CN108410191A - 一种表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂、耐紫外老化沥青及其制备方法 - Google Patents

一种表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂、耐紫外老化沥青及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂、耐紫外老化沥青及其制备方法。本发明通过采用强酸对镁铝基层状双氢氧化物进行刻蚀改性，可有效避免镁铝基层状双氢氧化物粒子间的团聚，改善其与沥青的相容性，并可大幅度提高其对紫外线的吸收性能，将其应用于沥青抗老化改性，可进一步有效提升所得改性沥青的抗紫外老化性能。

Description

一种表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂、耐紫外老化沥 青及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂、耐紫外老化沥青及其制备方法。
背景技术
沥青路面以其优良的路用性能、行车舒适性以及便于维护等优点而受到广泛的应用。然而，沥青作为一种有机材料，受到光、氧、热等自然环境因素的影响易发生老化，尤其在高能紫外线的照射下，沥青分子中的弱键易断裂，使沥青变硬变脆，导致沥青混合料抗低温开裂性能和耐疲劳性能下降，路面容易产生裂缝、车辙、坑槽等病害。
添加改性剂对沥青进行改性是提高沥青抗紫外老化性能的有效途径之一。专利CN102181161A公开了一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化沥青，采用镁铝基层状双氢氧化物作为一种紫外屏蔽剂，以提高沥青的抗紫外老化性能。但镁铝基层状双氢氧化物是一种表面含有大量羟基的无机粉末，因其较高的表面能和氢键作用，极易发生团聚，且与沥青的相容性差，易在沥青中发生团聚沉降等问题，将大大降低镁铝基层状双氢氧化物对沥青的紫外防护作用。此外，镁铝基层状双氢氧化物对沥青抗紫外老化性能的改善效果仍然有限，其自身抗抗紫外老化性能还有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗老化能力优异的表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂、耐紫外老化沥青及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用强酸对镁铝基层状双氢氧化物进行刻蚀处理，通过表面刻蚀不仅解决了镁铝基层状双氢氧化物易团聚、与沥青之间相容性差的难题，并可大幅度提高镁铝基层状双氢氧化物对紫外线的吸收能力，将表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂应用于沥青抗老化改性，可显著提升沥青的抗紫外老化性能。
所述的镁铝基层状双氢氧化物采用专利CN102180614A公开的方法制得(耐老化沥青用镁铝基层状双氢氧化物紫外阻隔材料)。
所述的镁铝基层状双氢氧化物的粒径为100～220nm(按在晶胞a、b轴方向的粒径大小记)，优选160～190nm。
所述强酸为硫酸、硝酸或氢氟酸，其中优选硝酸。
所述的强酸浓度为0.01～1mol/L。
所述刻蚀处理工艺包括如下步骤：配制浓度为0.01～1mol/L的强酸溶液，将其用作刻蚀液与镁铝基层状双氢氧化物以质量比为80～200:1的比例混合均匀，加热至40～60℃，搅拌反应55～85min，然后依次进行抽滤、洗涤、干燥，最后碾磨粉碎后过200目筛，即制得表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂。
所述干燥温度为70℃，时间为24小时。
本发明还提供了一种耐紫外老化沥青，包括沥青和表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂，各原料所占质量百分比为：沥青94～98％，表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂2～6％。
所述的沥青可选用道路石油沥青、SBS改性沥青或SBR改性沥青等。
上述一种耐紫外老化沥青的制备方法，包括如下步骤：1)按配比称取沥青和表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂；2)将称取的沥青加热至140～180℃，添加表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂，开动高速剪切机在3000～4000rpm的转速下搅拌1～2小时，即制得耐紫外老化沥青。
本发明的有益效果为：
1)采用强酸对镁铝基层状双氢氧化物进行刻蚀处理，一方面可使镁铝基层状双氢氧化物表面羟基部分脱落，以减弱镁铝基层状双氢氧化物粒子间的氢键相互作用，从而有效避免镁铝基层状双氢氧化物粒子间的团聚，同时镁铝基层状双氢氧化物表面亲水性羟基的减少，可明显改善其与沥青的相容性；另一方面，刻蚀处理可提高镁铝基层状双氢氧化物表面电位，有利于改善镁铝基层状双氢氧化物粒子在沥青中的分散性。
2)镁铝基层状双氢氧化物虽对紫外线具有优良的反射能力，但对紫外线的吸收能力很弱，本发明通过对镁铝基层状双氢氧化物进行酸刻蚀处理，在改善与沥青之间的相容性及其在沥青中分散性的同时，可降低镁铝基层状双氢氧化物的禁带宽度，大幅度提高其对紫外线的吸收性能，使镁铝基层状双氢氧化物对紫外线同时具有很好地反射和吸收性能，从而进一步有效提升镁铝基层状双氢氧化物抗紫外线能力以及用其制备的改性沥青的抗紫外老化性能。
3)镁铝基层状双氢氧化物表面刻蚀产生的缺陷空位易吸收沥青及沥青改性剂老化过程中产生的自由基，阻碍了沥青及沥青改性剂自由基与氧气结合氧化反应以及自由基连锁反应的发生，进一步提升沥青的抗老化性能。
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。
