CN104312171B - 一种抗紫外老化改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种抗紫外老化改性沥青及其制备方法，一种抗紫外老化改性沥青，包括A、B、C三种组分，A组分由所占质量百分比为SEBS？40％～45％、炭黑40％～45％、微晶石蜡2％～4％、纳米二氧化铈2％～4％和粉末SBR2％～16％制成；B组分为沥青；C组分为芳烃油；抗紫外老化改性沥青由组分A、组分B、组分C按照质量比为A:B:C=5：90：5比例关系，经熔融、造粒、混合、搅拌、溶胀、剪切、发育工艺制作而成。本发明提供的抗紫外老化改性沥青具有制备方便，抗紫外老化性能良好，能够减缓乳化沥青的蒸发残留物三大指标自然衰减，耐高温性能好，能够延长沥青路面使用寿命的优点。

Description

一种抗紫外老化改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种抗紫外老化改性沥青及其制备方法。

背景技术

沥青的老化常分为由高温引起的热老化和由太阳光中包含的紫外线照射引起的紫外老化。中国的国土总面积中，海拔2000m以上的面积约占33%，3000m以上的约占10%，主要集中于西部。这些地区大气层成分及途经路程大小都与低海拔的内地平原地区不同，其环境特点是年平均气温低。主体日照时间长，太阳辐射总能量大，太阳光谱中紫外线的比例高，占太阳总辐射量的20%～25%，是内陆地区的4～5倍，强烈的紫外线辐射导致高分子材料老化现象十分突出。在紫外线强烈的西部地区，公路线长、经济相对落后、沥青面层相对较薄，如青海省地区二、三级公路沥青面层仅厚4～5cm，紫外线老化对沥青路面结构层的影响将可能达到整个沥青面层的20%～25%。这种沥青在紫外线老化后的危害体现在：首先，沥青表层产生的脆性，将使冬季低温劲度大大增加，破坏应变变小，极容易成为温缩裂缝的致命弱点，导致路面开裂；其次，其延度下降，容易引起路面产生龟裂；最后，沥青与集料的粘附性变差，沥青从集料的表面脱落，产生坑槽，使雨水渗入路面结构内部，导致路面状况迅速恶化，严重影响沥青路面的使用性能。目前，现有的沥青为增强其抗紫外老化性能，多采用将遮色剂、吸收剂添加在沥青当中，虽然可以减缓紫外老化速度，但效果均不理想，因此在沥青路面铺设、养护工作中亟待出现一种能够有效减缓阳光中的紫外线对乳化沥青的蒸发残留物三大指标的自然衰减，制备方便的抗紫外老化改性沥青。

发明内容

本发明的目的在于解决现有沥青路面的沥青面层抗紫外线老化的能力弱，被阳光中的紫外线长时间照射后，沥青表层产生脆性，冬季低温劲度大大增加，破坏应变小，极易产生温缩裂缝；延度下降，容易引起路面产生龟裂；沥青与集料的粘附性变差，沥青易从集料的表面脱落，产生坑槽，使雨水渗入路面结构内部，导致路面状况迅速恶化的问题，而提供具有良好的抗紫外老化性能，能够减缓乳化沥青的蒸发残留物三大指标自然衰减，尤其是减缓延度衰减效果明显，具有较好的耐高温性能，能够延长沥青路面使用寿命的一种液体沥青抗紫外线老化改性剂及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种抗紫外老化改性沥青，包括A、B、C三种组分，其中A组分由下述质量百分比的原料经混合、熔融、挤出、造粒制备而成：SEBS40％～45％、炭黑40％～45％、微晶石蜡2％～4％、纳米二氧化铈2％～4％、粉末SBR2％～16％；B组分为沥青；C组分为芳烃油；所述抗紫外老化改性沥青由组分A、组分B、组分C按照质量比为A:B:C=5：90：5比例混合制成。

所述炭黑是一种无定形碳，其平均粒径在40nm。

所述芳烃油中芳香烃含量大于80%。

一种抗紫外老化改性沥青的制备方法如下：

步骤1）、制备A组分：将各占质量百分比为40％～45％的SEBS、40％～45％的炭黑、2％～4％的微晶石蜡、2％～4％的纳米二氧化铈、2％～16％的粉末SBR在130℃～135℃的温度条件下混合熔融，经塑料挤出机挤出造粒制得组分A；

步骤2）、混合：按质量百分比为A:B:C=5：90：5比例，取步骤1）中制得的相应质量的组分A，以及B组分中的沥青、C组分中的芳烃油，将B组分加热到160℃～170℃，在B组分中依次加入C组分、A组分，搅拌30分钟；

