CN108530918A - 一种高效抗老化的改性沥青 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效抗老化的改性沥青，其由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，复合改性剂4‑6份、表面活性剂0.8‑3份、相容剂0.5‑2份、稳定剂0.1‑2份、抗老化剂2‑6份。本发明的改性沥青经过特定配比，不仅很好地解决了SBS改性沥青的储存稳定性问题，而且可以显著提高沥青路面的高温稳定性并改善低温抗裂性，具有抗老化性能好的优点，而且全面改善了改性沥青的针入度、软化点、延度等指标，延长沥青路面的使用寿命。

Description

一种高效抗老化的改性沥青

技术领域

本发明涉及道路建筑材料技术领域，特别是涉及了一种高效抗老化的改性沥青。

背景技术

沥青具有优良的可塑性和粘结性，用作道路、桥梁铺装材料有着悠久的历史。我国幅员辽阔，南北温度、湿度、光照等自然环境相差极大，并且随着我国国民经济的迅猛发展，交通量的迅速增加，普通沥青混凝土路面面临着严峻考验。国内外道路、桥梁的建设中，对沥青材料的性能要求也越来越苛刻，要求高温下抗车辙、低温下不开裂、抗水害等，并且希望具有较长的使用寿命，而现有的普通沥青并不能满足这些要求，因此需要对其进行改性。

但是现有的改性沥青的性能仍然有待提高。

发明内容

为了弥补已有技术的缺陷，本发明提供一种高效抗老化的改性沥青。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

一种高效抗老化的改性沥青，其由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，复合改性剂4-6份、表面活性剂0.8-3份、相容剂0.5-2份、稳定剂0.1-2份、抗老化剂2-6份。

进一步地，所述的基质沥青为道路石油沥青。

进一步地，所述表面活性剂为季铵盐型阳离子表面活性剂。

进一步地，所述相容剂为糠醛抽出油。

进一步地，所述稳定剂为硫磺。

进一步地，所述抗老化剂由活化橡胶粉、二亚磷酸季戊四醇二异癸酯、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、和纳米氧化锌以质量比2:1:2:2混合制成。

本发明中，活化橡胶粉对氧具有较好的阻隔作用，二亚磷酸季戊四醇二异癸酯可捕获活性自由基，分解氢过氧化物；2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮对紫外光具有很强的吸收能力并可将吸收的紫外光转化为热能耗散出去，同时可捕获光自由基；纳米氧化锌可以有效的削弱阳光中的紫外线对沥青的物理破坏。本发明中，将活化橡胶粉、二亚磷酸季戊四醇二异癸酯、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、和纳米氧化锌复配，这些成分在抗老化性能方面具有显著的协同作用，可以使得沥青抗老化性能更为优异，较之传统的抗老化剂，能显著减缓沥青的老化速度和程度，提高沥青路面的耐久性，延长沥青路面的使用寿命。

进一步地，所述复合改性剂由改性SBS粉末、改性硅藻土、RET沥青改性剂按照重量比2:1:1混合而成。

进一步地，所述改性SBS粉末的制备方法为：按重量份数计，取10份SBS聚合物、0.05-0.08份乙烯基三甲氧基硅烷、1-1.7份马来酸酐和0.5-0.8份甲基丙烯酸甲酯加入15份环己烷中，然后加热到60-70℃溶解，再加入50份温度为68℃的水中以2000r/min的转速搅拌乳化，乳化后以300-500r/min的转速持续搅拌，再加入0.01-0.012份过氧化二苯甲酰反应1-1.5h，反应结束后降温，然后过滤，过滤产物经丙酮洗涤后干燥，得到改性SBS粉末。

进一步地，所述改性硅藻土的制备方法为：

（1）将硅藻土球磨成粒径为30-120μm后，在420-480℃温度下烧制处理 40-80min后得到第一硅藻土处理物；

（2）将第一硅藻土处理物和质量浓度为95％的无水乙醇的混合溶液放入玻璃容器内，并将玻璃容器置于超声清洗机中，在功率700-1000W、工作频率28-40KHz 的条件下超声处理20-35min后，采用孔径为1-3μm的滤纸进行分离，过滤得到滤纸上层物；将上层物在120-145℃下干燥4-6h后制得第二硅藻土处理物；其中，第一硅藻土处理物与无水乙醇溶液的用量为：100ml的无水乙醇溶液中加入 2-5g第一硅藻土处理物；

