CN107011689A - 一种耐老化热致变色改性沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐老化热致变色改性沥青及其制备方法，该耐老化热致变色改性沥青由以下质量百分比的原料制成：沥青92.6～98％、热致变色粉末（红、黑、蓝三种）2～7.4％。本发明之耐老化热致变色改性沥青的制备方法，包括以下步骤：（1）按各原料所占质量百分比为：沥青92.6～98％、热致变色粉末2～7.4％准备原料，备用；（2）将沥青加入剪切搅拌机中，加热沥青至130～160℃，添加热致变色粉末，开动剪切搅拌机，在2000～4000rpm的转速下高速搅拌0.5～1.5小时，保持温度为130～160℃，即得。本发明之耐老化热致变色改性沥青具有优良的耐热氧和抗紫外老化性能，能显著延长沥青路面的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐老化沥青及其制备方法，尤其是涉及一种耐老化热致变色改性沥青及其制备方法。
背景技术
由于沥青路面具有优良的路用性能和舒适的行车性能，其已成为我国乃至世界各国高速公路建设中使用的主要路面类型。然而，沥青作为一种有机高分子材料，在加热或自然因素作用下易发生老化，会加速路面裂缝、坑槽、剥落等病害的产生，从而影响沥青路面路用性能和使用寿命。因此，提高沥青的抗老化性能，对于改善沥青路面的耐久性而言具有重要意义。
沥青的老化常分为由高温引起的热老化和由太阳光（主要是其中包含的紫外线）照射引起的紫外老化。目前，沥青的热老化研究已比较成熟，其形式主要包括在拌和施工摊铺阶段的短期老化和在道路使用阶段的长期老化。在拌和施工摊铺阶段的短期老化可通过旋转薄膜烘箱老化（RTFOT）或薄膜烘箱老化（TOFT）来进行模拟评价，在道路使用阶段的长期老化可通过压力老化烘箱(PAV)老化来进行模拟评价。沥青的紫外老化在沥青路面的实际使用过程中也是不可忽视的。沥青中绝大多数的聚合物分子键能和紫外线（波长为290～400 nm）波长范围的光能相当，当沥青材料受到紫外线辐射时，化学键吸能断裂，形成自由基，并引发链式反应，沥青分子结构遭到破坏。宏观上表现为沥青变硬变脆，与集料的粘附性变差，最终将导致路面产生裂缝、坑槽、剥落等病害。综上可知，沥青的热老化和紫外老化都将对沥青路面的路用性能和使用寿命产生严重影响。然而，目前对于改善沥青的老化性能，尚无有效的方法。
中国专利申请200410069166.5号公开了一种通过在粉末丁苯橡胶改性沥青中添加钙基膨润土或钠化膨润土或有机化膨润土来改善沥青的抗热氧老化性能的方法。冯振刚等人研究了三种紫外光吸收剂（Octabenzone、Bumetrizole、Tinuvin770）对沥青老化性能的影响。结果表明，3种紫外光吸收剂均可有效的改善沥青的抗紫外光老化性能，而对沥青耐热氧老化性能无明显影响[冯振刚，陈冲，栗培龙，李新军，余剑英，紫外光吸收剂改性沥青的流变与老化性能，公路，2016，（1）：206-210]。中国专利申请200810150313.X号公开了一种由防老剂、抗氧剂、光屏蔽剂组成的路用沥青抗老化复合改性剂，提高了沥青的抗热氧老化性能。张恒龙等研究了有机蛭石与纳米TiO2复配改性剂对沥青抗老化性能的改善效果。研究表明，不同掺量的复配改性剂对沥青的短期和长期热氧老化性能都有改善效果，而耐紫外光老化性能的改善只在特定的复配改性剂掺量下才能体现（张恒龙，谭邦耀，朱崇政.有机蛭石与纳米二氧化钛复配改性沥青的抗老化性能研究.中国科技论文，2016，11(7)：728-732）。以上这些文献报道的方案或是只单方面考虑改善沥青耐热氧或抗紫外老化性能，或是试图通过改性剂的复配来综合改善沥青耐热氧和抗紫外老化性能，然而改善效果却不太理想。因此，需要探索新的提高沥青耐热氧和抗紫外老化性能的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种能同时耐热氧和抗紫外老化的耐老化热致变色改性沥青及其制备方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
本发明之耐老化热致变色改性沥青，主要由以下质量百分比的有效原料制成：沥青92.6～98％、热致变色粉末2～7.4％。
所述沥青是道路石油沥青，其软化点为42～53℃，25℃针入度大于40dmm（1 dmm＝1/10mm）。
所述热致变色粉末为崇裕科技股份有限公司生产的红色可逆感温变色材料、黑色可逆感温变色材料、蓝色可逆感温变色材料中的至少一种（市售产品）。其变色温度为28-32℃。
本发明之耐老化热致变色改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
（1）按各原料所占质量百分比为：沥青92.6～98％、热致变色粉末2～7.4％准备原料，备用；
（2）将沥青加入剪切搅拌机中，加热沥青至130～160℃，添加热致变色粉末，开动剪切搅拌机，在2000～4000 rpm的转速下高速搅拌0.5～1.5小时，保持温度为130～160℃，即得。
