CN106800673B - 碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂、耐紫外老化sbs改性沥青及其制备方法 - Google Patents

碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂、耐紫外老化sbs改性沥青及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种改性剂、SBS改性沥青及其制备方法。碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂，其特征是通过碱木素与镁铝基层状双氢氧化物接枝制备得到。一种耐紫外老化SBS改性沥青，其特征是由SBS改性沥青、碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂组成，各原料所占质量百分比为：SBS改性沥青90%~99%、碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂1~10%。本发明将碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂加入到SBS改性沥青中，能够显著提高SBS改性沥青的耐紫外老化能力，实现镁铝基层状双氢氧化物在SBS改性沥青中的长期稳定分散，制备的SBS改性沥青具有优异的耐紫外光老化能力。

Description

碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂、耐紫外老化SBS改 性沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性剂、SBS改性沥青及其制备方法，具体涉及一种碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂、耐紫外老化SBS改性沥青及其制备方法。
背景技术
沥青路面因具有行驶舒适、能耗低、易于维修等优点，在公路建设中所占的比重越来越高。但普通沥青高低温性能差，用其铺筑的路面易出现如车辙、坑槽等病害，使用寿命短，尤其是在重载交通条件下极易损坏。为解决这一问题，通常采用聚合物对沥青进行改性，从而提高沥青混合料的路用性能。其中，苯乙烯‐丁二烯‐苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)是以苯乙烯和丁二烯为单体合成的线型或星型嵌段共聚物，属于一种典型的热塑性弹性体。SBS可通过物理交联作用在沥青中形成网络结构来显著提高沥青的高温抗车辙和低温抗裂性能，成为世界上使用最为广泛的沥青改性剂。然而，同大多数有机化合物一样，SBS改性沥青在储存、运输、铺筑以及长期服役期间也会受到高温、氧、紫外辐射等的作用而发生老化，从而导致沥青硬化开裂，严重降低了沥青路面的路用性能和使用寿命。其中，紫外光不仅波长短、能量高，对沥青路面的破坏作用最为严重，对SBS的影响也更为明显。这是由于SBS改性沥青中的主要化学键有C＝C键，C‐C键和C‐H键等，紫外线的辐射会破坏沥青中的大部分化学键从而导致改性沥青的高低温性能急剧降低，路面易产生病害，大大缩短了沥青路面的使用寿命。
利用添加剂对SBS改性沥青进行改性是提高沥青耐紫外老化性能的有效途经之一。专利CN 102174269 A公开了一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化SBS改性沥青，所用的镁铝基层状双氢氧化物对紫外线具有优异的屏蔽作用，能够提高SBS改性沥青的抗紫外老化能力，但由于镁铝基层状双氢氧化物是无机粉体，与SBS改性沥青相容性较差，镁铝基层状双氢氧化物在SBS改性沥青中易发生沉降，因而严重影响了镁铝基层状双氢氧化物对SBS改性沥青的紫外防护作用。同时，在高原强紫外线地区SBS改性沥青的耐紫外老化能力还有待进一步提高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂及其制备方法，该改性剂与SBS改性沥青相容性好、并能稳定分散在沥青中。
本发明的另一目的在于提供一种耐紫外老化SBS改性沥青及其制备方法，该耐紫外老化SBS改性沥青具有优良物理性能和耐紫外老化性能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂，其特征是通过碱木素与镁铝基层状双氢氧化物接枝制备得到。镁铝基层状双氢氧化物是按照专利CN 102174269 A(申请号CN201110068824.9)公开的制备方法制备得到。
上述碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂的制备方法，其特征是包括如下步骤：先将乙酰苯胺、二苯基甲烷二异氰酸酯与无水甲苯按质量比18:10:72配制成溶液，在70℃下搅拌反应1小时，得到二苯基甲烷二异氰酸酯‐乙酰苯胺溶液；再将在120℃干燥2小时后冷却至室温的镁铝基层状双氢氧化物与无水甲苯按质量比为40:60配制成镁铝基层状双氢氧化物‐甲苯混合溶液，然后与二苯基甲烷二异氰酸酯‐乙酰苯胺溶液按质量比90:10的比例相混合，在70℃下搅拌反应2小时，得到溶液；最后按质量份数将15份碱木素加入到85份所得溶液中，在100℃下搅拌反应2小时；在反应结束后将反应产物减压抽滤洗涤3次，然后置于温度为100℃的烘箱中干燥，取出干燥固体在高速粉碎机中粉碎，即得到碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂(或称碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物；该改性剂与SBS改性沥青相容性好、并能稳定分散在沥青中)。
