分轻油，中油不完全馏出，或在硬煤沥青中掺入蒽油等制得的液体或半液体的沥青类材料。硬煤沥青是高温煤焦油经蒸馏出轻油、中油、重油和蒽油等而制得的脆硬而没有弹塑性的固体或半固体的沥青类物质。乳化煤焦油沥青中应用最多的为软煤沥青。按照煤焦油沥青的用途不同，可分为低温煤沥青、中温煤沥青和高温煤沥青、筑路油等。中温煤沥青又分为电极煤沥青和一般煤沥青。在建筑和道路上应用最多的为筑路油。二、 组分与结构煤焦油沥青是极其复杂的碳氢化合物，其主要元素是碳和氢，含碳量较一般石油沥青高得多，超过90%，还含有2、硫、氮等元素。煤焦油沥青的化学结构极为复杂，可分离为数千种至数万种结构单元。在研究煤焦油沥青的化学性质上，常常将煤焦油沥青划分为几个化学性质相近，技术上有一定联系的组分。B.V.葛列米尔将煤焦油沥青划分为游离碳、硬树脂、软树脂和油分。煤焦油沥青中的游离碳是高分子有机化合物的固态碳质微粒，不溶于任何溶剂，有很好的稳定性，只是在高温下才能分解。游离碳含量的多少，直接影响这煤焦油沥青的粘滞性。游离碳含量增加，粘滞性增加，密度亦增加，温度稳定性增强，脆性增大。如果游离碳高于某一限度时，性能变坏，其含量必须加以控制。煤焦油沥青中的树脂质是含氧的环式碳氢化合物。根据其粘滞度的大小，可分为软树脂和硬树脂，软树脂为赤褐色的塑性物质，溶于苯和二氯甲烷；在氧气、温度和日光作用下，发生氧化和聚合作用，由粘稠液体变为固体；在硫酸作用下，转变为溶于水的物质，又称为可溶性树脂。硬树脂为固态晶体结构，仅溶于吡啶，化学稳定性差。煤焦油沥青中的油分主要由不饱和芳香类化合物组成。油分的存在增加了煤焦油沥青的流动性，并能聚合成树脂质。在油分中还含有各种可溶性杂质。其中有萘油、菲油、蒽油及酸性或碱性物质等。其酸性物质主要是酚，为易溶于水的化合物；碱性物质主要是吡啶和喹啉的碱类。煤焦油沥青为复杂的胶体结构，游离碳和硬树脂被软树脂所包裹形成的胶团为分散相，分散在油分的分散介质中。由于胶体颗粒较石油沥青大，形成的胶体结构为粗分散体系，稳定性较差，对分散相黏度提高有限，再加上软树脂的温度稳定性较低，黏度变化对温度较为敏感，当温度升高时，黏度显著下降，分散相的黏度也显著下降，温度稳定性较差，在温度变化时，黏度变化较大。煤焦油沥青是以芳香烃为主要成分的复杂化合物，估计有上万种有机化合物，在分子中含有约0.8-1.0%的活泼氢，具有很强的极性和化学反应活性。三、 物理性质煤焦油沥青的物理性质主要指加热稳定性、温度稳定性、气候稳定性和粘滞度。（一） 加热稳定性低温煤焦油对高温的作用非常敏感，当加热 超过120时，则有大量软馏分挥发而损失，又由于氧化和聚合作用的结果，其粘滞度显著提高。因此，对低温煤焦油沥青的加热温度不宜超过120，长时间加热时，可使煤焦油沥青的黏结性能降低。煤焦油沥青的加热稳定性K可用下列公式表示：T=式中 T 加热前煤焦油沥青的软化点 T1 120加热5h后，煤焦油沥青软化点 T 2 蒸馏到300，煤焦油沥青软化点 A 加热质量损失 B 蒸馏到300以后的馏出物质质量比K值越大，加热稳定性越差，一般要求K值在2.5以内。在低温煤焦油沥青中，添加高温煤焦油沥青成高温煤沥青时，可制备出低粘度、加热稳定性较高的煤沥青。（二） 温度稳定性煤焦油沥青的温度稳定性可用熔点和硬化点的间隔来表示。此间隔越大越稳定，一般为55。表征煤焦油沥青的温度稳定性的指标为软化点和粘滞度。软化点越高，粘滞度越大，温度稳定性越好；煤焦油沥青中的中油分和软油分愈多，其软化点愈低，粘滞度越小，温度稳定性越差。一般对煤焦油沥青进行蒸馏试验后，对残留物要进行软化点或粘滞度的测定，以确定其使用性能。（三） 气候稳定性煤焦油沥青含有大量的不饱和烃类化合物，这些化合物在空气中氧和水作用下，尤其是日光的作用下，则发生氧化、聚合和缩合作用，油质变为软树脂质，软树脂质变为硬树脂或游离碳。由于油分的损失，黏度增大而失去塑性，这种变化过程比石油沥青快得多。在露天存放煤焦油沥青时，初开始200h性能变化剧烈，这是由于软馏分挥发的结果。其质量损失往往同加热到300是的质量损失相同，含有较多轻馏分和中馏分的煤焦油沥青变化最大。因此，煤焦油沥青的气候稳定性较差。为了预估煤沥青在使用过程中，在气候条件下的影响下，技术性能的变化，常用蒸馏试验测定残留物的性质，用测定软煤沥青的起始黏度及蒸馏后残留物性质表征其质量性能。（四） 粘滞性粘滞性是煤焦油沥青的一个重要技术指标，软煤沥青的标号就是以黏度不同划分的，黏度越低，煤焦油沥青越稀。煤焦油沥青的粘滞性与其组分有很大关系，油分越多，粘滞性越大；游离碳和硬树脂越多，黏度越大，温度变化对黏度影响较大，随温度的升高，而黏度变小。煤焦油沥青的黏度可用标准粘度计、赛氏粘度计、恩氏粘度计和浮漂仪来进行测定。将煤焦油沥青试样在规定的浮漂仪中，自放入一定温度的水浴内，逐渐软化至被水冲破所需的时间，以秒表示。即浮漂度。通常是在500.5的水浴中进行测定。四、 可乳化性煤焦油沥青的可乳化性与其结构特征和表面张力有关。（一） 化学结构煤沥青的芳碳率是石油沥青的三倍，烷基碳率仅为石油沥青的1/10，碳原子比约是石油沥青的2倍，在组分上饱和分含量极低，芳香分很高，约是石油沥青的1.5-2倍，环多链少，且环多为稠环和芳环组成的结构。这种化学结构将导致物理性质上和石油沥青有较大的差异，造成乳化性能比石油沥青差。煤焦油沥青中存在较多的酚、萘和游离碳等成分，也是造成乳化困难的因素之一。在煤焦油沥青中掺入石油沥青其乳化性能仍不好。当然乳化的难以程度与选择的乳化剂有关。（二） 物理性能煤焦油沥青的物理性能对其乳化性有较大的影响。煤焦油沥青的表面张力在33.8-36.1mN/m（90）之间，与水的表面张力之差在24.6-26.9 mN/m（90）之间，煤焦油沥青的界面张力比石油沥青大1-4