以下实施例中的镁铝基层状双氢氧化物采用专利CN102180614A公开的方法制得，具体制备过程如下：将可溶性镁盐和可溶性铝盐按摩尔比为Mg2+/Al3+＝2.0的比例溶于去离子水中配成混合盐溶液，其中[Mg2+]＝1.5mol/L，按n(Na2CO3)/n(Al3+)＝2.0，n(NaOH)/[n(Mg2+)+n(Al3+)]＝2.1的比例，将NaOH和Na2CO3溶于去离子水中配成混合碱溶液，该混合碱溶液的体积为混合盐溶液体积的1.5倍，n(NaOH)、n(Mg2+)、n(Al3+)、n(Na2CO3)为NaOH、Mg2+、Al3+、Na2CO3的摩尔分数；将混合盐溶液和混合碱溶液同时加入旋转液膜反应器中快速成核，得到的浆液中加入模板剂正辛烷和十二烷基磺酸钠，正辛烷和十二烷基磺酸钠的加入量为浆液的固含物质量的0.5％，正辛烷和十二烷基磺酸钠的物质的量比例为1.0，然后在80℃晶化18h，洗涤、干燥后得到镁铝基层状双氢氧化物，其组成为Mg0.67Al0.33(OH)2(CO3)0.17·0.6H2O，其a、b方向上的粒径为180nm，c轴方向厚度为65nm。
实施例1
改性剂
一种表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂，其制备方法包括如下步骤：将去离子水与硝酸配置成浓度为0.1mol/L的刻蚀液；再将刻蚀液与镁铝基层状双氢氧化物按质量比为100:1，在50℃下反应70min，在反应结束后将反应物减压抽滤洗涤3次，后置于温度为70℃的烘箱中干燥24小时，取出干燥固体在高速粉碎机中粉碎，过200目筛，即得到表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂。
耐紫外老化沥青
将本实施例所得表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂应用于制备耐紫外老化沥青，具体包括如下步骤：将97份(质量份，下同)道路石油沥青(25℃针入度76dmm，软化点49.1℃)加热至150℃，添加3份表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂，开动高速剪切机，在3000rpm的转速下高速搅拌1小时，制备得到表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性的耐紫外老化沥青。
将未进行刻蚀的镁铝基层状双氢氧化物改性剂与本发明所得改性剂进行对比，在相同条件下制得镁铝基层状双氢氧化物改性沥青(对比例1)，并与本实施例所得表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性的耐紫外老化沥青分别进行紫外加速老化试验(紫外光强度1200μw/cm2，温度为60℃，老化时间9天，下同)，然后分别测试其软化点和10℃延度，测试结果见表1。
表1实施例1所得耐紫外老化沥青及对比例1紫外老化前后性能测试数据
两者相比，紫外老化前，表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性沥青的延度大于对比例1所得改性沥青，表明表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物较未刻蚀的镁铝基层状双氢氧化物在沥青中具有更好的分散性，紫外老化后，表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性沥青软化点增大值和10℃延度降低值均明显小于对比例1所得改性沥青，说明经表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性的沥青具有比对比样更优异的耐紫外老化性能。
实施例2
改性剂
一种表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂，其制备方法包括如下步骤：将去离子水与硫酸配置成浓度为0.5mol/L的刻蚀液；再将刻蚀液与镁铝基层状双氢氧化物按质量比为80:1，在50℃下反应80min，在反应结束后将反应物减压抽滤洗涤3次，后置于温度为70℃的烘箱中干燥24小时，取出干燥固体在高速粉碎机中粉碎，过200目筛，即得到表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂。
耐紫外老化沥青
将本实施例所得表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂应用于制备耐紫外老化沥青，具体包括如下步骤：将95份道路石油沥青(25℃针入度76dmm，软化点49.1℃)加热至140℃，添加5份表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂，开动高速剪切机，在3000rpm的转速下高速搅拌1小时，制备得到表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性的耐紫外老化沥青。
将未进行刻蚀处理的镁铝基层状双氢氧化物改性剂与本发明所得改性剂进行对比，在相同条件下制得镁铝基层状双氢氧化物改性沥青(对比例2)，并与本实施例所得表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性的耐紫外老化沥青分别进行紫外加速老化试验，然后分别测试其软化点和10℃延度，测试结果见表2。
表2实施例2所得耐紫外老化沥青及对比例2紫外老化前后性能测试数据
两者相比，紫外老化前，表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性沥青的延度大于对比例2所得改性沥青，表明表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物较未刻蚀的镁铝基层状双氢氧化物在沥青中具有更好的分散性，紫外老化后，表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性沥青软化点增大值和10℃延度降低值均小于对比例2所得改性沥青，说明经表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性的沥青具有比对比样更优异的耐紫外老化性能。
实施例3
改性剂
一种表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂，其制备方法包括如下步骤：将去离子水与硝酸配置成浓度为0.3mol/L的刻蚀液；再将刻蚀液与镁铝基层状双氢氧化物按质量比为100:1，在60℃下反应60min，在反应结束后将反应物减压抽滤洗涤3次，后置于温度为70℃的烘箱中干燥24小时，取出干燥固体在高速粉碎机中粉碎，过200目筛，即得到表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂。
