煤焦油瀝青及其乳化

1、煤焦油瀝青及其乳化 煤焦油瀝青是用煤、褐煤等有機物質(zhì)，在隔絕空氣和高溫下進行 干餾、冷凝其揮發(fā)物質(zhì)而獲得粘稠狀液體， 再經(jīng)加工而制得的瀝青類 材料。它是制取乳化煤焦油瀝青的主要原材料，也是在建筑和道路上 應用較早的建筑防水材料和鋪筑路面材料。 、分類 煤焦油按生產(chǎn)煤焦油瀝青的原材料不同，可分為煤瀝青和頁巖瀝 青。頁巖瀝青是由云母頁巖提煉石油后的頁巖殘渣， 經(jīng)加工而制得的 瀝青類物質(zhì)。還有木材干餾和氣化時制得的木瀝青。 泥炭煤經(jīng)干餾而 得到的泥炭瀝青。其中制作乳化煤焦油瀝青中應用最多的為煤瀝青。 按照煤焦油瀝青的稠度不同，可分為軟煤瀝青和硬煤瀝青。軟煤瀝青 是蒸餾煤焦油 過程中，只餾出部分輕油，

2、中油不完全餾出，或在硬 煤瀝青中摻入蒽油等制得的液體或半液體的瀝青類材料。硬煤瀝青是 高溫煤焦油經(jīng)蒸餾出輕油、中油、重油和蒽油等而制得的脆硬而沒有 彈塑性的固體或半固體的瀝青類物質(zhì)。乳化煤焦油瀝青中應用最多的 為軟煤瀝青。 按照煤焦油瀝青的用途不同，可分為低溫煤瀝青、中溫煤瀝青和 高溫煤瀝青、筑路油等。中溫煤瀝青又分為電極煤瀝青和一般煤瀝青。 在建筑和道路上應用最多的為筑路油。 二、組分與結(jié)構(gòu) 煤焦油瀝青是極其復雜的碳氫化合物， 其主要元素是碳和氫，含 碳量較一般石油瀝青高得多，超過 90%，還含有 2、硫、氮等元素。 煤焦油瀝青的化學結(jié)構(gòu)極為復雜，可分離為數(shù)千種至數(shù)萬種結(jié)構(gòu)單 元。 在研究煤

3、焦油瀝青的化學性質(zhì)上， 常常將煤焦油瀝青劃分為幾個 化學性質(zhì)相近， 技術(shù)上有一定聯(lián)系的組分。 B.V. 葛列米爾將煤焦油瀝 不溶于 青劃分為游離碳、硬樹脂、軟樹脂和油分。 煤焦油瀝青中的游離碳是高分子有機化合物的固態(tài)碳質(zhì)微粒， 任何溶劑，有很好的穩(wěn)定性，只是在高溫下才能分解。游離碳含量的 多少，直接影響這煤焦油瀝青的粘滯性。游離碳含量增加，粘滯性增 加，密度亦增加，溫度穩(wěn)定性增強，脆性增大。如果游離碳高于某一 限度時，性能變壞，其含量必須加以控制。 煤焦油瀝青中的樹脂質(zhì)是含氧的環(huán)式碳氫化合物。 根據(jù)其粘滯度 的大小，可分為軟樹脂和硬樹脂，軟樹脂為赤褐色的塑性物質(zhì)，溶于 苯和二氯甲烷；在氧氣、溫

4、度和日光作用下，發(fā)生氧化和聚合作用， 由粘稠液體變?yōu)楣腆w；在硫酸作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)槿苡谒奈镔|(zhì)，又稱為 可溶性樹脂。硬樹脂為固態(tài)晶體結(jié)構(gòu)，僅溶于吡啶，化學穩(wěn)定性差。 煤焦油瀝青中的油分主要由不飽和芳香類化合物組成。 油分的存在增 加了煤焦油瀝青的流動性， 并能聚合成樹脂質(zhì)。 在油分中還含有各種 可溶性雜質(zhì)。其中有萘油、菲油、蒽油及酸性或堿性物質(zhì)等。其酸性 物質(zhì)主要是酚， 為易溶于水的化合物； 堿性物質(zhì)主要是吡啶和喹啉的 堿類。 煤焦油瀝青為復雜的膠體結(jié)構(gòu)， 游離碳和硬樹脂被軟樹脂所包裹 形成的膠團為分散相，分散在油分的分散介質(zhì)中。由于膠體顆粒較石 油瀝青大，形成的膠體結(jié)構(gòu)為粗分散體系，穩(wěn)定性較差，

5、對分散相黏 度提高有限，再加上軟樹脂的溫度穩(wěn)定性較低， 黏度變化對溫度較為 敏感，當溫度升高時，黏度顯著下降，分散相的黏度也顯著下降，溫 度穩(wěn)定性較差，在溫度變化時，黏度變化較大。 煤焦油瀝青是以芳香烴為主要成分的復雜化合物， 估計有上萬種 有機化合物，在分子中含有約0.8-1.0%的活潑氫，具有很強的極性 和化學反應活性。 三、物理性質(zhì) 煤焦油瀝青的物理性質(zhì)主要指加熱穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、氣候穩(wěn) 定性和粘滯度。 1、加熱穩(wěn)定性 低溫煤焦油對高溫的作用非常敏感，當加熱超過120C時，則 有大量軟餾分揮發(fā)而損失，又由于氧化和聚合作用的結(jié)果，其粘滯度 顯著提高。因此，對低溫煤焦油瀝青的加熱溫度不宜超

