CN102174269A - 一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化sbs改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐老化SBS改性沥青及其制备方法。一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青，它由基质沥青、聚合物改性剂SBS、镁铝基层状双氢氧化物和硫化剂制备而成；各原料所占质量百分数为：基质沥青86.7％～94.95％、聚合物改性剂SBS为3％～5％、镁铝基层状双氢氧化物2％～8％、硫化剂0.05％～0.3％。本发明通过将同时具有对紫外线进行物理屏蔽和化学吸收双重作用的镁铝基层状双氢氧化物与SBS改性沥青相混合，能够显著提高SBS改性沥青的抗紫外老化能力。

Description

一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐老化SBS改性沥青及其制备方法。

背景技术

沥青路面以其行驶舒适、维修方便、抗滑性能好等优点在公路建设中被广泛应用，然而普通沥青铺设的路面夏季易产生车辙，冬季易开裂。为提高沥青的高温抗车辙、低温抗裂性能，各种聚合物被用于沥青改性，其中SBS对沥青高低温性能改善效果最为优良，SBS改性沥青已被广泛用于高等级公路建设。

近些年来，随着长寿命沥青路面新观点的提出，沥青路面耐久性问题越来越受重视。影响沥青路面耐久性的因素主要有环境因素(热、光、氧和雨水)和荷载因素。在环境因素中，紫外光可导致沥青老化，使沥青路面出现破坏，尤其是紫外光辐照强度高的地区，紫外光的辐射对沥青结构与性能影响更为显著，大大缩短了沥青路面的使用寿命。

为解决沥青路面的紫外老化问题，通过向SBS改性沥青中添加如纳米TiO2、CeO2、碳黑、蒙脱土等外加剂，借助于这些外加剂对紫外线的物理屏蔽作用，可在一定程度上提高SBS改性沥青的抗紫外光老化性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青及其制备方法，该SBS改性沥青具有优良的耐紫外老化性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青，它由基质沥青、聚合物改性剂SBS、镁铝基层状双氢氧化物和硫化剂制备而成；各原料所占质量百分数为：基质沥青86.7％～94.95％、聚合物改性剂SBS为3％～5％、镁铝基层状双氢氧化物2％～8％、硫化剂0.05％～0.3％。

所述的基质沥青是道路石油沥青，其软化点为45～55℃，25℃针入度大于50dmm。

所述的聚合物改性剂SBS是星型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段热塑性弹性体、线型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段热塑性弹性体中的一种或二种的混合物，混合时为任意比。

所述的镁铝基层状双氢氧化物的制备：将MgNO₃和Al(NO₃)₃按Mg²⁺/Al³⁺＝4的比例溶于去离子水中配成混合盐溶液，使[Mg²⁺]＝1.0mol/L；将NaOH和Na₂CO₃按n(Na₂CO₃)/n(Al³⁺)＝1.5、n(NaOH)/[n(Mg²⁺)+n(Al³⁺)]＝0.9的比例溶于去离子水中配成混合碱溶液，混合碱溶液的体积与混合盐溶液的体积相同，n(NaOH)、n(Mg²⁺)、n(Al³⁺)、n(Na₂CO₃)分别为NaOH、Mg²⁺、Al³⁺、Na₂CO₃的摩尔数；将混合碱溶液和混合盐溶液同时加入旋转液膜反应器中，得到浆液；得到的浆液加入模板剂正辛烷和十二烷基磺酸钠，正辛烷和十二烷基磺酸钠的加入量为浆液的固含物质量的4.5％，正辛烷与十二烷基磺酸钠的物质的量比例为1，然后于高压釜中搅拌加热至130℃，反应40h后，得到产物；产物经洗涤、5％γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷湿法改性、干燥，得到镁铝基层状双氢氧化物，镁铝基层状双氢氧化物的化学组成为：Mg_0.8Al_0.2(OH)₂(CO₃)_0.1·1.8H₂O，其在a、b方向的粒径为1.8μm，在c轴方向的粒径为0.12μm，约为100层。

所述的稳定剂为硫磺。

上述的一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青的制备方法，其特征是它包括如下步骤：

(1)按各原料所占质量百分数为：基质沥青86.7％～94.95％、聚合物改性剂SBS(SBS改性剂或称改性剂SBS)为3％～5％、镁铝基层状双氢氧化物2％～8％、硫化剂0.05％～0.3％，选取基质沥青、聚合物改性剂SBS、镁铝基层状双氢氧化物和硫化剂，备用；