一种耐紫外老化SBS改性沥青，其特征是由SBS改性沥青、碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂组成，各原料所占质量百分比为：SBS改性沥青90％～99％、碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂1～10％。
各原料所占质量百分比最佳为：SBS改性沥青92％～97％、碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂3～8％。
所述的SBS改性沥青，其25℃针入度为30～100dmm，软化点大于50℃，运动粘度135℃不大于3Pas,5℃延度大于20cm。
上述的一种耐紫外老化SBS改性沥青的制备方法，其特征是包括如下步骤：
(1)按各原料所占质量百分比为：SBS改性沥青90％～99％、碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂1～10％，选取SBS改性沥青、碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂；
(2)将SBS改性沥青加热至160℃，添加碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂，开动高速剪切机，在4000rpm的转速下高速搅拌1小时，保持温度为160℃±5℃(即155℃～165℃)，即制得耐紫外老化SBS改性沥青。
本发明的有益效果如下：
其一，采用二苯基甲烷二异氰酸酯将碱木素与镁铝基层状双氢氧化物进行接枝。在70℃温度下使乙酰苯胺与二苯基甲烷二异氰酸酯中一端的异氰酸根反应，得到一端封闭的二苯基甲烷二异氰酸酯，然后加入镁铝基层状双氢氧化物，二苯基甲烷二异氰酸酯未被封端的异氰酸根与镁铝基层状双氢氧化物表面的羟基发生反应，形成化学结合。当温度升高至100℃后，乙酰苯胺封端剂达到解封温度，二苯基甲烷二异氰酸酯封闭的一端解封，重新具备反应活性，此时再加入碱木素，二苯基甲烷二异氰酸酯解封一侧的异氰酸根与碱木素表面的羟基发生反应，形成稳定的化学结合，最终得到碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物。碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物拥有较多的疏水结构(苯环、碳链等)、较少的亲水基团(羟基等)，与沥青有较好的相容性。因此，碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物在沥青基体中能具有更好的分散性，解决了无机镁铝基层状双氢氧化物在沥青中容易发生离析的难题。
其二，碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物中的镁铝基层状双氢氧化物具有优异的紫外反射能力，同时碱木素含有的芳环具有紫外吸收能力，因此碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂可以提供紫外反射和吸收双重耐紫外老化作用，从而对SBS改性沥青抗紫外老化性能的改善更为显著。
其三，碱木素是一种来源丰富、价格低廉的可再生资源。碱木素是碱法制浆黑液的主要成分，开发黑液木素产品，提高其应用附加值，是合理利用碱木素的好方法，同时也是大规模利用造纸黑液、缓解并最终根除造纸黑液污染的根本出路。将镁铝基层状双氢氧化物与碱木素通过化学键结合，不仅改善了镁铝基层状双氢氧化物与沥青的相容性，而且扩大碱木素的应用领域。
其四，本发明将碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂加入到SBS改性沥青中，能够显著提高SBS改性沥青的耐紫外老化能力，实现镁铝基层状双氢氧化物在SBS改性沥青中的长期稳定分散，制备的SBS改性沥青具有优异的耐紫外光老化能力。
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碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂的制备方法为：先将乙酰苯胺、二苯基甲烷二异氰酸酯与无水甲苯按质量比18:10:72配制成溶液，在70℃下搅拌反应1小时，得到二苯基甲烷二异氰酸酯‐乙酰苯胺溶液；再将在120℃干燥2小时后冷却至室温的镁铝基层状双氢氧化物与无水甲苯按质量比为40:60配制成镁铝基层状双氢氧化物‐甲苯混合溶液，然后与二苯基甲烷二异氰酸酯‐乙酰苯胺溶液按质量比90:10的比例相混合，在70℃下搅拌反应2小时，得到溶液；最后按质量份数将15份碱木素加入到85份所得溶液中，在100℃下搅拌反应2小时；在反应结束后将反应产物减压抽滤洗涤3次，然后置于温度为100℃的烘箱中干燥，取出干燥固体在高速粉碎机中粉碎，即得到碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂。镁铝基层状双氢氧化物是按照专利CN 102174269 A公开的制备方法制备得到。