耐紫外老化沥青
将本实施例所得表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂应用于制备耐紫外老化沥青，具体包括如下步骤：将96份SBS改性沥青(25℃针入度34dmm，软化点69.2℃)加热至180℃，添加2份表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂，开动高速剪切机，在3500rpm的转速下高速搅拌2小时，制备得到表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性的耐紫外老化沥青。
将未进行刻蚀处理的镁铝基层状双氢氧化物改性剂与本发明所得改性剂进行对比，在相同条件下制得镁铝基层状双氢氧化物改性沥青(对比例3)，并与本实施例所得表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性的耐紫外老化沥青分别进行紫外加速老化试验，然后分别测试其软化点和5℃延度，测试结果见表3。
表3实施例3所得耐紫外老化沥青及对比例5紫外老化前后性能测试数据
两者相比，紫外老化前，表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性沥青的延度大于对比例3所得改性沥青，表明表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物较未刻蚀的镁铝基层状双氢氧化物在沥青中具有更好的分散性，紫外老化后，表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性沥青软化点增大值和5℃延度降低值均小于对比例3所得改性沥青，说明经表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性的沥青具有比对比样更优异的耐紫外老化性能。
实施例4
改性剂
一种表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂，其制备方法包括如下步骤：将去离子水与氢氟酸配置成浓度为0.1mol/L的刻蚀液；再将刻蚀液与镁铝基层状双氢氧化物按质量比为150:1，在55℃下反应55min，在反应结束后将反应物减压抽滤洗涤3次，后置于温度为70℃的烘箱中干燥24小时，取出干燥固体在高速粉碎机中粉碎，过200目筛，即得到表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂。
耐紫外老化沥青
将本实施例所得表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂应用于制备耐紫外老化沥青，具体包括如下步骤：将95份SBS改性沥青(25℃针入度34dmm，软化点69.2℃)加热至180℃，添加5份表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂，开动高速剪切机，在3500rpm的转速下高速搅拌2小时，制备得到表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性的耐紫外老化沥青。
将未进行刻蚀处理的镁铝基层状双氢氧化物改性剂与本发明所得改性剂进行对比，在相同条件下制得镁铝基层状双氢氧化物改性沥青(对比例4)，并与本实施例所得表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性的耐紫外老化沥青分别进行紫外加速老化试验，然后分别测试其软化点和5℃延度，测试结果见表4。
表4实施例4所得耐紫外老化沥青及对比例4紫外老化前后性能测试数据
两者相比，紫外老化前，表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性沥青的延度大于对比例4所得改性沥青，表明表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物较未刻蚀的镁铝基层状双氢氧化物在沥青中具有更好的分散性，紫外老化后，表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性沥青软化点增大值和5℃延度降低值均小于对比例4所得改性沥青，说明经表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性的沥青具有比对比样更优异的耐紫外老化性能。
实施例5
改性剂
一种表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂，其制备方法包括如下步骤：将去离子水与硝酸配置成浓度为1.0mol/L的刻蚀液；再将刻蚀液与镁铝基层状双氢氧化物按质量比为150:1，在40℃下反应85min，在反应结束后将反应物减压抽滤洗涤3次，后置于温度为70℃的烘箱中干燥24小时，取出干燥固体在高速粉碎机中粉碎，过200目筛，即得到表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂。
耐紫外老化沥青
将本实施例所得表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂应用于制备耐紫外老化沥青，具体包括如下步骤：将94份SBR改性沥青(25℃针入度62dmm，软化点56.2℃)加热至170℃，添加6份表面刻蚀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1.5小时，制备得到表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性的耐紫外老化沥青。
将未进行刻蚀处理的镁铝基层状双氢氧化物改性剂与本发明所得改性剂进行对比，在相同条件下制得镁铝基层状双氢氧化物改性沥青(对比例5)，并与本实施例所得表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性的耐紫外老化沥青分别进行紫外加速老化试验，然后分别测试其软化点和5℃延度，测试结果见表5。
表5实施例5所得耐紫外老化沥青及对比例5紫外老化前后性能测试数据