（3）将第二硅藻土处理物在氮气保护作用下于260-280℃下处理2-3小时，得到第三硅藻土处理物；

（4）将第三硅藻土处理物放入到处理液中浸泡处理25-30min，期间加热保持处理液的温度为65-75℃，产物经过滤，用蒸馏水多次洗涤，再抽滤后烘干得到第四硅藻土处理物；所述处理液中各成分及其对应重量份为：7-10 份壬基酚聚氧乙烯醚、3-5份硫代硫酸钠、50-55份水；

（5）将第四硅藻土处理物、二硬脂酰氧异丙氧基铝酸酯及氯化钠以质量比96-98:1:1投入高速混合机内，温度控制在60-80℃，在600转/分-1000转/分的条件下搅拌30-45分钟，搅拌完成后，冷却至常温。

SBS(Styreneic Block Copolymers，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物)改性沥青由于其出色的力学性能以及耐高低温性能、弹性恢复性能，已成为应用最多的改性沥青，占到了全部改性沥青需求的70％以上。尽管如此，传统SBS改性沥青在实际工程中仍然存在不少问题，首先是成本问题，SBS沥青改性剂的价格较高，一般为沥青价格的3-5倍，其掺量要达到一定的程度才会有较好的改性效果，如果在沥青改性过程中使用过多的SBS，势必导致改性沥青的制备成本过高，这样也不利于生产推广；其次，SBS改性沥青是将高分子聚合物改性剂SBS作为分散相，在160-180℃沥青中经过一定时间的溶胀发育后，经过胶体磨将SBS以一定的粒径均匀地分散到连续相沥青之中重新构成的体系。但是，这种物理分散途径实现的改性沥青方式，使得SBS和沥青两相之间极易发生离析现象，并且这种现象在星型SBS改性沥青制备和使用过程中更为严重。因此，如何提高SBS在沥青中分散效果和热稳定性，避免SBS改性沥青离析现象，成为改性沥青研究领域的重要技术问题。另外，在降低SBS用量的基础上保证和提高改性沥青性能具有十分重要的现实意义。

CN107641328A公开了一种沥青改性剂的制备方法，其包括以下步骤：S1.按重量份数计，取10份SBS聚合物、0.05～0.08份乙烯基三甲氧基硅烷、1～1.7份马来酸酐和0.5～0.8份甲基丙烯酸甲酯加入15份环己烷中，然后加热到60～70℃溶解，再加入50份温度为68℃的水中以2000r/min的转速搅拌乳化，乳化后以300～500r/min的转速持续搅拌，再加入0.01～0.012份过氧化二苯甲酰反应1～1.5h，反应结束后降温，然后过滤，过滤产物经丙酮洗涤后干燥，得到改性SBS粉末；S2.按重量份数计，将10份改性SBS粉末、1～2份多聚磷酸、0.5～0.8份相容剂和2～4份环氧树脂粉末混合，得到沥青改性剂。其解决了SBS沥青改性剂与沥青相容性差的问题。但发明人在工程实践中发现，使用此改性剂改性的道路沥青的低温性能改善有限，用于沥青改性中存在低温下韧性不高的缺点。发明人经过研究发现，将上述改性SBS粉末与改性硅藻土、RET沥青改性剂复配作为改性剂，不仅能显著增加SBS改性沥青的稳定性，避免离析的出现，而且能克服上述缺点。本发明的复合改性剂用于改性沥青的制备是一个复杂的物理化学过程，既存在物理共混又发生了化学反应，同时体系相态结构发生了转变，可以得到性能优良的空间结构，全面提升沥青的性能；另一方面，可以减少SBS沥青改性剂的用量，降低SBS 改性沥青的生产成本。

