CN103881403A - 一种紫外阻隔固态沥青及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紫外阻隔固态沥青及其制备和应用。由沥青、镁铝基层状双氢氧化物和助溶剂混合制备而成，呈固态颗粒状；其组成按质量百分数为：沥青50%-65%，镁铝基层状双氢氧化物30%-45%，助溶剂1%-10%。本发明常温下呈固态颗粒（或粉末）状，相较一般沥青在生产和使用过程中需要保温贮存、及时装卸，固态颗粒（或粉末）状的沥青性质稳定，更便于运输与储存。同时具有优良的紫外阻隔作用，显著提高道路沥青耐老化性能，并且能有效提高沥青混合料的抗车辙、水稳等使用性能，延长沥青道路使用寿命。

Description

一种紫外阻隔固态沥青及其制备和应用

技术领域

本发明涉及一种紫外阻隔固态沥青及其制备和应用。

背景技术

沥青路面以其优良的路用性能已成为道路建设中被最广泛采用的一种高级路面。然而，沥青在生产和使用过程中一般需要在贮罐内保温贮存，运送至目的地后也需及时卸油，对于生产安排有较高的要求。同时沥青也是一种有机混合物，易受到高温和紫外光辐射的影响，发生热氧及光氧老化而变硬变脆，导致沥青路面产生裂缝、车辙、坑槽、剥落等病害，这些都极大地损害了沥青路面的使用性能，缩短了它的使用寿命。

由于沥青是由数千种分子结构极为复杂的有机化合物组成，其老化机理更多的是多种物质老化的耦合作用，因此对橡胶、塑料等有机高分子材料的有效的抗老化剂在沥青中难以发挥作用。目前国内外对改善沥青抗老化的技术措施主要集中在：纳米TiO₂、CeO₂、碳黑、蒙脱土等加入沥青，可在一定程度上提高抗紫外光老化性能。中国专利ZL201110067535.7利用镁铝双氢氧化物层板和层间碳酸根构成多级叠加的层状结构对紫外线进行物理屏蔽作用，同时也利用层板上的金属元素和层间阴离子对紫外线起到化学吸收作用，从而制备出镁铝基层状双氢氧化物紫外阻隔材料。中国专利ZL201110068790.3利用镁铝基层状双氢氧化物的多级多重化学吸收和物理屏蔽作用，制备出了性能优良的耐老化沥青。中国专利ZL201110068806.0将镁铝基层状双氢氧化物和改性助剂加入SBR改性沥青中，与集料拌合从而大幅度提升了SBR改性道路沥青抗紫外老化能力。而在镁铝基层状双氢氧化物改性沥青的前期研究中，研究人员发现其存在现场施工复杂、耗时长、改性后的沥青性能不稳定等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可进行快速自溶解的镁铝基层状双氢氧化物改性沥青载体材料，可在保证不影响工程工期与主要施工步骤的情况下，快速制备出存储稳定、抗紫外老化性能优良的镁铝基层状双氢氧化物改性沥青，该紫外阻隔固态沥青常温下呈固态颗粒（或粉末）状，性质稳定，易于运输与储存。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种紫外阻隔固态沥青，由沥青、镁铝基层状双氢氧化物和助溶剂混合制备而成，呈固态颗粒状；其组成按质量百分数为：沥青50%-65%，镁铝基层状双氢氧化物30%-45%，助溶剂1%-10%。

按上述方案，所述的镁铝基层状双氢氧化物为白色粉末，纯度99%以上，密度1.5g/cm³-1.8g/cm³，含湿量≤3%。

按上述方案，所述助溶剂包括有机助溶剂，所述有机助溶剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）、聚乙烯树脂、丁苯橡胶、羧基丁腈橡胶、环氧天然橡胶、乙烯乙酸乙烯酯共聚物中的任意一种或任意组合。

按上述方案，所述助溶剂包括无机助溶剂，所述无机助溶剂为氧化锌、氧化镁、氧化钙中的任意一种或任意组合。

按上述方案，所述助溶剂有机助溶剂和无机助溶剂的复合；所述有机助溶剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）、聚乙烯树脂、丁苯橡胶、羧基丁腈橡胶、环氧天然橡胶、乙烯乙酸乙烯酯共聚物中的任意一种或任意组合；所述无机助溶剂为氧化锌、氧化镁、氧化钙中的任意一种或任意组合。