(2)加热基质沥青至160～180℃，添加聚合物改性剂SBS，开动剪切搅拌机，在4000～6000rpm的转速下高速搅拌0.5～1小时，保持温度为160～180℃；

(3)加入镁铝基层状双氢氧化物，保持温度为160～180℃，在4000～6000rpm的转速下高速搅拌1～1.5小时；

(4)加入硫化剂，保持温度为160～180℃，在1000～2000rpm的转速下搅拌1～3个小时，得到镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青。

本发明的有益效果如下：

1)采用对紫外线具有物理屏蔽和化学吸收双重作用的镁铝基层状双氢氧化物来改善SBS改性沥青的抗紫外作用能力，提高了SBS改性沥青的抗紫外老化性能，延长沥青路面的使用寿命。

2)选用γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷表面改性的镁铝基层状双氢氧化物，以保证镁铝基层状双氢氧化物能够均匀稳定地分散在SBS改性沥青中而不发生离析沉淀。在SBS对沥青改性过程中可以通过加入硫化剂使SBS分子链中的C＝C双键发生化学交联反应，促使SBS在沥青中形成网状交联结构，提高SBS改性沥青的热稳定性。本发明选用的镁铝基层状双氢氧化物表面经γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷改性，γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷同样含有C＝C双键，因而可与SBS分子链发生交联反应，使镁铝基层状双氢氧化物与SBS形成化学交联，从而可以均匀稳定地分散在SBS改性沥青中而不发生离析沉淀，使镁铝基层状双氢氧化物对紫外线物理屏蔽和化学吸收作用能够长期发挥。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下实施例中所采用的镁铝基层状双氢氧化物，其制备为：将MgNO₃和Al(NO₃)₃按Mg²⁺/Al³⁺＝4的比例溶于去离子水中配成混合盐溶液，使[Mg²⁺]＝1.0mol/L；将NaOH和Na₂CO₃按n(Na₂CO₃)/n(Al³⁺)＝1.5、n(NaOH)/[n(Mg²⁺)+n(Al³⁺)]＝0.9的比例溶于去离子水中配成混合碱溶液，混合碱溶液的体积与混合盐溶液的体积相同，n(NaOH)、n(Mg²⁺)、n(Al³⁺)、n(Na₂CO₃)分别为NaOH、Mg²⁺、Al³⁺、Na₂CO₃的摩尔数；将混合碱溶液和混合盐溶液同时加入旋转液膜反应器中快速成核，得到浆液；得到的浆液加入模板剂正辛烷和十二烷基磺酸钠，正辛烷和十二烷基磺酸钠的加入量为浆液的固含物质量的4.5％，正辛烷与十二烷基磺酸钠的物质的量比例为1，然后于高压釜中搅拌加热至130℃，反应40h后，得到产物；产物经洗涤、5％γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷湿法改性、干燥，得到镁铝基层状双氢氧化物，镁铝基层状双氢氧化物的化学组成为：Mg_0.8Al_0.2(OH)₂(CO₃)_0.1·1.8H₂O，其在a、b方向的粒径为1.8μm，在c轴方向的粒径为0.12μm，约为100层。所述5％γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷湿法改性为：对洗涤后所得到的产物中加入γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷进行湿法改性，γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的加入量为反应40h后所得到的产物质量的5％。

实施例1：

将3.5份(质量份，下同)星型SBS加到90.4份已升温至170℃的沥青(基质沥青，软化点47℃，针入度65dmm)中，保持温度为165～175℃，在5000rpm的转速下搅拌1h，然后加入6份镁铝基层状双氢氧化物(组成为Mg_0.8Al_0.2(OH)₂(CO₃)_0.1·1.8H₂O，并经γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷表面改性，在a、b方向的粒径为1.8μm，在c轴方向的粒径厚度为0.12μm)，保持温度为165～175℃，在5000rpm的转速下搅拌1h，最后加入0.1份硫磺，保持温度为160～170℃，在2000rpm的转速下继续搅拌2h，即得到一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青。

对比例1：

将3.5份星型SBS加到96.4份已升温至170℃的沥青(软化点47℃，针入度65dmm)中，保持温度为165～175℃，在5000rpm的转速下搅拌2h，然后加入0.1份硫磺，保持温度为160～170℃，在2000rpm的转速下继续搅拌2h，得到普通SBS改性沥青。

