CN105419363A - 一种高活性超细氧化铝/环氧树脂复合改性沥青的制备技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高活性超细氧化铝/环氧树脂复合改性沥青的制备技术，属于沥青领域。本发明制得的高活性超细氧化铝可以和沥青分子形成稳定的结构，有效改善沥青的粘韧性、延展性和高温抗变形能力，利用环氧树脂可以改性沥青使材料赋予良好的高温稳定性、低温抗裂性、抗腐蚀性、超强的抗疲劳性能和优异的耐久性，而且制备工艺简单，制备的沥青具有良好的应用前景。

Description

一种高活性超细氧化铝/环氧树脂复合改性沥青的制备技术

技术领域

本发明公开了一种高活性超细氧化铝/环氧树脂复合改性沥青的制备技术，属于沥青领域。

背景技术

沥青按照来源可分为石油沥青、天然沥青、煤焦油沥青3种，其中石油沥青是原油分馏出来的副产品，是一个由碳氢化合物及其它少量氮、磷、硫元素组成的复杂的热塑性材料，常被用作建筑和道路铺装材料，用途最为广泛。基质沥青力学性能对温度敏感性大，低温下易脆裂，高温下易软化而流淌，弹性和耐老化性能也不佳，直接用于道路铺筑很难满足日益增长的巨大交通压力。现代交通业迅猛发展对道路交通产生的巨大压力，使人们对道路铺装材料的质量和性能有了更高的要求，改性沥青也越来越多地得到了学者们的关注和研究。

为了提升路面的耐久性、抗老化性能、抗车辙能力及抗高温变形低温开裂性能等，

人们常将基质沥青改性后再用于道路的铺装，如添加改性剂或将沥青轻度氧化等

。目前沥青改性剂主要可分为聚合物改性剂、纳米改性剂、酸类改性剂和纤维类改性剂等。环氧沥青是指环氧树脂与固化剂发生交联固化反应形成三维立体网状结构后，沥青作为分散相被牢牢固定在网状结构中而形成的一种热固性材料。已有研究表明，环氧树脂可以使沥青的性能显著提升，且强度是普通沥青路面的3～4倍，显著改善了沥青的抗变形能力、抗疲劳性、耐久性和抗腐蚀性，广泛应用于钢桥板面、机场跑道、高速公路等高等级路面的铺装。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对目前基质沥青力学性能对温度敏感性大，低温下易脆裂，高温下易软化而流淌，弹性和耐老化性能也不佳，直接用于道路铺筑很难满足巨大交通压力的问题，提供了一种高活性超细氧化铝/环氧树脂复合改性沥青的制备技术，本发明制得的高活性超细氧化铝可以和沥青分子形成稳定的结构，有效改善沥青的粘韧性、延展性和高温抗变形能力，利用环氧树脂可以改性沥青使材料赋予良好的高温稳定性、低温抗裂性、抗腐蚀性、超强的抗疲劳性能和优异的耐久性，而且制备工艺简单，制备的沥青具有良好的应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）取50～60g硝酸铝，用量筒量取470～500mL蒸馏水与其混合，搅拌混合均匀得到硝酸铝溶液，将溶液加入夹套搅拌反应器内，开启恒温水浴中，在60～70℃下加入150～200mL聚乙二醇，搅拌均匀后加入10～20mL质量分数10%碳酸铵溶液到反应液中，搅拌反应；

（2）当测定上述反应液pH值为7.5～8.0时，停止反应，冷却至室温后将反应产物取出进行离心分离得沉淀物，将沉淀物按固液比1:3加入去离子水，用超声波洗涤10～15min，再分离出沉淀物分散在无水乙醇中，用超声波清洗15～20min，清洗后分离出沉淀物在65～75℃烘箱中干燥完全，将干燥后的固体放入马弗炉中，在950～1050℃下煅烧50～55min，得到超细氧化铝；

（3）取5～10g上述超细氧化铝加入到500mL的三口烧瓶中，向瓶中加入20～25mL丙二醇，滴加浓度5mol/L氢氧化钠溶液调节pH值为5～6h，再加入1～3g氧化镁粉末，放入水浴锅中，在65～75℃下搅拌反应40～50min，搅拌后用浓度为2mol/L盐酸溶液调节pH为7，调节后冷却至室温，过滤，将滤渣分别用去离子水和无水乙醇清洗1～2次，清洗后放入烘箱中干燥得高活性超细氧化铝；