本发明的有益效果如下：
通过向沥青中引入一种新型材料（即热致变色粉末），制备得到的耐老化沥青同时具有优良的耐热氧和抗紫外老化性能，能有效延长沥青路面的使用寿命。
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。
实施例1
本实施例之耐老化热致变色改性沥青，由以下质量百分比的原料制成：沥青98％、热致变色粉末（黑色）2％。
所述沥青是道路石油沥青，其软化点为46.5℃，25℃针入度为64.2 dmm。
所述热致变色粉末为崇裕科技股份有限公司生产的黑色可逆感温变色材料。其变色温度为31℃。
本实施例之耐老化热致变色改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
（1）按各原料质量份数为：沥青98份、热致变色粉末（黑色）2份准备原料，备用；
（2）将沥青加入剪切搅拌机中，加热沥青至130℃，将2份热致变色粉末（黑色）加入到98份已升温至130℃的沥青中，开动剪切搅拌机，保持温度为135±5℃，在2000rpm的转速下搅拌0.5小时，即得。
对该改性沥青进行薄膜烘箱老化（TFOT），改性沥青老化前后的135℃粘度由481.3cp增加到746.9cp，其粘度老化指数为55.2%，软化点由47℃增加到55.4℃，软化点增量为8.4℃。而未加入热致变色粉末的沥青，TFOT老化前后135℃粘度由470cp增加到737.4cp，其粘度老化指数为56.9%，软化点由46.5℃增加到55.8℃，软化点增量为9.3℃。粘度和软化点测试方法分别按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E 20-2011）中T0661-2011和T 0606-2011的规定进行。二者相比，加入热致变色粉末（黑色）的沥青在TFOT老化前后，粘度老化指数和软化点增量均明显低于未加入热致变色粉末的沥青，因而本发明所得改性沥青具有更为优良的耐短期热氧老化性能。
实施例2
本实施例之耐老化热致变色改性沥青，由以下质量百分比的原料制成：沥青96.2％、热致变色粉末（黑色）3.8％。
所述沥青是道路石油沥青，其软化点为46.5℃，25℃针入度为64.2 dmm。
所述热致变色粉末为崇裕科技股份有限公司生产的黑色可逆感温变色材料。其变色温度为31℃。
本实施例之耐老化热致变色改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
（1）按各原料质量份数为：沥青96.2份、热致变色粉末3.8份准备原料，备用；
（2）将沥青加入剪切搅拌机中，加热沥青至140℃，将3.8份热致变色粉末加入到96.2份已升温至140℃的沥青中，开动剪切搅拌机，保持温度为140±5℃，在3000rpm的转速下搅拌1小时，即得。
对该改性沥青进行薄膜烘箱老化（TFOT），改性沥青老化前后的135℃粘度由532.5cp增加到809.4cp，其粘度老化指数为52%，软化点由47.3℃增加到54.8℃，软化点增量为7.5℃。而未加热致变色粉末的沥青，TFOT老化前后135℃粘度由470cp增加到737.4cp，其粘度老化指数为56.9%，软化点由46.5℃增加到55.8℃，软化点增量为9.3℃。粘度和软化点测试方法分别按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E 20-2011）中T 0661-2011和T 0606-2011的规定进行。二者相比，加入热致变色粉末（黑色）的沥青在TFOT老化前后，粘度老化指数和软化点增量均明显低于未加热致变色粉末的沥青，因而具有更为优良的耐短期热氧老化性能。且与实施例1相比，随着热致变色粉末用量的增加，沥青的耐短期热氧老化性能得到了进一步地提高。
实施例3
本实施例之耐老化热致变色改性沥青，由以下质量百分比的原料制成：沥青96.2％、热致变色粉末（黑色）3.8％。
所述沥青是道路石油沥青，其软化点为46.5℃，25℃针入度为64.2 dmm。
所述热致变色粉末为崇裕科技股份有限公司生产的黑色可逆感温变色材料。其变色温度为28℃。
本实施例之耐老化沥青的制备方法，包括以下步骤：
（1）按各原料质量份数为：沥青96.2份、热致变色粉末3.8份准备原料，备用；
（2）将沥青加入剪切搅拌机中，加热沥青至140℃，将3.8份热致变色粉末加入到96.2份已升温至140℃的沥青中，开动剪切搅拌机，保持温度为140±5℃，在3000rpm的转速下搅拌1小时，即得。