对实施例1和对比例1所制备的镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青和普通SBS改性沥青进行紫外光老化试验(紫外灯辐照强度为1200μW/cm²，照射6天，下同)。镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青紫外老化后的135℃粘度由2168cp增加到2435cp，增加了267cp，5℃延度由33.2cm降低到29.8cm，减少了3.4cm。而普通SBS改性沥青，紫外老化后135℃粘度由2088cp增加到2785cp，增加了697cp，5℃延度由34.5cm降低到23.6cm，减少了10.9cm。。两相比较，加入镁铝基层状双氢氧化物的耐老化SBS改性沥青在紫外老化前后，粘度增加和延度减少均明显低于未加镁铝基层状双氢氧化物的普通SBS改性沥青，因而具有更为优良的耐老化性(耐紫外老化性)。

实施例2：

将4.5份线型SBS加到90.9份已升温至165℃的基质沥青(软化点46℃，针入度76dmm)中，保持温度为160～170℃，在4000rpm的转速下搅拌0.5h，然后加入4.4份镁铝基层状双氢氧化物，保持温度为160～170℃，在4000rpm的转速下搅拌1h，再加入0.2份硫磺，保持温度为160～170℃，在1000rpm的转速下继续搅拌3h，即得到一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青。

对比例2：

将4.5份线性SBS加到95.3份已升温至165℃的沥青(软化点46℃，针入度76dmm)中，保持温度为160～170℃，在4000rpm的转速下搅拌1.5h，再加入0.2份硫磺，保持温度为160～170℃，在1000rpm的转速下继续搅拌3h，得到普通SBS改性沥青。

对实施例2和对比例2所制备的镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青和普通SBS改性沥青进行紫外光老化试验。镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青紫外老化后的135℃粘度由2350cp增加到2566cp，增加了216cp，5℃延度由38.8cm降低到343.4cm，减少了4.4cm。而普通SBS改性沥青，紫外老化后135℃粘度由2283cp增加到2926cp，增加了643cp，5℃延度由39.2cm降低到30.1cm，减少了9.1cm。。两相比较，加入镁铝基层状双氢氧化物的耐老化SBS改性沥青在紫外老化前后，粘度增加和延度减少均明显低于未加镁铝基层状双氢氧化物的普通SBS改性沥青，因而具有更为优良的耐老化性。

实施例3：

将2.0份星型SBS和2.2份线型SBS加到92.65份已升温至175℃的沥青(软化点46℃，针入度86dmm)中；保持温度为170～180℃，在4500rpm的转速下搅拌1h，然后加入3份镁铝基层状双氢氧化物，保持温度为170～180℃，在4500rpm的转速下搅拌1.5h，再加入0.15份硫磺，保持温度为170～180℃，在1500rpm的转速下继续搅拌2h，即得到一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青。

对比例3：

将2.0份星型SBS和2.2份线型SBS加到95.65份已升温至175℃的沥青(软化点46℃，针入度86dmm)中；保持温度为170～180℃，在4500rpm的转速下搅拌2.5h，再加入0.15份硫磺，保持温度为170～180℃，在1500rpm的转速下继续搅拌2h，即得到一种普通SBS改性沥青。

对实施例3和对比例3所制备的镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青和普通SBS改性沥青进行紫外光老化试验。镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青紫外老化后的135℃粘度由2361cp增加到2678cp，增加了317cp，5℃延度由35.7cm降低到29.6cm，减少了6.1cm。而普通SBS改性沥青，紫外老化后135℃粘度由2380cp增加到3052cp，增加了672cp，5℃延度由36.2cm降低到26.7cm，减少了9.5cm。。两相比较，加入镁铝基层状双氢氧化物的耐老化SBS改性沥青在紫外老化前后，粘度增加和延度减少均明显低于未加镁铝基层状双氢氧化物的普通SBS改性沥青，因而具有更为优良的耐老化性。

实施例4：

一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青的制备方法，它包括如下步骤：

(1)按各原料所占质量百分数为：基质沥青86.7％％、聚合物改性剂SBS(SBS改性剂或称改性剂SBS)为5％、镁铝基层状双氢氧化物8％、硫化剂0.3％，选取基质沥青、聚合物改性剂SBS、镁铝基层状双氢氧化物和硫化剂，备用；

所述的基质沥青是道路石油沥青，其软化点为45～55℃，25℃针入度大于50dmm；

所述的聚合物改性剂SBS是星型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段热塑性弹性体；

所述的稳定剂为硫磺；

(2)加热基质沥青至160℃，添加聚合物改性剂SBS，开动剪切搅拌机，在4000rpm的转速下高速搅拌0.5小时，保持温度为160℃；

(3)加入镁铝基层状双氢氧化物，保持温度为160℃，在4000rpm的转速下高速搅拌1小时；

(4)加入硫化剂，保持温度为160℃，在1000rpm的转速下搅拌1个小时，得到镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青。