（4）取500～700g沥青加入到5mL不锈钢罐中，升高到155～165℃下熔融，用剪切乳化搅拌机在2500～2800r/min下缓慢添加总质量1～3%上述高活性超细氧化铝，添加后进行剪切80～90min，剪切后向罐中加入总质量3～5%乙烯基三胺、0.5～0.8%二月硅酸二丁基锡、8～10%马来酸酐、1～3%碳酸钙，再在800～850r/min速率搅拌30～50min；

（5）向上述搅拌后的混合物，向其中加入总质量25～35%环氧树脂，继续搅拌1～2h，搅拌后将所得共混物放入烘箱中，设置在160～170℃下固化2～3h，固化后取出即可得到高活性超细氧化铝/环氧树脂复合改性沥青。

本发明制得的高活性超细氧化铝/环氧树脂复合改性沥青，添加1～3%的高活性超细氧化铝改善沥青粘韧性、延展性和高温抗变形能力，当固化时间为2～3h，拉伸强度为1.67～1.82MPa，断裂生长率为680～820%，加入总质量8～10%马来酸酐相容剂，使得沥青离析软化点为12.5～17.8℃，改善了沥青的高温性能。

本发明的有益效果是：

（1）本发明制得高活性超细氧化铝和沥青分子和形成稳定的结构，改善沥青粘韧性、延展性和高温抗变形能力；

（2）环氧树脂可以改性沥青使材料赋予良好的高温稳定性、低温抗裂性、抗腐蚀性、超强的抗疲劳性能和优异的耐久性。

具体实施方式

首先取50～60g硝酸铝，用量筒量取470～500mL蒸馏水与其混合，搅拌混合均匀得到硝酸铝溶液，将溶液加入夹套搅拌反应器内，开启恒温水浴中，在60～70℃下加入150～200mL聚乙二醇，搅拌均匀后加入10～20mL质量分数10%碳酸铵溶液到反应液中，搅拌反应；当测定反应液pH值为7.5～8.0时，停止反应，冷却至室温后将反应产物取出进行离心分离得沉淀物，将沉淀物按固液比1:3加入去离子水，用超声波洗涤10～15min，再分离出沉淀物分散在无水乙醇中，用超声波清洗15～20min，清洗后分离出沉淀物在65～75℃烘箱中干燥完全，将干燥后的固体放入马弗炉中，在950～1050℃下煅烧50～55min，得到超细氧化铝；取5～10g上述超细氧化铝加入到500mL的三口烧瓶中，向瓶中加入20～25mL丙二醇，滴加浓度5mol/L氢氧化钠溶液调节pH值为5～6h，再加入1～3g氧化镁粉末，放入水浴锅中，在65～75℃下搅拌反应40～50min，搅拌后用浓度为2mol/L盐酸溶液调节pH为7，调节后冷却至室温，过滤，将滤渣分别用去离子水和无水乙醇清洗1～2次，清洗后放入烘箱中干燥得高活性超细氧化铝；取500～700g沥青加入到5mL不锈钢罐中，升高到155～165℃下熔融，用剪切乳化搅拌机在2500～2800r/min下缓慢添加总质量1～3%上述高活性超细氧化铝，添加后进行剪切80～90min，剪切后向罐中加入总质量3～5%乙烯基三胺、0.5～0.8%二月硅酸二丁基锡、8～10%马来酸酐、1～3%碳酸钙，再在800～850r/min速率搅拌30～50min；向搅拌后的混合物，向其中加入总质量25～35%环氧树脂，继续搅拌1～2h，搅拌后将所得共混物放入烘箱中，设置在160～170℃下固化2～3h，固化后取出即可得到高活性超细氧化铝/环氧树脂复合改性沥青。