对该改性沥青在60℃紫外（UV）老化箱中进行6天UV老化，改性沥青UV老化前后的135℃粘度由532.5cp增加到859.5cp，其粘度老化指数为61.4%，软化点由47.3℃增加到56.9℃，软化点增量为9.6℃。而未加热致变色粉末的沥青，UV老化前后135℃粘度由470cp增加到818.7cp，其粘度老化指数为74.2%，软化点由46.5℃增加到57℃，软化点增量为10.5℃。粘度和软化点测试方法分别按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E 20-2011）中T 0661-2011和T 0606-2011的规定进行。二者相比，加入热致变色粉末（黑色）的沥青在UV老化前后，粘度老化指数和软化点增量均明显低于未加热致变色粉末的沥青，因而具有更为优良的抗紫外老化性能。
实施例4
本实施例之耐老化热致变色改性沥青，由以下质量百分比的原料制成：沥青92.6％、热致变色粉末（黑色）7.4％。
所述沥青是道路石油沥青，其软化点为46.5℃，25℃针入度为64.2 dmm。
所述热致变色粉末为崇裕科技股份有限公司生产的黑色可逆感温变色材料。其变色温度为32℃。
本实施例之耐老化热致变色改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
（1）按各原料质量份数为：沥青92.6份、热致变色粉末7.4份准备原料，备用；
（2）将沥青加入剪切搅拌机中，加热沥青至160℃，将7.4份热致变色粉末加入到92.6份已升温至160℃的沥青中，开动剪切搅拌机，保持温度为155±5℃，在4000rpm的转速下搅拌1.5小时，即得。
对该改性沥青进行压力老化烘箱（PAV）老化，改性沥青老化前后的135℃粘度由600cp增加到1644cp，其粘度老化指数为174%，软化点由48.4℃增加到63.3℃，软化点增量为14.9℃。而未加热致变色粉末的沥青，PAV老化前后135℃粘度由470cp增加到1378.0cp，其粘度老化指数为193.2%，软化点由46.5℃增加到63.8℃，软化点增量为17.3℃。粘度和软化点测试方法分别按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E 20-2011）中T 0661-2011和T 0606-2011的规定进行。二者相比，加入热致变色粉末（黑色）的沥青在PAV老化前后，粘度老化指数和软化点增量均明显低于未加热致变色粉末的沥青，因而具有更为优良的耐长期热氧老化性能。
实施例5
本实施例之耐老化热致变色改性沥青，由以下质量百分比的原料制成：沥青94.3％、热致变色粉末（红色）5.7％。
所述沥青是道路石油沥青，其软化点为46.5℃，25℃针入度为64.2 dmm。
所述热致变色粉末为崇裕科技股份有限公司生产的红色可逆感温变色材料。其变色温度为32℃。
本实施例之耐老化热致变色改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
（1）按各原料质量份数为：沥青94.3份、热致变色粉末5.7份准备原料，备用；
（2）将沥青加入剪切搅拌机中，加热沥青至150℃，将5.7份热致变色粉末加入到94.3份已升温至150℃的沥青中，开动剪切搅拌机，保持温度为150±5℃，在3500rpm的转速下搅拌1.2小时，即得。
对该改性沥青进行压力老化烘箱（PAV）老化，改性沥青老化前后的135℃粘度由587.5cp增加到1116.8cp，其粘度老化指数为90.1%，软化点由48.9℃增加到59.3℃，软化点增量为10.4℃。而未加热致变色粉末的沥青，PAV老化前后135℃粘度由470cp增加到1378.0cp，其粘度老化指数为193.2%，软化点由46.5℃增加到63.8℃，软化点增量为17.3℃。粘度和软化点测试方法分别按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E 20-2011）中T 0661-2011和T 0606-2011的规定进行。二者相比，加入热致变色粉末（红色）的沥青在PAV老化前后，粘度老化指数和软化点增量均明显低于未加热致变色粉末的沥青，因而具有更为优良的耐长期热氧老化性能。
实施例6
本实施例之耐老化热致变色改性沥青，由以下质量百分比的原料制成：沥青96.2％、热致变色粉末（红色）3.8％。
所述沥青是道路石油沥青，其软化点为49℃，25℃针入度为61.5 dmm。
所述热致变色粉末为崇裕科技股份有限公司生产的红色可逆感温变色材料。其变色温度为32℃。
本实施例之耐老化沥青的制备方法，包括以下步骤：
（1）按各原料质量份数为：沥青96.2份、热致变色粉末3.8份准备原料，备用；
（2）将沥青加入剪切搅拌机中，加热沥青至140℃，将3.8份热致变色粉末加入到96.2份已升温至140℃的沥青中，开动剪切搅拌机，保持温度为140±5℃，在3000rpm的转速下搅拌1小时，即得。