上述紫外阻隔固态沥青的制备方法，包括如下步骤：

加热待改性沥青至160℃-180℃，开动剪切搅拌机，加入助溶剂，保持沥青温度为160℃-180℃，在3000rpm-6000rpm的转速下搅拌1-2小时，然后降低温度至140℃-160℃，加入镁铝基层状双氢氧化物，均匀搅拌1-2小时后降至常温碾磨，制成紫外阻隔固态沥青。

上述紫外阻隔固态沥青在公路工程沥青的应用。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明常温下呈固态颗粒（或粉末）状，相较一般沥青在生产和使用过程中需要保温贮存、及时装卸，固态颗粒（或粉末）状的沥青性质稳定，更便于运输与储存。

（2）通过固态沥青将镁铝基层状双氢氧化物加入至道路沥青中，使沥青材料具有优良的紫外阻隔作用，显著提高道路沥青耐老化性能，并且能有效提高沥青混合料的抗车辙、水稳等使用性能，延长沥青道路使用寿命。

（3）本发明与道路沥青有良好的相容性，可大幅减少一般镁铝基层状双氢氧化物改性沥青的施工时间与能耗，在不影响工程工期与主要施工步骤的情况下，可快速制备出存储稳定、抗紫外老化性能优良的镁铝基层状双氢氧化物改性沥青，现场工艺简单，操作方便，无需特殊设备。

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。

紫外阻隔固态沥青，由沥青、镁铝基层状双氢氧化物和助溶剂混合制备而成，呈固态颗粒状；其组成按质量百分数为：沥青50%-65%，镁铝基层状双氢氧化物30%-45%，助溶剂1%-10%。其中，原料所用沥青可以为一般沥青，也可以为一般改性沥青；助溶剂的作用是加速紫外阻隔固态沥青的溶解与改性过程，从而快速制备出存储稳定、抗紫外老化性能优良的镁铝基层状双氢氧化物改性沥青。

原料所用镁铝基层状双氢氧化物为白色粉末，纯度99%以上，密度1.5g/cm³-1.8g/cm³，含湿量≤3%。

关键地，助溶剂可以使用有机助溶剂，其可以为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）、聚乙烯树脂、丁苯橡胶、羧基丁腈橡胶、环氧天然橡胶、乙烯乙酸乙烯酯共聚物中的任意一种或任意组合。有机助溶剂将在化学性能上提高紫外阻隔固态沥青与一般沥青的相容性，有助于紫外阻隔固态沥青在一般沥青中的溶解与扩散。

关键地，助溶剂也可以使用无机助溶剂，其可以为氧化锌、氧化镁、氧化钙中的任意一种或任意组合。无机助溶剂将在物理方面促进紫外阻隔固态沥青的扩散与渗透，从而快速得到改性均匀的沥青。

关键地，助溶剂更好的实施方案为有机助溶剂和无机助溶剂的复合；有机助溶剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）、聚乙烯树脂、丁苯橡胶、羧基丁腈橡胶、环氧天然橡胶、乙烯乙酸乙烯酯共聚物中的任意一种或任意组合；无机助溶剂为氧化锌、氧化镁、氧化钙中的任意一种或任意组合。这种组合方式将同时在化学和物理两个方面加速紫外阻隔固态沥青的溶解与改性过程，从而快速制备出存储稳定、抗紫外老化性能优良的镁铝基层状双氢氧化物改性沥青。

在准备好原料的情况下，本发明紫外阻隔固态沥青的制备过程如下：

加热沥青至160℃-180℃，开动剪切搅拌机，加入助溶剂，保持沥青温度为160℃-180℃，在3000rpm-6000rpm的转速下搅拌1-2小时，然后降低温度至140℃-160℃，加入镁铝基层状双氢氧化物，均匀搅拌1-2小时后降至常温碾磨，制成紫外阻隔固态沥青。工艺简单，操作方便，无需特殊设备。