两者相比，紫外老化前，表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性沥青的延度大于对比例5所得改性沥青，表明表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物较未刻蚀的镁铝基层状双氢氧化物在沥青中具有更好的分散性；且紫外老化后，表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性沥青软化点增大值和5℃延度降低值均小于对比例5所得改性沥青，说明经表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性的沥青具有比对比样更优异的耐紫外老化性能。
实施例6
改性剂
一种表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂，其制备方法包括如下步骤：将去离子水与硝酸配置成浓度为0.01mol/L的刻蚀液；再将刻蚀液与镁铝基层状双氢氧化物按质量比为200:1，在55℃下反应60min，在反应结束后将反应物减压抽滤洗涤3次，后置于温度为70℃的烘箱中干燥24小时，取出干燥固体在高速粉碎机中粉碎，过200目筛，即得到表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂。
耐紫外老化沥青
将本实施例所得表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂应用于制备耐紫外老化沥青，具体包括如下步骤：将96份SBR改性沥青(25℃针入度62dmm，软化点56.2℃)加热至170℃，添加4份表面刻蚀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1.5小时，制备得到表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性的耐紫外老化沥青。
将未进行刻蚀处理的镁铝基层状双氢氧化物改性剂与本发明所得改性剂进行对比，在相同条件下制得镁铝基层状双氢氧化物改性沥青(对比例6)，并与本实施例所得表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性的耐紫外老化沥青分别进行紫外加速老化试验，然后分别测试其软化点和5℃延度，测试结果见表6。
表6实施例6所得耐紫外老化沥青及对比例6紫外老化前后性能测试数据
两者相比，紫外老化前，表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性沥青的延度大于对比例6所得改性沥青，表明表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物较未刻蚀的镁铝基层状双氢氧化物在沥青中具有更好的分散性，紫外老化后，表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性沥青软化点增大值和5℃延度降低值均小于对比例6所得改性沥青，说明经表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性的沥青具有比对比样更优异的耐紫外老化性能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂，采用强酸对镁铝基层状双氢氧化物进行刻蚀处理而成。
2.根据权利要求1所述的表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂，其特征在于，所述镁铝基层状双氢氧化物的粒径为100～220nm。
3.根据权利要求1所述的表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂，其特征在于，所述强酸为硫酸、硝酸或氢氟酸。
4.根据权利要求1所述的表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂，其特征在于，所述强酸的浓度为0.01～1mol/L。
5.根据权利要求1所述的表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂，其特征在于，所述刻蚀处理工艺包括如下步骤：配制浓度为0.01～1mol/L的强酸溶液，将其用作刻蚀液与镁铝基层状双氢氧化物以80～200:1的质量比混合均匀，加热至40～60℃，搅拌反应55～85min，然后依次进行抽滤、洗涤、干燥，最后碾磨粉碎后过200目筛，即制得表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂。
6.一种耐紫外老化沥青，其特征在于，包括沥青和表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂，各原料所占质量百分比为：沥青94～98％，表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂2～6％。
7.根据权利要求6所述的耐紫外老化沥青，其特征在于，所述沥青为道路石油沥青、SBS改性沥青或SBR改性沥青。
8.权利要求6或7所述耐紫外老化沥青的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)按配比称取沥青和表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂；2)将称取的沥青加热至140～180℃，添加表面刻蚀镁铝基层状双氢氧化物改性剂，开动高速剪切机在3000～4000rpm的转速下搅拌1～2小时，即制得耐紫外老化沥青。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007031189A (ja) * 2005-07-25 2007-02-08 National Institute For Materials Science 層状複水酸化物を剥離する方法、複水酸化物ナノシート、該複合薄膜材料、該製造方法、および、層状複水酸化物薄膜材料の製造方法
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CN104312170A (zh) * 2014-10-10 2015-01-28 南安市国高建材科技有限公司 一种环保型弹性体改性沥青防水材料及制备方法
CN105038265A (zh) * 2015-07-09 2015-11-11 石狮国高电子科技有限公司 一种改性废渣耐火防水板材及制备方法

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