实施例1：
按质量份，将93份(质量份，下同)SBS改性沥青(25℃针入度为58dmm，软化点为77.0℃)加热至160℃，添加上述碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂7份(质量份)，开动高速剪切机，在4000rpm的转速下高速搅拌1小时，保持温度为160℃±5℃，即制得耐紫外老化SBS改性沥青。
对该耐紫外老化SBS改性沥青和原SBS改性沥青(对比样)进行紫外加速老化试验(紫外光强度为1200μW/cm2，温度为60℃，老化时间为9天，下同)，然后，分别测试其软化点(反映沥青高温抗变形性)、135℃粘度(反映沥青高温流动性)和5℃延度(反映沥青低温抗裂性)，测试结果列于表1。
表1耐紫外老化SBS改性沥青及对比样紫外老化前后性能变化
两相比较，紫外老化后，耐紫外老化SBS改性沥青软化点增大值、135℃粘度增大值和5℃延度降低值均小于对比样，因而本发明耐紫外老化SBS改性沥青具有比对比样更为优异的耐紫外老化性能。
实施例2：
按质量份，将97份SBS改性沥青(25℃针入度为72dmm，软化点为67.6℃)加热至160℃，添加上述碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂3份，开动高速剪切机，在4000rpm的转速下高速搅拌1小时，保持温度为160℃±5℃，即制得耐紫外老化SBS改性沥青。
对该耐紫外老化SBS改性沥青和原SBS改性沥青(对比样)进行紫外加速老化试验，然后，分别测试其软化点、135℃粘度和5℃延度，测试结果列于表2。
表2耐紫外老化SBS改性沥青及对比样紫外老化前后性能变化
通过比较可知，紫外老化后，耐紫外老化SBS改性沥青软化点增大值、135℃粘度增大值和5℃延度降低值均小于对比样。与实施例1类似，碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂显著改善了SBS改性沥青的耐紫外老化性能。
实施例3：
按质量份，将94份SBS改性沥青(25℃针入度为88dmm，软化点为59.8℃)加热至160℃，添加上述碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂6份，开动高速剪切机，在4000rpm的转速下高速搅拌1小时，保持温度为160℃±5℃，即制得耐紫外老化SBS改性沥青。
对该耐紫外老化SBS改性沥青和原SBS改性沥青(对比样)进行紫外加速老化试验，然后，分别测试其软化点、135℃粘度和5℃延度，测试结果列于表3。
表3耐紫外老化SBS改性沥青及对比样紫外老化前后性能变化
通过比较可知，紫外老化后，耐紫外老化SBS改性沥青软化点增大值、135℃粘度增大值和5℃延度降低值均小于对比样。与实施例1类似，碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂显著改善了SBS改性沥青的耐紫外老化性能。
实施例4：
按质量份，将95份SBS改性沥青(25℃针入度为72dmm，软化点为67.6℃)加热至至160℃，添加上述碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂5份，开动高速剪切机，在4000rpm的转速下高速搅拌1小时，保持温度为160℃±5℃，即制得耐紫外老化SBS改性沥青。
对该耐紫外老化SBS改性沥青和原SBS改性沥青(对比样)进行紫外加速老化试验，然后，分别测试其软化点、135℃粘度和5℃延度，测试结果列于表4。
表4耐紫外老化SBS改性沥青及对比样紫外老化前后性能变化
通过比较可知，紫外老化后，耐紫外老化SBS改性沥青软化点增大值、135℃粘度增大值和5℃延度降低值均小于对比样。与实施例1类似，碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂显著改善了SBS改性沥青的耐紫外老化性能。
实施例5：
按质量份，将96份SBS改性沥青(25℃针入度为58dmm，软化点为77.0℃)加热至至160℃，添加上述碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂4份，开动高速剪切机，在4000rpm的转速下高速搅拌1小时，保持温度为160℃±5℃，即制得耐紫外老化SBS改性沥青。
对该耐紫外老化SBS改性沥青和原SBS改性沥青(对比样)进行紫外加速老化试验，然后，分别测试其软化点、135℃粘度和5℃延度，测试结果列于表5。
表5耐紫外老化SBS改性沥青及对比样紫外老化前后性能变化
通过比较可知，紫外老化后，耐紫外老化SBS改性沥青软化点增大值、135℃粘度增大值和5℃延度降低值均小于对比样。与实施例1类似，镁铝基层状双氢氧化物改性剂显著改善了SBS改性沥青的耐紫外老化性能。
实施例6：
一种耐紫外老化SBS改性沥青的制备方法，按如下步骤进行：
按质量份，将90份SBS改性沥青加热至160℃，添加上述碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂10份，开动高速剪切机，在4000rpm的转速下高速搅拌1小时，保持温度为160℃±5℃，即制得耐紫外老化SBS改性沥青。
所述的SBS改性沥青，其25℃针入度为30～100dmm，软化点大于50℃，运动粘度135℃不大于3Pas,5℃延度大于20cm。