本发明的复合改性剂，不仅提高了SBS与沥青之间的相容性，有效缓解沥青在使用中的离析，很好地解决了SBS改性沥青的储存稳定性问题，而且全面改善了改性沥青的针入度、软化点、延度等指标，沥青在低温下的韧性大大提高，改善低温抗裂性，具有良好的改性效果。

本发明中，先以马来酸酐和甲基丙烯酸甲酯接枝改性SBS聚合物，引入极性基团、强化SBS聚合物的极性，同时以乙烯基三甲氧基硅烷为交联剂，对SBS聚合物、马来酸酐和甲基丙烯酸甲酯进行交联，一方面交联剂可以提高马来酸酐和甲基丙烯酸甲酯与SBS聚合物链之间的连接几率，从而提高马来酸酐和甲基丙烯酸甲酯在SBS聚合物上的接枝率，提高物料利用率；另一方面交联剂中含有有机硅，能够提高SBS聚合物的粘度，使得SBS聚合物的附着效果更好，从而强化SBS改性剂与沥青之间的结合力。本发明从根本上即材料自身结构出发，改善SBS与沥青相容性不佳的问题。

本发明中，RET沥青改性剂能够提高基质沥青的疲劳寿命，改善其高温抗车辙、抗剥离、防止低温开裂的能力等。而且，RET沥青改性剂能够改善沥青的储存稳定性，有利于SBS改性沥青的大批量生产和重复加热使用。

本发明中，硅藻土的性质经过本申请采用的改性技术手段后不仅具有更好的交联性质还能够降低沥青本身的软化点，在熔合阶段使得沥青焦更加致密，在基质沥青中混入改性硅藻土，也会降低沥青路面的导热系数，增强沥青路面对热量的抵抗能力，延长沥青路面的寿命。

发明人发现，在加入上述改性硅藻土后，能够再次激发改性SBS和RET沥青改性剂的改性作用，使得沥青的交联网络结构更加紧密，在保证混合沥青延展性的同时大幅提高了沥青材料的力学性能。

本发明以改性SBS粉末、改性硅藻土、RET沥青改性剂复配作为改性剂对基质沥青进行改性处理，并严格控制各组分的含量比例，极大的促进了各组分的交互作用，相其技术效果并不是简单的叠加，体现在力学性能指标和其他性 能参数均得到很大的提高，实现了“1+1+1>3”的技术效果。

进一步地，所述改性沥青的制备方法包括如下步骤：

（1）按配比称取各原料；（2）将基质沥青升温至170-190℃，依次加入所述的复合改性剂、表面活性剂、相容剂、抗老化剂搅拌均匀，熔胀30-60分钟，然后用胶体磨高速剪切2-4遍，最后加入上述的稳定剂，高速搅拌1-4小时即得。

本发明具有如下有益效果：

本发明的改性沥青经过特定配比，不仅很好地解决了SBS改性沥青的储存稳定性问题，而且可以显著提高沥青路面的高温稳定性并改善低温抗裂性，具有抗老化性能好的优点，而且全面改善了改性沥青的针入度、软化点、延度等指标，延长沥青路面的使用寿命。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。

实施例1

一种高效抗老化的改性沥青，其由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，复合改性剂5份、表面活性剂2份、相容剂1份、稳定剂1份、抗老化剂4份。

其中，所述的基质沥青为道路石油沥青；所述表面活性剂为季铵盐型阳离子表面活性剂；所述相容剂为糠醛抽出油；所述稳定剂为硫磺；所述抗老化剂由活化橡胶粉、二亚磷酸季戊四醇二异癸酯、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、和纳米氧化锌以质量比2:1:2:2混合制成。

所述复合改性剂由改性SBS粉末、改性硅藻土、RET沥青改性剂按照重量比2:1:1混合而成。

其中，所述改性SBS粉末的制备方法为：按重量份数计，取10份SBS聚合物、0.06份乙烯基三甲氧基硅烷、1.2份马来酸酐和0.6份甲基丙烯酸甲酯加入15份环己烷中，然后加热到65℃溶解，再加入50份温度为68℃的水中以2000r/min的转速搅拌乳化，乳化后以400r/min的转速持续搅拌，再加入0.01份过氧化二苯甲酰反应1.2h，反应结束后降温，然后过滤，过滤产物经丙酮洗涤后干燥，得到改性SBS粉末。