步骤3）、溶胀：将步骤2）中得到的搅拌后的混合物溶胀，溶胀时间为1小时，溶胀时保持混合物温度为160℃～170℃；

步骤4）、剪切：将步骤3）中溶胀后的混合物剪切、发育，发育时间为2小时，发育完成后即制得所述抗紫外老化改性沥青成品。

上述所用到的原材料中：

SEBS是以聚苯乙烯为未端段，以聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物，可从市场购得；

炭黑（carbonblack，又名碳黑），是一种无定形碳，本发明中所用到的炭黑控制平均粒径为40nm，可从市场购得；

微晶石蜡是固态高级烷烃混合物的俗名，分子式为CnH_2n+2，其中n=20-40主要是出文链烃、环烷烃和一些直链烃组成，分子量范围大约是500～1000；

纳米二氧化铈是采用微乳液法制得；

SBR，即为丁苯橡胶（SBR)，又称聚苯乙烯丁二烯共聚物，其分子式:C12H14分子量:158.243，粉末SBR是一种沥青改性剂，是在丁苯橡胶的基础上接枝苯乙烯等单体，专为改性沥青而生产的一种粉末状丁苯橡胶，可从市场购得；

芳烃油又称芳香烃油深色黏稠液体，其相对密度为0.9529～1.0188，凝固点＜5℃，折射率1.5700～1.5800，黏度(60℃)12--15°E，闪点(开杯)170～200℃，苯胺点约36℃，芳香烃含量70%～87%，饱和烃含量20%～35%，极性物含量＜25%，沥青烯烃含量＜0.5%，可从市场购得。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的抗紫外老化改性沥青各组分配比合理，制备方便，适合大批量生产使用，具有良好的抗紫外老化性能，能够减缓乳化沥青的蒸发残留物三大指标自然衰减，尤其是减缓延度衰减效果明显，具有较好的耐高温性能，能够大幅延长所用该沥青的沥青路面使用寿命。

下面通过分析乳化沥青原样及本发明提供的抗紫外老化改性沥青的蒸发残留物26d室内紫外线光老化前后性能指标对比，来进一步说明本发明的有益效果：

将本发明提供的抗紫外老化改性沥青及原样乳化沥青的蒸发残留物放置在人工强紫外线光源环境箱（AIUREB）内接受强紫外线辐射26d（即相当于室外6个月紫外辐射强度）后性能指标对比，如表1所示，

试样	软化点(℃)	针入度(mm)	15℃延度（cm）
				原样基质乳化沥青蒸发残留物	47.5	75	>150
原样基质乳化沥青蒸发残留物紫外老化后	48.5	64	17.5
				本发明提供的抗紫外老化改性沥青蒸发残留物紫外老化后	49.5	66	82.3

表1

实验结果分析

一、软化点

软化点是反映沥青材料热稳定性的一个指标，也是条件粘度的一种量度。沥青质与胶质含量增加会导致软化点升高。

从表1可以看出：本发明提供的抗紫外老化改性沥青蒸发残留物老化后，其软化点比原样乳化沥青蒸发残留物及原样乳化沥青蒸发残留物紫外老化后明显提高，说明本发明提供的抗紫外老化改性沥青具有较好的耐高温性能。

二、针入度

针入度试验是国际上普遍采用的测定粘稠沥青稠度的一种方法，针入度值越大，表示沥青越软。沥青的软硬程度与沥青质有关，沥青质含量增大，则沥青将会变硬、针入度指数变小、软化点提高。

由表1可知：原样基质乳化沥青蒸发残留物经过26d室内紫外线照射后，针入度减小。由此可知沥青经紫外线照射后沥青质含量增加。本发明提供的抗紫外老化改性沥青蒸发残留物经过26d室内紫外线照射后，其针入度也有损失，但其损失率小于原样基质乳化沥青蒸发残留物的紫外线照射后的针入度的损失率，由此可知本发明提供的抗紫外老化改性沥青具有抗紫外线老化的能力。

三、延度

延度是表征沥青低温性能的重要指标。沥青的软化点和延度，尤其是沥青老化后的软化点和延度与沥青路面的抗裂性能有非常密切的关系。通过延度试验来评价添加剂改性沥青的抗老化性能是必要的。

由表1可以看出：本发明提供的抗紫外老化改性沥青蒸发残留物经紫外线照射老化后，其延度比原样基质乳化沥青蒸发残留物的延度有所降低，但比原样基质乳化沥青蒸发残留物紫外老化后的延度有明显提高，由此可知，本发明提供的抗紫外老化改性沥青具有抗紫外线老化的能力。

具体实施方式

现结合具体实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1，一种抗紫外老化改性沥青，包括A、B、C三种组分，其中A组分由下述质量百分比的原料经混合、熔融、挤出、造粒制备而成：SEBS45％、炭黑45％、石蜡4％、纳米二氧化铈4％、粉末SBR2％；B组分为沥青；C组分为芳烃油；所述抗紫外老化改性沥青由组分A、组分B、组分C按照质量比为A:B:C=5：90：5比例混合制成。

