沥青结合剂
pitch binder
1 iqing jieheji 沥青结合剂(piteh binder)一种有机胶结 材料。它是煤焦油或石油经过燕馏处理或催化裂化提 取沸点不同的各种馏分后的残留物，是以芳香族和脂 肪族结构为主体的混合物，呈棕黑色，不溶于水，组成 和性能随原料来源、蒸馏方法和加工处理方法不同而 异.在耐火材料工业中作非水性结合剂，主要用作含碳 耐火材料的结合剂，既可单独作结合剂，又可与焦油或 酚醛树脂等配合作结合剂。 分类耐火材料工业用的沥青结合剂是按沥青软 化点来分。软化点小于的℃的，称低温沥青(又称软 沥青)结合剂;软化点60~135℃，称为中温沥青(又 称中软沥青)结合剂;软化点大于135℃，称为高温沥 青(又称硬沥青)结合剂。 化学组成沥青组成很复杂，通常是用不同溶剂 对沥青进行分离萃取把沥青分为若干具有相似化学物 理性质的“组分”。常用的溶剂有甲苯、二甲苯、乙醚、 酒精、丙酮、四抓化碳、毗吮、三抓甲烷、乙烷、氛仿、 喳琳等。不同的溶剂也可搭配使用。如用苯和石油醚搭 配作为溶剂时，把沥青分离为3种组分，分别为a、凡 y。而a组分(苯不溶物)又可分为两种组分:a;组分 一喳嗽和甲苯不溶物;a:组分一喳啡可溶而甲苯不溶 物。一般苯可溶组分的平均分子量小于500，其碳与氢 元素含量之比为C/H~0.6~1.25。苯不溶喳嗽可溶 组分平均分子量为300~2000，C/H一1.25~2。座琳 不溶物组分平均分子量大于9000，C/H<1.7。增加溶 剂的种类可相应增加组分的种类。表1为用不同溶剂 处理不同软化点(tp)的煤沥青(沥青:溶剂=1: 100)时，其不溶物的含量。 表1不同溶剂处理后的煤沥青中不溶物含皿(%) 韶针操停朱 沥青中含有的化学元素有C、H、S、N和0等。沥 青及其组分的元素组成特点是，碳含量高，而氢含量 低。a，组分的碳含量最高，说明它的芳香化结构最高， 这种组分和口:组分、夕组分一样，比原沥青含氧量高。 随着软化点的提高，无论是沥青中的碳含量，还是各组 分中的碳含量都有所增加。(表2) 表2不同软化点(tp)沥青的元素组成(%) 介甘喻 沥青的组分及元素组成在一定程度上反映出沥青 的化学组成。但它们没能提供有关化合物的确切类型、 性质和含量，以及和碳原子相连的杂原子键的特性等。 根据对中温沥青的质谱分析结果可以揭示出沥青中所 含的化合物类型，见表3。而根据色谱分析可显示出沥 青在低分子区域的一系列化合物，如I一萤葱;I一嵌二蔡嵌苯;呱一二蔡品(并)苯;呱一晕苯;卜苯并 二蔡;班一苯并联笨撑硫;W一蕙;V一苯并萤葱;vI一晕苯等，其煤沥青的色谱图如图1所示。 表3中温沥青质谱分析结果 一耳 注:括号中数字为分子量。 一一…污 物理性能沥青无固定的熔化温度，因此用软化沥青的闪点为200一250℃;高温沥青的闪点为360一 点来表示其固态转变为液态时的温度。沥青的主要物400℃。沥青的导热性不大，其热导率见表4。 理性能还有密度、粘度、表面张力、润湿性等。沥青的 密度随软化点的升高而提高，(图2)沥青的密度又随:’“。厂一—一，一—丈二7刁 加热温度的提高而降低·(图3)县}//} 沥青的粘度与温度的关系呈指数关系，在19甲一f卿‘.““「//} 一二一止-----，·-、、-一爪一，、一侧}/} (1/丁)的线性关系式上有拐点出现，这是由于粘性流厉}//} 动的活化能条件改变的缘故。图4为不同软化点(曲线1·30卜//} 所标示出的数字)的沥青粘度与加热温度的关系。软化嗽厂一一谕一一，渝一一二甜 点为65一90acgh沥青在80一_1护“间为_塑性流动物软化点/℃ 质，高于此温度时转变为牛顿液体状态，其流动性取决-一’ 千姑彦一沥音中加入黝。$lI.