对该镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青进行紫外老化试验，与实施例1相类似，镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青具有更优良的耐老化性。

实施例5：

一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青的制备方法，它包括如下步骤：

(1)按各原料所占质量百分数为：基质沥青94.95％、聚合物改性剂SBS为3％、镁铝基层状双氢氧化物2％、硫化剂0.05％，选取基质沥青、聚合物改性剂SBS、镁铝基层状双氢氧化物和硫化剂，备用；

所述的基质沥青是道路石油沥青，其软化点为45～55℃，25℃针入度大于50dmm；

所述的聚合物改性剂SBS是线型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段热塑性弹性体；

所述的稳定剂为硫磺；

(2)加热基质沥青至180℃，添加聚合物改性剂SBS，开动剪切搅拌机，在6000rpm的转速下高速搅拌1小时，保持温度为180℃；

(3)加入镁铝基层状双氢氧化物，保持温度为180℃，在6000rpm的转速下高速搅拌1.5小时；

(4)加入硫化剂，保持温度为180℃，在2000rpm的转速下搅拌3个小时，得到镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青。

对该镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青进行紫外老化试验，与实施例1相类似，镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青具有更优良的耐老化性。

Claims (6)

1.一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青，它由基质沥青、聚合物改性剂SBS、镁铝基层状双氢氧化物和硫化剂制备而成；各原料所占质量百分数为：基质沥青86.7％～94.95％、聚合物改性剂SBS为3％～5％、镁铝基层状双氢氧化物2％～8％、硫化剂0.05％～0.3％。

2.根据权利要求1所述的一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青，其特征在于：所述的基质沥青是道路石油沥青，其软化点为45～55℃，25℃针入度大于50dmm。

3.根据权利要求1所述的一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青，其特征在于：所述的聚合物改性剂SBS是星型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段热塑性弹性体、线型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段热塑性弹性体中的一种或二种的混合物，混合时为任意比。

4.根据权利要求1所述的一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青，其特征在于：所述的镁铝基层状双氢氧化物的制备：将MgNO₃和Al(NO₃)₃按Mg²⁺/Al³⁺＝4的比例溶于去离子水中配成混合盐溶液，使[Mg²⁺]＝1.0mol/L；将NaOH和Na₂CO₃按n(Na₂CO₃)/n(Al³⁺)＝1.5、n(NaOH)/[n(Mg²⁺)+n(Al³⁺)]＝0.9的比例溶于去离子水中配成混合碱溶液，混合碱溶液的体积与混合盐溶液的体积相同，n(NaOH)、n(Mg²⁺)、n(Al³⁺)、n(Na₂CO₃)分别为NaOH、Mg²⁺、Al³⁺、Na₂CO₃的摩尔数；将混合碱溶液和混合盐溶液同时加入旋转液膜反应器中，得到浆液；得到的浆液加入模板剂正辛烷和十二烷基磺酸钠，正辛烷和十二烷基磺酸钠的加入量为浆液的固含物质量的4.5％，正辛烷与十二烷基磺酸钠的物质的量比例为1，然后于高压釜中搅拌加热至130℃，反应40h后，得到产物；产物经洗涤、5％γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷湿法改性、干燥，得到镁铝基层状双氢氧化物。

5.根据权利要求1所述的一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青，其特征在于：所述的稳定剂为硫磺。

6.如权利要求1所述的一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青的制备方法，其特征是它包括如下步骤：

(1)按各原料所占质量百分数为：基质沥青86.7％～94.95％、聚合物改性剂SBS为3％～5％、镁铝基层状双氢氧化物2％～8％、硫化剂0.05％～0.3％，选取基质沥青、聚合物改性剂SBS、镁铝基层状双氢氧化物和硫化剂，备用；

(2)加热基质沥青至160～180℃，添加聚合物改性剂SBS，开动剪切搅拌机，在4000～6000rpm的转速下高速搅拌0.5～1小时，保持温度为160～180℃；

(3)加入镁铝基层状双氢氧化物，保持温度为160～180℃，在4000～6000rpm的转速下高速搅拌1～1.5小时；

(4)加入硫化剂，保持温度为160～180℃，在1000～2000rpm的转速下搅拌1～3个小时，得到镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青。