上述所用到的原材料中：

SEBS是以聚苯乙烯为未端段，以聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物，可从市场购得；

炭黑（carbonblack，又名碳黑），是一种无定形碳，本发明中所用到的炭黑控制平均粒径为40nm，可从市场购得；

微晶石蜡是固态高级烷烃混合物的俗名，分子式为CnH_2n+2，其中n=20-40主要是出文链烃、环烷烃和一些直链烃组成，分子量范围大约是500～1000；

纳米二氧化铈是采用微乳液法制得；

SBR，即为丁苯橡胶（SBR)，又称聚苯乙烯丁二烯共聚物，其分子式:C12H14分子量:158.243，粉末SBR是一种沥青改性剂，是在丁苯橡胶的基础上接枝苯乙烯等单体，专为改性沥青而生产的一种粉末状丁苯橡胶，可从市场购得；

芳烃油又称芳香烃油深色黏稠液体，其相对密度为0.9529～1.0188，凝固点＜5℃，折射率1.5700～1.5800，黏度(60℃)12--15°E，闪点(开杯)170～200℃，苯胺点约36℃，芳香烃含量70%～87%，饱和烃含量20%～35%，极性物含量＜25%，沥青烯烃含量＜0.5%，本发明中所用到的芳烃油中芳香烃含量大于80%，可从市场购得。

上述抗紫外老化改性沥青的制备方法如下：

步骤1）、制备A组分：将各占质量百分比为45％的SEBS、45％的炭黑、4％的微晶石蜡、4％的纳米二氧化铈、2％的粉末SBR在135℃的温度条件下混合熔融，经塑料挤出机挤出造粒制得组分A；

步骤2）、混合：按质量百分比为A:B:C=5：90：5比例，取步骤1）中制得的相应质量的组分A，以及B组分中的沥青、C组分中的芳烃油，将B组分加热到160℃，在B组分中依次加入C组分、A组分，搅拌30分钟；

步骤3）、溶胀：将步骤2）中得到的搅拌后的混合物溶胀，溶胀时间为1小时，溶胀时保持混合物温度为160℃；

步骤4）、剪切：将步骤3）中溶胀后的混合物剪切、发育，发育时间为2小时，发育完成后即制得所述抗紫外老化改性沥青成品。

实施例2，一种抗紫外老化改性沥青，包括A、B、C三种组分，其中A组分由下述质量百分比的原料经混合、熔融、挤出、造粒制备而成：SEBS40％、炭黑40％、微晶石蜡2％、纳米二氧化铈2％、粉末SBR16％；B组分为沥青；C组分为芳烃油；所述抗紫外老化改性沥青由组分A、组分B、组分C按照质量比为A:B:C=5：90：5比例混合制成。

上述所用到的原材料中：

SEBS是以聚苯乙烯为未端段，以聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物，可从市场购得；

炭黑（carbonblack，又名碳黑），是一种无定形碳，本发明中所用到的炭黑控制平均粒径为40nm，可从市场购得；

微晶石蜡是固态高级烷烃混合物的俗名，分子式为CnH_2n+2，其中n=20-40主要是出文链烃、环烷烃和一些直链烃组成，分子量范围大约是500～1000；

纳米二氧化铈是采用微乳液法制得；

SBR，即为丁苯橡胶（SBR)，又称聚苯乙烯丁二烯共聚物，其分子式:C12H14分子量:158.243，粉末SBR是一种沥青改性剂，是在丁苯橡胶的基础上接枝苯乙烯等单体，专为改性沥青而生产的一种粉末状丁苯橡胶，可从市场购得；

芳烃油又称芳香烃油深色黏稠液体，其相对密度为0.9529～1.0188，凝固点＜5℃，折射率1.5700～1.5800，黏度(60℃)12--15°E，闪点(开杯)170～200℃，苯胺点约36℃，芳香烃含量70%～87%，饱和烃含量20%～35%，极性物含量＜25%，沥青烯烃含量＜0.5%，本发明中所用到的芳烃油中芳香烃含量大于80%，可从市场购得。

上述抗紫外老化改性沥青的制备方法如下：

步骤1）、制备A组分：将各占质量百分比为40％的SEBS、40％的炭黑、2％的微晶石蜡、2％的纳米二氧化铈、16％的粉末SBR在130℃的温度条件下混合熔融，经塑料挤出机挤出造粒制得组分A；

步骤2）、混合：按质量百分比为A:B:C=5：90：5比例，取步骤1）中制得的相应质量的组分A，以及B组分中的沥青、C组分中的芳烃油，将B组分加热到170℃，在B组分中依次加入C组分、A组分，搅拌30分钟；