所述改性硅藻土的制备方法为：

（1）将硅藻土球磨成粒径为30-120μm后，在460℃温度下烧制处理 60min后得到第一硅藻土处理物；

（2）将第一硅藻土处理物和质量浓度为95％的无水乙醇的混合溶液放入玻璃容器内，并将玻璃容器置于超声清洗机中，在功率800W、工作频率32KHz 的条件下超声处理28min后，采用孔径为2μm的滤纸进行分离，过滤得到滤纸上层物；将上层物在135℃下干燥5h后制得第二硅藻土处理物；其中，第一硅藻土处理物与无水乙醇溶液的用量为：100ml的无水乙醇溶液中加入 3g第一硅藻土处理物；

（3）将第二硅藻土处理物在氮气保护作用下于270℃下处理2.5小时，得到第三硅藻土处理物；

（4）将第三硅藻土处理物放入到处理液中浸泡处理28min，期间加热保持处理液的温度为70℃，产物经过滤，用蒸馏水多次洗涤，再抽滤后烘干得到第四硅藻土处理物；所述处理液中各成分及其对应重量份为：8 份壬基酚聚氧乙烯醚、4份硫代硫酸钠、52份水；

（5）将第四硅藻土处理物、二硬脂酰氧异丙氧基铝酸酯及氯化钠以质量比97:1:1投入高速混合机内，温度控制在70℃，在800转/分的条件下搅拌38分钟，搅拌完成后，冷却至常温。

所述改性沥青的制备方法包括如下步骤：

（1）按配比称取各原料；（2）将基质沥青升温至180℃，依次加入所述的复合改性剂、表面活性剂、相容剂、抗老化剂搅拌均匀，熔胀50分钟，然后用胶体磨高速剪切3遍，最后加入上述的稳定剂，高速搅拌3小时即得。

实施例2

一种高效抗老化的改性沥青，其由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，复合改性剂4份、表面活性剂0.8份、相容剂0.5份、稳定剂0.1份、抗老化剂2份。

其中，所述的基质沥青为道路石油沥青；所述表面活性剂为季铵盐型阳离子表面活性剂；所述相容剂为糠醛抽出油；所述稳定剂为硫磺；所述抗老化剂由活化橡胶粉、二亚磷酸季戊四醇二异癸酯、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、和纳米氧化锌以质量比2:1:2:2混合制成。

所述复合改性剂由改性SBS粉末、改性硅藻土、RET沥青改性剂按照重量比2:1:1混合而成。

其中，所述改性SBS粉末的制备方法为：按重量份数计，取10份SBS聚合物、0.05份乙烯基三甲氧基硅烷、1份马来酸酐和0.5份甲基丙烯酸甲酯加入15份环己烷中，然后加热到60℃溶解，再加入50份温度为68℃的水中以2000r/min的转速搅拌乳化，乳化后以300r/min的转速持续搅拌，再加入0.01份过氧化二苯甲酰反应1h，反应结束后降温，然后过滤，过滤产物经丙酮洗涤后干燥，得到改性SBS粉末。

所述改性硅藻土的制备方法为：

（1）将硅藻土球磨成粒径为30-120μm后，在420℃温度下烧制处理 40-80min后得到第一硅藻土处理物；

（2）将第一硅藻土处理物和质量浓度为95％的无水乙醇的混合溶液放入玻璃容器内，并将玻璃容器置于超声清洗机中，在功率700W、工作频率28KHz 的条件下超声处理20min后，采用孔径为1μm的滤纸进行分离，过滤得到滤纸上层物；将上层物在120℃下干燥4h后制得第二硅藻土处理物；其中，第一硅藻土处理物与无水乙醇溶液的用量为：100ml的无水乙醇溶液中加入 2g第一硅藻土处理物；