对该改性沥青在60℃紫外（UV）老化箱中进行6天UV老化，改性沥青UV老化前后的135℃粘度由559.4cp增加到909.4cp，其粘度老化指数为62.6%，软化点由49.4℃增加到56.7℃，软化点增量为7.3℃。而未加热致变色粉末的沥青，UV老化前后135℃粘度由509.4cp增加到865.6cp，其粘度老化指数为69.9%，软化点由49℃增加到57.6℃，软化点增量为8.6℃。粘度和软化点测试方法分别按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中T 0661-2011和T 0606-2011的规定进行。二者相比，加入热致变色粉末（红色）的沥青在UV老化前后，粘度老化指数和软化点增量均明显低于未加热致变色粉末的沥青，因而具有更为优良的抗紫外老化性能。
实施例7
本实施例之耐老化热致变色改性沥青，由以下质量百分比的原料制成：沥青96.2％、热致变色粉末（蓝色）3.8％。
所述沥青是道路石油沥青，其软化点为49℃，25℃针入度为61.5 dmm。
所述热致变色粉末为崇裕科技股份有限公司生产的蓝色可逆感温变色材料。其变色温度为28℃。
本实施例之耐老化热致变色改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
（1）按各原料质量份数为：沥青96.2份、热致变色粉末3.8份准备原料，备用；
（2）将沥青加入剪切搅拌机中，加热沥青至140℃，将3.8份热致变色粉末加入到96.2份已升温至140℃的沥青中，开动剪切搅拌机，保持温度为140±5℃，在3000rpm的转速下搅拌1小时，即得。
对该改性沥青进行薄膜烘箱老化（TFOT），改性沥青老化前后的135℃粘度由493.8cp增加到668.8cp，其粘度老化指数为35.4%，软化点由49℃增加到54.3℃，软化点增量为5.3℃。而未加热致变色粉末的沥青，TFOT老化前后135℃粘度由509.4cp增加到734.4cp，其粘度老化指数为44.2%，软化点由49℃增加到56.5℃，软化点增量为7.5℃。粘度和软化点测试方法分别按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E 20-2011）中T0661-2011和T 0606-2011的规定进行。二者相比，加入热致变色粉末（蓝色）的沥青在TFOT老化前后，粘度老化指数和软化点增量均明显低于未加热致变色粉末的沥青，因而具有更为优良的耐短期热氧老化性能。
实施例8
本实施例之耐老化热致变色改性沥青，由以下质量百分比的原料制成：沥青94.3％、热致变色粉末（红色）5.7％。
所述沥青是道路石油沥青，其软化点为46.5℃，25℃针入度为64.2dmm。
所述热致变色粉末为崇裕科技股份有限公司生产的红色可逆感温变色材料。其变色温度为32℃。
本实施例之耐老化热致变色改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
（1）按各原料质量份数为：沥青94.3份、热致变色粉末5.7份准备原料，备用；
（2）将沥青加入剪切搅拌机中，加热沥青至150℃，将5.7份热致变色粉末加入到94.3份已升温至150℃的沥青中，开动剪切搅拌机，保持温度为150±5℃，在3500rpm的转速下搅拌1.2小时，即得。
对该改性沥青在60℃紫外（UV）老化箱中进行6天UV老化，改性沥青UV老化前后的135℃粘度由587.5cp增加到887.7cp，其粘度老化指数为51.1%，软化点由48.9℃增加到57.5℃，软化点增量为8.6℃。而未加热致变色粉末的沥青，UV老化前后135℃粘度由470cp增加到818.7cp，其粘度老化指数为74.2%，软化点由46.5℃增加到57℃，软化点增量为10.5℃。粘度和软化点测试方法分别按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E 20-2011）中T 0661-2011和T 0606-2011的规定进行。二者相比，加入热致变色粉末（红色）的沥青在UV老化前后，粘度老化指数和软化点增量均明显低于未加热致变色粉末的沥青，因而具有更为优良的抗紫外老化性能。
Claims (2)
1.一种耐老化热致变色改性沥青，其特征在于，主要由以下质量百分比的有效原料制成：沥青92.6～98％、热致变色粉末2～7.4％；
所述沥青是道路石油沥青，其软化点为42～53℃，25℃针入度大于40dmm；
所述热致变色粉末为崇裕科技股份有限公司生产的红色可逆感温变色材料、黑色可逆感温变色材料、蓝色可逆感温变色材料中的至少一种；其变色温度为28-32℃。
2.一种制备如权利要求1所述的耐老化热致变色改性沥青的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按各原料所占质量百分比为：沥青92.6～98％、热致变色粉末2～7.4％准备原料，备用；
（2）将沥青加入剪切搅拌机中，加热沥青至130～160℃，添加热致变色粉末，开动剪切搅拌机，在2000～4000 rpm的转速下高速搅拌0.5～1.5小时，保持温度为130～160℃，即得。
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