实例1

首先取50g硝酸铝，用量筒量取470mL蒸馏水与其混合，搅拌混合均匀得到硝酸铝溶液，将溶液加入夹套搅拌反应器内，开启恒温水浴中，在60℃下加入150mL聚乙二醇，搅拌均匀后加入10mL质量分数10%碳酸铵溶液到反应液中，搅拌反应；当测定反应液pH值为7.5时，停止反应，冷却至室温后将反应产物取出进行离心分离得沉淀物，将沉淀物按固液比1:3加入去离子水，用超声波洗涤10min，再分离出沉淀物分散在无水乙醇中，用超声波清洗15min，清洗后分离出沉淀物在65℃烘箱中干燥完全，将干燥后的固体放入马弗炉中，在950℃下煅烧50min，得到超细氧化铝；取5g上述超细氧化铝加入到500mL的三口烧瓶中，向瓶中加入20mL丙二醇，滴加浓度5mol/L氢氧化钠溶液调节pH值为5h，再加入1g氧化镁粉末，放入水浴锅中，在65℃下搅拌反应40min，搅拌后用浓度为2mol/L盐酸溶液调节pH为7，调节后冷却至室温，过滤，将滤渣分别用去离子水和无水乙醇清洗1次，清洗后放入烘箱中干燥得高活性超细氧化铝；取500g沥青加入到5mL不锈钢罐中，升高到155℃下熔融，用剪切乳化搅拌机在2500r/min下缓慢添加总质量1%上述高活性超细氧化铝，添加后进行剪切80min，剪切后向罐中加入总质量3%乙烯基三胺、0.5%二月硅酸二丁基锡、8%马来酸酐、1%碳酸钙，再在800r/min速率搅拌30min；向搅拌后的混合物，向其中加入总质量25%环氧树脂，继续搅拌1h，搅拌后将所得共混物放入烘箱中，设置在160℃下固化2h，固化后取出即可得到高活性超细氧化铝/环氧树脂复合改性沥青。

本发明制得的高活性超细氧化铝/环氧树脂复合改性沥青，添加1%的高活性超细氧化铝改善沥青粘韧性、延展性和高温抗变形能力，当固化时间为2h，拉伸强度为1.67MPa，断裂生长率为820%，加入总质量8%马来酸酐相容剂，使得沥青离析软化点为12.5℃，改善了沥青的高温性能。

实例2

首先取55g硝酸铝，用量筒量取485mL蒸馏水与其混合，搅拌混合均匀得到硝酸铝溶液，将溶液加入夹套搅拌反应器内，开启恒温水浴中，在65℃下加入175mL聚乙二醇，搅拌均匀后加入15mL质量分数10%碳酸铵溶液到反应液中，搅拌反应；当测定反应液pH值为7.8时，停止反应，冷却至室温后将反应产物取出进行离心分离得沉淀物，将沉淀物按固液比1:3加入去离子水，用超声波洗涤13min，再分离出沉淀物分散在无水乙醇中，用超声波清洗17min，清洗后分离出沉淀物在70℃烘箱中干燥完全，将干燥后的固体放入马弗炉中，在1000℃下煅烧53min，得到超细氧化铝；取7g上述超细氧化铝加入到500mL的三口烧瓶中，向瓶中加入23mL丙二醇，滴加浓度5mol/L氢氧化钠溶液调节pH值为5.5h，再加入2g氧化镁粉末，放入水浴锅中，在70℃下搅拌反应45min，搅拌后用浓度为2mol/L盐酸溶液调节pH为7，调节后冷却至室温，过滤，将滤渣分别用去离子水和无水乙醇清洗1次，清洗后放入烘箱中干燥得高活性超细氧化铝；取600g沥青加入到5mL不锈钢罐中，升高到1560℃下熔融，用剪切乳化搅拌机在2650r/min下缓慢添加总质量2%上述高活性超细氧化铝，添加后进行剪切85min，剪切后向罐中加入总质量4%乙烯基三胺、06%二月硅酸二丁基锡、9%马来酸酐、2%碳酸钙，再在825r/min速率搅拌40min；向搅拌后的混合物，向其中加入总质量30%环氧树脂，继续搅拌1.5h，搅拌后将所得共混物放入烘箱中，设置在165℃下固化2.5h，固化后取出即可得到高活性超细氧化铝/环氧树脂复合改性沥青。

本发明制得的高活性超细氧化铝/环氧树脂复合改性沥青，添加2%的高活性超细氧化铝改善沥青粘韧性、延展性和高温抗变形能力，当固化时间为2.5h，拉伸强度为1.75MPa，断裂生长率为750%，加入总质量9%马来酸酐相容剂，使得沥青离析软化点为15.3℃，改善了沥青的高温性能。