如精醛、煤浦、甲茉、油图2沥青密度与软化点的关系 L24，，.表4沥，的热导率 典1.20卜_83℃~、‘、〔l软化点75℃甲笨不溶物含童21.8%的沥青 ，1·16卜，，、~~、、~I闪‘恤仄，，*11”·”一l“·口11‘。·。一‘。‘·二 侧165℃~、、福亡I热导家/W。(m。K)一11 0.0976 1 0.098 10.105已向刁0右8 却卜12L二1 .1 IJ一 150 220 260 300 340 370软化点160℃甲苯不溶物45.2写的沥裔 加热沮度/℃测定温度/℃’{68.8}168.。}:02.0 1 270。 ~__一二，，‘，，t、，_，..，、.，、一二一~热导率/W·(m·K)一勺0.1316 1 0.1546 1 0.1605 1 0 1697 图3不同软化点(曲线标出的)的沥青密度八、;叼一‘”、一‘“’一’‘一‘一l一‘一一}一’‘一”l一‘~’ 与加热沮度的关系 沥青的破化作耐火材料的结合剂，要求沥青中 甲80，·，·，~「‘一，护“，·，，，‘z~一J，，”礴~曰，，砚~一刁，~内 日1}固定碳越高越好，也即要求沥青中挥发分越少越好。固 260卜、__1今禅粉育‘甘麒仆甚的仕八书角扮捉图，‘据.苗. 只，。口、、(、、l化率(固定碳含蛋)与结合力的姜系。但沥，的礴钦率 米一!夕、、、、、l、___.____._.一一“一‘二‘一‘一 画价亏℃、、、、~、%~I主要取决于沥青中高分子芳香族组成分的含量。如果 解2。瑞犷一节赫一一命一一翁厂一瑞。用碳/氢比来表示芳香度，则碳化率(固定碳)与芳香 加热盆度/℃度的关系如图8所示，说明芳香度越大固定碳含童越 图4不同软化点(曲线所标出的)的沥青粘度高。 与加热温度的关系 30尸.一一.一一一一尸J工，洲 1400r~--~~-‘卜，，-----}}l丫l 1000卜、\}‘。卜--一一一门~一一一了下月一一 云6oor、65℃\洲83℃\，‘;。}宝4}」笋0 11 拐20。卜、、\、\<屯二i}舌}}丫}{ ，坛尸一，浩于==冬舟=早书共书=姗20卜一一一一朴八一丫乙+一一习一半一一一叫 。。。。。。。。。。‘v拐!l/0 1 11 加热妞度/℃}l/l}} 图5不同软化点(曲线上标出的)的沥青的表面__}/l}!I 张力与加热温度的关系阿{}1{ ~42 46 50 54 60 二our一一-一人尸一一一一一一一门 }\\{F.c/% _}\_、}图7沥青的固定碳(F，C)含盆与结合力的关系 ‘4U…\又} 里‘o0r助长{55厂一下一门.一丁，丁歹犷门 嫂}、。、否L一日}}}}。.2】l 哨}、侧11}峨/、}l 蜓60卜\!_}}1。击/!} !、}、。50卜-----朴-~--州卜‘‘‘份肉庵奋一一‘一-耘一~ }己\}之}}}声犷丫几‘。X空落协! }\、}肠}}}Z尸。}一，}} 知L)心}侧}}少/}}} 一}‘\\_}阿_}」Z}}} _L一一一一J--一丛己J 45t-一什于卜叶一一十-一十一一州 。·生402艺·3。。I/l{11 ’嫌麒厂c}/}}}}} 图6沥青润湿角(6)与加热温度的关系40卜曰一一一，二，一一丰‘一一井一一一一七一‘一习 .__.1.01.艺L41.6L82.。 l一甲胜劝骨(介76℃);2一高退沥青 ，，。，_、芳香度(c/H) 、‘p IOD峪声 176图8固定碳一芳香度相关图 和浇注料、转炉和电炉以及炉外精炼炉用的镁一碳砖、 铝镁碳砖、镁钙碳砖等的结合剂.使用时可根据条件不 同，有的可与焦油调配使用，有的可与酚醛树脂调配使 用。并可采用一些外加剂来改性以适合使用要求. 沥青加热过程中的变化见图9，大约在240℃开 》卜召又… 口「一、、，户产产‘l 钵‘才 十1; 梢{方2! 