步骤3）、溶胀：将步骤2）中得到的搅拌后的混合物溶胀，溶胀时间为1小时，溶胀时保持混合物温度为170℃；

步骤4）、剪切：将步骤3）中溶胀后的混合物剪切、发育，发育时间为2小时，发育完成后即制得所述抗紫外老化改性沥青成品。

实施例3，一种抗紫外老化改性沥青，包括A、B、C三种组分，其中A组分由下述质量百分比的原料经混合、熔融、挤出、造粒制备而成：SEBS45％、炭黑40％、微晶石蜡2％、纳米二氧化铈4％、粉末SBR9％；B组分为沥青；C组分为芳烃油；所述抗紫外老化改性沥青由组分A、组分B、组分C按照质量比为A:B:C=5：90：5比例混合制成。

上述所用到的原材料中：

SEBS是以聚苯乙烯为未端段，以聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物，可从市场购得；

炭黑（carbonblack，又名碳黑），是一种无定形碳，本发明中所用到的炭黑控制平均粒径为40nm，可从市场购得；

微晶石蜡是固态高级烷烃混合物的俗名，分子式为CnH_2n+2，其中n=20-40主要是出文链烃、环烷烃和一些直链烃组成，分子量范围大约是500～1000；

纳米二氧化铈是采用微乳液法制得；

SBR，即为丁苯橡胶（SBR)，又称聚苯乙烯丁二烯共聚物，其分子式:C12H14分子量:158.243，粉末SBR是一种沥青改性剂，是在丁苯橡胶的基础上接枝苯乙烯等单体，专为改性沥青而生产的一种粉末状丁苯橡胶，可从市场购得；

芳烃油又称芳香烃油深色黏稠液体，其相对密度为0.9529～1.0188，凝固点＜5℃，折射率1.5700～1.5800，黏度(60℃)12--15°E，闪点(开杯)170～200℃，苯胺点约36℃，芳香烃含量70%～87%，饱和烃含量20%～35%，极性物含量＜25%，沥青烯烃含量＜0.5%，本发明中所用到的芳烃油中芳香烃含量大于80%，可从市场购得。

上述抗紫外老化改性沥青的制备方法如下：

步骤1）、制备A组分：将各占质量百分比为45％的SEBS、40％的炭黑、2％的微晶石蜡、4％的纳米二氧化铈、9％的粉末SBR在133℃的温度条件下混合熔融，经塑料挤出机挤出造粒制得组分A；

步骤2）、混合：按质量百分比为A:B:C=5：90：5比例，取步骤1）中制得的相应质量的组分A，以及B组分中的沥青、C组分中的芳烃油，将B组分加热到165℃，在B组分中依次加入C组分、A组分，搅拌30分钟；

步骤3）、溶胀：将步骤2）中得到的搅拌后的混合物溶胀，溶胀时间为1小时，溶胀时保持混合物温度为165℃；

步骤4）、剪切：将步骤3）中溶胀后的混合物剪切、发育，发育时间为2小时，发育完成后即制得所述抗紫外老化改性沥青成品。

Claims (3)

1.一种抗紫外老化改性沥青，其特征在于，所述抗紫外老化改性沥青，包括A、B、C三种组分，其中A组分由下述质量百分比的原料经混合、熔融、挤出、造粒制备而成：SEBS40％～45％、炭黑40％～45％、微晶石蜡2％～4％、纳米二氧化铈2％～4％、粉末SBR2％～16％；B组分为沥青；C组分为芳烃油；所述抗紫外老化改性沥青由组分A、组分B、组分C按照质量比为A:B:C=5：90：5比例混合制成；所述芳烃油中芳香烃含量大于80%。

2.根据权利要求1所述的抗紫外老化改性沥青，其特征在于：所述炭黑是一种无定形碳，其平均粒径在40nm。

3.一种如权利要求1所述的抗紫外老化改性沥青的制备方法，其特征在于，制备方法如下：

步骤1）、制备A组分：将各占质量百分比为40％～45％的SEBS、40％～45％的炭黑、2％～4％的微晶石蜡、2％～4％的纳米二氧化铈、2％～16％的粉末SBR在130℃～135℃的温度条件下混合熔融，经塑料挤出机挤出造粒制得组分A；

步骤2）、混合：按质量比为A:B:C=5：90：5比例，取步骤1）中制得的相应质量的组分A，以及B组分中的沥青、C组分中的芳烃油，将B组分加热到160℃～170℃，在B组分中依次加入C组分、A组分，搅拌30分钟；

步骤3）、溶胀：将步骤2）中得到的搅拌后的混合物溶胀，溶胀时间为1小时，溶胀时保持混合物温度为160℃～170℃；

步骤4）、剪切：将步骤3）中溶胀后的混合物剪切、发育，发育时间为2小时，发育完成后即制得所述抗紫外老化改性沥青成品。