实例3

首先取60g硝酸铝，用量筒量取500mL蒸馏水与其混合，搅拌混合均匀得到硝酸铝溶液，将溶液加入夹套搅拌反应器内，开启恒温水浴中，在70℃下加入200mL聚乙二醇，搅拌均匀后加入20mL质量分数10%碳酸铵溶液到反应液中，搅拌反应；当测定反应液pH值为8.0时，停止反应，冷却至室温后将反应产物取出进行离心分离得沉淀物，将沉淀物按固液比1:3加入去离子水，用超声波洗涤15min，再分离出沉淀物分散在无水乙醇中，用超声波清洗20min，清洗后分离出沉淀物在75℃烘箱中干燥完全，将干燥后的固体放入马弗炉中，在1050℃下煅烧55min，得到超细氧化铝；取10g上述超细氧化铝加入到500mL的三口烧瓶中，向瓶中加入25mL丙二醇，滴加浓度5mol/L氢氧化钠溶液调节pH值为6h，再加入3g氧化镁粉末，放入水浴锅中，在75℃下搅拌反应50min，搅拌后用浓度为2mol/L盐酸溶液调节pH为7，调节后冷却至室温，过滤，将滤渣分别用去离子水和无水乙醇清洗2次，清洗后放入烘箱中干燥得高活性超细氧化铝；取700g沥青加入到5mL不锈钢罐中，升高到165℃下熔融，用剪切乳化搅拌机在2800r/min下缓慢添加总质量13%上述高活性超细氧化铝，添加后进行剪切90min，剪切后向罐中加入总质量5%乙烯基三胺、0.8%二月硅酸二丁基锡、10%马来酸酐、3%碳酸钙，再在850r/min速率搅拌50min；向搅拌后的混合物，向其中加入总质量35%环氧树脂，继续搅拌2h，搅拌后将所得共混物放入烘箱中，设置在170℃下固化3h，固化后取出即可得到高活性超细氧化铝/环氧树脂复合改性沥青。

本发明制得的高活性超细氧化铝/环氧树脂复合改性沥青，添加3%的高活性超细氧化铝改善沥青粘韧性、延展性和高温抗变形能力，当固化时间为3h，拉伸强度为1.82MPa，断裂生长率为680%，加入总质量10%马来酸酐相容剂，使得沥青离析软化点为17.8℃，改善了沥青的高温性能。

Claims (1)

1.一种高活性超细氧化铝/环氧树脂复合改性沥青的制备技术，其特征在于具体制备步骤：

（1）取50～60g硝酸铝，用量筒量取470～500mL蒸馏水与其混合，搅拌混合均匀得到硝酸铝溶液，将溶液加入夹套搅拌反应器内，开启恒温水浴中，在60～70℃下加入150～200mL聚乙二醇，搅拌均匀后加入10～20mL质量分数10%碳酸铵溶液到反应液中，搅拌反应；

（2）当测定上述反应液pH值为7.5～8.0时，停止反应，冷却至室温后将反应产物取出进行离心分离得沉淀物，将沉淀物按固液比1:3加入去离子水，用超声波洗涤10～15min，再分离出沉淀物分散在无水乙醇中，用超声波清洗15～20min，清洗后分离出沉淀物在65～75℃烘箱中干燥完全，将干燥后的固体放入马弗炉中，在950～1050℃下煅烧50～55min，得到超细氧化铝；

（3）取5～10g上述超细氧化铝加入到500mL的三口烧瓶中，向瓶中加入20～25mL丙二醇，滴加浓度5mol/L氢氧化钠溶液调节pH值为5～6h，再加入1～3g氧化镁粉末，放入水浴锅中，在65～75℃下搅拌反应40～50min，搅拌后用浓度为2mol/L盐酸溶液调节pH为7，调节后冷却至室温，过滤，将滤渣分别用去离子水和无水乙醇清洗1～2次，清洗后放入烘箱中干燥得高活性超细氧化铝；

（4）取500～700g沥青加入到5mL不锈钢罐中，升高到155～165℃下熔融，用剪切乳化搅拌机在2500～2800r/min下缓慢添加总质量1～3%上述高活性超细氧化铝，添加后进行剪切80～90min，剪切后向罐中加入总质量3～5%乙烯基三胺、0.5～0.8%二月硅酸二丁基锡、8～10%马来酸酐、1～3%碳酸钙，再在800～850r/min速率搅拌30～50min；

（5）向上述搅拌后的混合物，向其中加入总质量25～35%环氧树脂，继续搅拌1～2h，搅拌后将所得共混物放入烘箱中，设置在160～170℃下固化2～3h，固化后取出即可得到高活性超细氧化铝/环氧树脂复合改性沥青。