6、過120C，長 時間加熱時，可使煤焦油瀝青的黏結(jié)性能降低。 煤焦油瀝青的加熱穩(wěn)定性K可用下列公式表示: -T T2 -T T= A B 式中T 加熱前煤焦油瀝青的軟化點 T1 120 C加熱5h后，煤焦油瀝青軟化點 T 2 蒸餾到300C，煤焦油瀝青軟化點 A加熱質(zhì)量損失 B 蒸餾到300C以后的餾出物質(zhì)質(zhì)量比 K值越大，加熱穩(wěn)定性越差，一般要求K值在2.5以內(nèi)。 在低溫煤焦油瀝青中， 添加高溫煤焦油瀝青成高溫煤瀝青時， 可制備 出低粘度、加熱穩(wěn)定性較高的煤瀝青。 2、溫度穩(wěn)定性 煤焦油瀝青的溫度穩(wěn)定性可用熔點和硬化點的間隔來表示。 此間 隔越大越穩(wěn)定，一般為 55 C。表征煤焦油瀝青的溫度穩(wěn)

7、定性的指標 為軟化點和粘滯度。軟化點越高，粘滯度越大，溫度穩(wěn)定性越好；煤 焦油瀝青中的中油分和軟油分愈多，其軟化點愈低，粘滯度越小，溫 度穩(wěn)定性越差。 一般對煤焦油瀝青進行蒸餾試驗后， 對殘留物要進行 軟化點或粘滯度的測定，以確定其使用性能。 3、氣候穩(wěn)定性 煤焦油瀝青含有大量的不飽和烴類化合物， 這些化合物在空氣中 氧和水作用下，尤其是日光的作用下， 則發(fā)生氧化、聚合和縮合作用， 油質(zhì)變?yōu)檐洏渲|(zhì)， 軟樹脂質(zhì)變?yōu)橛矘渲蛴坞x碳。 由于油分的損失， 黏度增大而失去塑性，這種變化過程比石油瀝青快得多。 在露天存放煤焦油瀝青時，初開始 200h 性能變化劇烈，這是由于軟 餾分揮發(fā)的結(jié)果。其質(zhì)量損失

8、往往同加熱到300C是的質(zhì)量損失相同, 含有較多輕餾分和中餾分的煤焦油瀝青變化最大。 因此，煤焦油瀝青 的氣候穩(wěn)定性較差。 為了預估煤瀝青在使用過程中， 在氣候條件下的影響下， 技術(shù)性 能的變化， 常用蒸餾試驗測定殘留物的性質(zhì)， 用測定軟煤瀝青的起始黏度及蒸餾后殘留物性質(zhì)表征其質(zhì)量性能。 4、粘滯性 粘滯性是煤焦油瀝青的一個重要技術(shù)指標， 軟煤瀝青的標號就是 以黏度不同劃分的，黏度越低，煤焦油瀝青越稀。 煤焦油瀝青的粘滯性與其組分有很大關(guān)系，油分越多，粘滯性越大； 游離碳和硬樹脂越多，黏度越大，溫度變化對黏度影響較大，隨溫度 的升高，而黏度變小。 煤焦油瀝青的黏度可用標準粘度計、 賽氏粘度計、

9、恩氏粘度計和 浮漂儀來進行測定。 50 將煤焦油瀝青試樣在規(guī)定的浮漂儀中， 自放入一定溫度的水浴內(nèi)， 漸軟化至被水沖破所需的時間，以秒表示。即浮漂度。通常是在 士 0.5 C的水浴中進行測定。 5、可乳化性 煤焦油瀝青的可乳化性與其結(jié)構(gòu)特征和表面張力有關(guān)。 四、化學結(jié)構(gòu) 煤瀝青的芳碳率是石油瀝青的三倍，烷基碳率僅為石油瀝青的 1/10 ，碳原子比約是石油瀝青的 2倍，在組分上飽和分含量極低， 香分很高，約是石油瀝青的 1.5-2 倍，環(huán)多鏈少，且環(huán)多為稠環(huán)和芳 環(huán)組成的結(jié)構(gòu)。 這種化學結(jié)構(gòu)將導致物理性質(zhì)上和石油瀝青有較大的 差異，造成乳化性能比石油瀝青差。煤焦油瀝青中存在較多的酚、萘 和游離碳等成分， 也是造成乳化困難的因素之一。 在煤焦油瀝青中摻 入石油瀝青其乳化性能仍不好。 當然乳化的難以程度與選擇的乳化劑 有關(guān)。 六、物理性能 煤焦油瀝青的物理性能對其乳化性有較大的影響。 煤焦油瀝青的 表面張力在 33.8-36.1mN/m (90C)之間，與水的表面張力之差在 24.6-26.9 mN/m(90C)之間，煤焦油瀝青的界面張力比石油瀝青大 1-