本发明紫外阻隔固态沥青在公路工程沥青的应用：

实施例1

按质量份数，将50份SK70^#基质沥青和10份助溶剂（助溶剂按质量份数由80份聚乙烯树脂和20份乙烯乙酸乙烯酯共聚物混合而成）在180℃下，以6000rpm的转速剪切搅拌1小时，然后在160℃下分多次加入40份瑞法化工有限公司生产的LT-1型镁铝基层状双氢氧化物（下略为瑞法LT-1），均匀搅拌1小时后降至常温碾磨，制成紫外阻隔固态沥青的固体颗粒。

将紫外阻隔固态沥青的固体颗粒在150℃下分次加入SK90^#道路沥青中，搅拌0.5h后得到紫外阻隔改性SK90^#道路沥青。对所得的改性道路沥青进行紫外老化试验（紫外线强度为1200μw/cm²，老化6天，下同），以下试验依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20-2011）测试，测试数据如表1所示：

表1

与空白组比较，加入紫外阻隔固态沥青的道路沥青在紫外老化前后，粘度增量、软化点增量、延度减少量和针入度减少量均明显低于未加入紫外阻隔固态沥青的道路沥青，因而具有更为优良的紫外阻隔性能，可延长道路沥青的使用寿命。

平行比较，道路沥青随着紫外阻隔固态沥青的加入，其粘度增量、软化点增量、延度减少量和针入度减少量均明显递减，紫外阻隔性能逐步提升。

实施例2：

按质量份数，将65份SK70^#基质沥青和2份助溶剂（按质量份数由40份聚乙烯树脂、20份丁苯橡胶、20份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）和20份氧化锌混合而成）在160℃下，以3000rpm的转速剪切搅拌1小时，然后在140℃下分多次加入35份瑞法LT-1，均匀搅拌2小时后降至常温碾磨，制成紫外阻隔固态沥青的固体颗粒。

将紫外阻隔固态沥青的固体颗粒在145℃下分次加入SK90^#道路沥青中，得到紫外阻隔改性SK90^#道路沥青。对所得的改性道路沥青进行紫外老化试验（紫外线强度为1200μw/cm²，老化6天，下同），测试数据如表2所示：

表2

与空白组比较，加入紫外阻隔固态沥青的道路沥青在紫外老化前后，粘度增量、软化点增量和延度减少量均明显低于未加入紫外阻隔固态沥青的道路沥青，因而具有更为优良的紫外阻隔性能，可延长道路沥青的使用寿命。

平行比较，道路沥青随着紫外阻隔固态沥青的加入，其粘度增量、软化点增量和延度减少量均明显递增，紫外阻隔性能逐步提升。

实施例3：

按质量份数，将54份PG70-28SBS改性沥青和1份助溶剂（按质量份数由50份羧基丁腈橡胶、25份环氧天然橡胶和20份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）和5份氧化镁混合而成混合而成）在170℃下，以5000rpm的转速剪切搅拌2小时，然后在165℃下分多次加入45份瑞法LT-1，均匀搅拌1小时后降至常温碾磨，制成紫外阻隔固态沥青的固体颗粒。

将紫外阻隔固态沥青的固体颗粒在145℃下分次加入SK90^#道路沥青中，搅拌1h后得到紫外阻隔改性SK90^#道路沥青。对所得的改性道路沥青进行紫外老化试验（紫外线强度为1200μw/cm²，老化6天，下同），测试数据见表3所示：

表3

与空白组比较，加入紫外阻隔固态沥青的道路沥青在紫外老化前后，粘度增量、软化点增量和延度减少量均明显低于未加入紫外阻隔固态沥青的道路沥青，因而具有更为优良的紫外阻隔性能，可延长道路沥青的使用寿命。

平行比较，道路沥青随着紫外阻隔固态沥青的加入，其粘度增量、软化点增量和延度减少量均明显递增，紫外阻隔性能逐步提升。

实施例4：

按质量份数，将65份PG70-28SBS改性沥青和5份助溶剂（按质量份数由65份聚乙烯树脂和20份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）和15份氧化钙混合而成混合而成）在170℃下，以5000rpm的转速剪切搅拌2小时，然后在150℃下分多次加入30份瑞法LT-1，均匀搅拌1.5小时后降至常温碾磨，制成紫外阻隔固态沥青的固体颗粒。