与实施例1类似，镁铝基层状双氢氧化物改性剂显著改善了SBS改性沥青的耐紫外老化性能。
实施例7：
一种耐紫外老化SBS改性沥青的制备方法，按如下步骤进行：
按质量份，将99份SBS改性沥青加热至160℃，添加上述碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂1份，开动高速剪切机，在4000rpm的转速下高速搅拌1小时，保持温度为160℃±5℃，即制得耐紫外老化SBS改性沥青。
所述的SBS改性沥青，其25℃针入度为30～100dmm，软化点大于50℃，运动粘度135℃不大于3Pas,5℃延度大于20cm。
与实施例1类似，镁铝基层状双氢氧化物改性剂显著改善了SBS改性沥青的耐紫外老化性能。

Claims (5)

1.碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂的制备方法，其特征是包括如下步骤：先将乙酰苯胺、二苯基甲烷二异氰酸酯与无水甲苯按质量比18:10:72配制成溶液，在70℃下搅拌反应1小时，得到二苯基甲烷二异氰酸酯-乙酰苯胺溶液；再将在120℃干燥2小时后冷却至室温的镁铝基层状双氢氧化物与无水甲苯按质量比为40:60配制成镁铝基层状双氢氧化物-甲苯混合溶液，然后与二苯基甲烷二异氰酸酯-乙酰苯胺溶液按质量比90:10的比例相混合，在70℃下搅拌反应2小时，得到溶液；最后按质量份数将15份碱木素加入到85份所得溶液中，在100℃下搅拌反应2小时；在反应结束后将反应产物减压抽滤洗涤3次，然后置于温度为100℃的烘箱中干燥，取出干燥固体在高速粉碎机中粉碎，即得到碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂。
2.一种耐紫外老化SBS改性沥青，其特征是由SBS改性沥青、碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂组成，各原料所占质量百分比为：SBS改性沥青90％～99％、碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂1～10％；
所述碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂的制备方法为：先将乙酰苯胺、二苯基甲烷二异氰酸酯与无水甲苯按质量比18:10:72配制成溶液，在70℃下搅拌反应1小时，得到二苯基甲烷二异氰酸酯-乙酰苯胺溶液；再将在120℃干燥2小时后冷却至室温的镁铝基层状双氢氧化物与无水甲苯按质量比为40:60配制成镁铝基层状双氢氧化物-甲苯混合溶液，然后与二苯基甲烷二异氰酸酯-乙酰苯胺溶液按质量比90:10的比例相混合，在70℃下搅拌反应2小时，得到溶液；最后按质量份数将15份碱木素加入到85份所得溶液中，在100℃下搅拌反应2小时；在反应结束后将反应产物减压抽滤洗涤3次，然后置于温度为100℃的烘箱中干燥，取出干燥固体在高速粉碎机中粉碎，即得到碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂。
3.根据权利要求2所述的一种耐紫外老化SBS改性沥青，其特征在于：各原料所占质量百分比最佳为：SBS改性沥青92％～97％、碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂3～8％。
4.根据权利要求2或3所述的一种耐紫外老化SBS改性沥青，其特征在于：所述的SBS改性沥青，其25℃针入度为30～100dmm，软化点大于50℃，运动粘度135℃不大于3Pas,5℃延度大于20cm。
5.如权利要求2所述的一种耐紫外老化SBS改性沥青的制备方法，其特征是包括如下步骤：
(1)按各原料所占质量百分比为：SBS改性沥青90％～99％、碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂1～10％，选取SBS改性沥青、碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂；
(2)将SBS改性沥青加热至160℃，添加碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂，开动高速剪切机，在4000rpm的转速下高速搅拌1小时，保持温度为160℃±5℃，即制得耐紫外老化SBS改性沥青；
所述碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂的制备方法为：先将乙酰苯胺、二苯基甲烷二异氰酸酯与无水甲苯按质量比18:10:72配制成溶液，在70℃下搅拌反应1小时，得到二苯基甲烷二异氰酸酯-乙酰苯胺溶液；再将在120℃干燥2小时后冷却至室温的镁铝基层状双氢氧化物与无水甲苯按质量比为40:60配制成镁铝基层状双氢氧化物-甲苯混合溶液，然后与二苯基甲烷二异氰酸酯-乙酰苯胺溶液按质量比90:10的比例相混合，在70℃下搅拌反应2小时，得到溶液；最后按质量份数将15份碱木素加入到85份所得溶液中，在100℃下搅拌反应2小时；在反应结束后将反应产物减压抽滤洗涤3次，然后置于温度为100℃的烘箱中干燥，取出干燥固体在高速粉碎机中粉碎，即得到碱木素接枝镁铝基层状双氢氧化物改性剂。
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