子l_厂 1口行卜~~口~~叭自、.尸~~~~-厂{ 试{、l ’:匕_一__又 扫20白400占口08台叮) 温度，/( 图9煤沥青(1)和未垠烧沥青焦(2)的差热分析谱线 通一盈热曲线，B一质t报失邃度.C一失t曲线 始出现质量损失，随温度升高失重增加，在530℃达到 最大值，达到640℃后又迅速降低。差热曲线表明: 40。℃以下出现的吸热效应为沥青分解并逸出轻馏分 的效应。在530℃的放热峰为以稠环芳烃及其缩合物 的自由基为主缩聚反应。在640℃的放热反应为芳香 缩合物网状堆积层成长并脱氢效应，在此过程中芳香 高缩合物分子密集堆砌，结果形成半焦碳化。 沥青的碳化呈两种结构:一种是所谓的镶嵌结构， 另一种是所谓的流动结构.这两种不同结构的产生是 由于不同的碳化机理造成的.沥青的碳化是经过液相 碳化。在碳化过程中、沥青先熔化，产生中间相小球体， 小球体不断长大和粗化，发展到一定程度互相熔合而 形成中间相.这种中间相是任意取向的各向异性的小 块(<1。阳)组成的。这就是所谓的镶嵌结构。如果 粗化后的中间相在一定条件下变形而产生某种程度的 择优取向，形成纤维状结构.这就是所谓的流动结构。 沥青的组成对结构有影响，苯不溶而毗旋溶的沥青所 得到的碳多呈流动结构，而毗吮不溶的沥青所得到的 多呈多孔薄壁碳，其结构为细镶嵌结构. 应用用作高炉炉缸的碳砖、错一碳砖、铝一碳化 硅一碳砖、高炉出铁沟用的铝一碳化硅一碳质捣打料
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中间包镁质干式料用结合剂的研究
Binders of magnesia based dry vibration mix for tundish
首先将电熔镁砂(≤0.088 mm)分别与低温结合剂(分别为沥青、蔗糖、石蜡、松香、酚醛树脂)和中温结合剂(分别为三聚磷酸钠、九水硅酸钠、六水氯化镁、硼酸、十水硼砂和硼酸盐玻璃)按95:5的质量比混练均匀,以120 MPa的压力干压成型为φ36 mm×36 mm的试样,分别在300℃2 h、1 000℃3 h、1 450℃3 h、1 500℃3 h和1 600℃3 h条件下热处理后测量其显气孔率、体积密度和耐压强度,以评价这些结合剂的结合性能和促烧结性能,并评价了其环保性;然后,在上述试验的基础上分别采用沥青-硼酸盐玻璃、松香-硼酸盐玻璃和酚醛树脂-硼酸盐玻璃3种复合结合剂按镁质干式料的配方制备成镁质干式料试样,分别在200℃2 h、1 100℃3 h和1 500℃3 h条件下热处理,测量试样热处理后的永久线变化率、显气孔率、体积密度和耐压强度等常温物理性能.结果表明:采用酚醛树脂、沥青和松香为结合剂时,镁质材料300℃2 h热处理后的耐压强度较高;而采用硼酸、十水硼砂和硼酸盐玻璃为结合剂时,镁质材料1 000℃3 h热处理后的耐压强度较高,硼酸和硼酸盐玻璃能明显促进镁质材料的高温烧结;使用5%松香-4%硼酸盐玻璃作为复合结合剂制备的镁质干式料具有较好的常温物理性能和环境友好性.
沥青粉相关用途如下：
磺化沥青粉含有磺酸基，水化作用很强，当吸附在页岩界面上时，可阻止页岩颗粒的水化分散起到防塌作用。同时，不溶于水的部分又能填充孔喉和裂缝起到封堵作用，并可覆盖在页岩界面，改善泥饼质量；磺化沥青在钻井液中还起润滑和降低高温高压滤失量的作用，是一种堵漏、防塌、润滑、减阻、抑制等多功能的有机钻井液处理剂。推荐加量1-4%。
超高温沥青粉（镁碳砖特种沥青结合剂）主要用于耐火材料中的补炉剂和镁碳砖中的固体结合剂。
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