将紫外阻隔固态沥青的固体颗粒在145℃下分次加入SK90^#道路沥青中，搅拌0.5h后得到紫外阻隔改性SK90^#道路沥青。对所得的改性道路沥青进行紫外老化试验（紫外线强度为1200μw/cm²，老化6天，下同），测试数据见表4所示：

表4

与空白组比较，加入紫外阻隔固态沥青的道路沥青在紫外老化前后，粘度增量、软化点增量和延度减少量均明显低于未加入紫外阻隔固态沥青的道路沥青，因而具有更为优良的紫外阻隔性能，可延长道路沥青的使用寿命。

平行比较，道路沥青随着紫外阻隔固态沥青的加入，其粘度增量、软化点增量和延度减少量均明显递增，紫外阻隔性能逐步提升。

实施例5：

按照专利中实施例4的所述方法制备紫外阻隔固态沥青，经粉磨后在现场施工时直接加入沥青罐中，保温在145℃下搅拌0.25h-0.5h后，即可制备出存储稳定、抗紫外老化性能优良的镁铝基层状双氢氧化物改性沥青；在保温搅拌过程中可使用微波辐照设备加速溶解改性。

为了证明本专利所述方法与传统制备方法的差异，我们同时也使用直接掺加并搅拌的方式，制备出了相同镁铝基层状双氢氧化物掺加量的改性沥青，制备过程中掺加与搅拌的耗时共计2.5h。

性能测试结果如表5所示：

表5

上下比较表明，使用本专利所述方法制备的道路沥青其基本性能与传统使用方法并无明显差距，少许性能提高源于镁铝基层状双氢氧化物改性材料的分布更加均匀与稳定。但在工艺耗时与能源消耗上，本专利所述方法相较传统使用方法存在较大优势，可快速制备出存储稳定、抗紫外老化性能优良的镁铝基层状双氢氧化物改性沥青，现场工艺简单，操作方便，无需特殊设备。

Claims (7)

1.一种紫外阻隔固态沥青，其特征在于由沥青、镁铝基层状双氢氧化物和助溶剂混合制备而成，呈固态颗粒状；其组成按质量百分数为：沥青50%-65%，镁铝基层状双氢氧化物30%-45%，助溶剂1%-10%。

2.如权利要求1所述的紫外阻隔固态沥青，其特征在于所述的镁铝基层状双氢氧化物为白色粉末，纯度99%以上，密度1.5g/cm³-1.8g/cm³，含湿量≤3%。

3.如权利要求1所述的紫外阻隔固态沥青，其特征在于所述助溶剂包括有机助溶剂，所述有机助溶剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚乙烯树脂、丁苯橡胶、羧基丁腈橡胶、环氧天然橡胶、乙烯乙酸乙烯酯共聚物中的任意一种或任意组合。

4.如权利要求1所述的紫外阻隔固态沥青，其特征在于所述助溶剂包括无机助溶剂，所述无机助溶剂为氧化锌、氧化镁、氧化钙中的任意一种或任意组合。

5.如权利要求1所述的紫外阻隔固态沥青，其特征在于所述助溶剂有机助溶剂和无机助溶剂的复合；所述有机助溶剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚乙烯树脂、丁苯橡胶、羧基丁腈橡胶、环氧天然橡胶、乙烯乙酸乙烯酯共聚物中的任意一种或任意组合；所述无机助溶剂为氧化锌、氧化镁、氧化钙中的任意一种或任意组合。

6.权利要求1-5任一项所述的紫外阻隔固态沥青的制备方法，包括如下步骤：

加热待改性沥青至160℃-180℃，开动剪切搅拌机，加入助溶剂，保持沥青温度为160℃-180℃，在3000rpm-6000rpm的转速下搅拌1-2小时，然后降低温度至140℃-160℃，加入镁铝基层状双氢氧化物，均匀搅拌1-2小时后降至常温碾磨，制成紫外阻隔固态沥青。

7.权利要求1-5任一项所述的紫外阻隔固态沥青在公路工程沥青的应用。