（3）将第二硅藻土处理物在氮气保护作用下于260℃下处理2小时，得到第三硅藻土处理物；

（4）将第三硅藻土处理物放入到处理液中浸泡处理25min，期间加热保持处理液的温度为65℃，产物经过滤，用蒸馏水多次洗涤，再抽滤后烘干得到第四硅藻土处理物；所述处理液中各成分及其对应重量份为：7份壬基酚聚氧乙烯醚、3份硫代硫酸钠、50份水；

（5）将第四硅藻土处理物、二硬脂酰氧异丙氧基铝酸酯及氯化钠以质量比96:1:1投入高速混合机内，温度控制在60℃，在600转/分的条件下搅拌30-45分钟，搅拌完成后，冷却至常温。

所述改性沥青的制备方法包括如下步骤：

（1）按配比称取各原料；（2）将基质沥青升温至170℃，依次加入所述的复合改性剂、表面活性剂、相容剂、抗老化剂搅拌均匀，熔胀30分钟，然后用胶体磨高速剪切2遍，最后加入上述的稳定剂，高速搅拌1小时即得。

实施例3

一种高效抗老化的改性沥青，其由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，复合改性剂6份、表面活性剂3份、相容剂2份、稳定剂2份、抗老化剂6份。

其中，所述的基质沥青为道路石油沥青；所述表面活性剂为季铵盐型阳离子表面活性剂；所述相容剂为糠醛抽出油；所述稳定剂为硫磺；所述抗老化剂由活化橡胶粉、二亚磷酸季戊四醇二异癸酯、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、和纳米氧化锌以质量比2:1:2:2混合制成。

所述复合改性剂由改性SBS粉末、改性硅藻土、RET沥青改性剂按照重量比2:1:1混合而成。

其中，所述改性SBS粉末的制备方法为：按重量份数计，取10份SBS聚合物、0.08份乙烯基三甲氧基硅烷、1.7份马来酸酐和0.8份甲基丙烯酸甲酯加入15份环己烷中，然后加热到70℃溶解，再加入50份温度为68℃的水中以2000r/min的转速搅拌乳化，乳化后以500r/min的转速持续搅拌，再加入0.012份过氧化二苯甲酰反应1.5h，反应结束后降温，然后过滤，过滤产物经丙酮洗涤后干燥，得到改性SBS粉末。

所述改性硅藻土的制备方法为：

（1）将硅藻土球磨成粒径为30-120μm后，在480℃温度下烧制处理 40-80min后得到第一硅藻土处理物；

（2）将第一硅藻土处理物和质量浓度为95％的无水乙醇的混合溶液放入玻璃容器内，并将玻璃容器置于超声清洗机中，在功率1000W、工作频率40KHz 的条件下超声处理35min后，采用孔径为3μm的滤纸进行分离，过滤得到滤纸上层物；将上层物在145℃下干燥6h后制得第二硅藻土处理物；其中，第一硅藻土处理物与无水乙醇溶液的用量为：100ml的无水乙醇溶液中加入 5g第一硅藻土处理物；

（3）将第二硅藻土处理物在氮气保护作用下于280℃下处理3小时，得到第三硅藻土处理物；

（4）将第三硅藻土处理物放入到处理液中浸泡处理25-30min，期间加热保持处理液的温度为75℃，产物经过滤，用蒸馏水多次洗涤，再抽滤后烘干得到第四硅藻土处理物；所述处理液中各成分及其对应重量份为：10 份壬基酚聚氧乙烯醚、5份硫代硫酸钠、55份水；

（5）将第四硅藻土处理物、二硬脂酰氧异丙氧基铝酸酯及氯化钠以质量比98:1:1投入高速混合机内，温度控制在80℃，在1000转/分的条件下搅拌45分钟，搅拌完成后，冷却至常温。

所述改性沥青的制备方法包括如下步骤：

（1）按配比称取各原料；（2）将基质沥青升温至190℃，依次加入所述的复合改性剂、表面活性剂、相容剂、抗老化剂搅拌均匀，熔胀60分钟，然后用胶体磨高速剪切4遍，最后加入上述的稳定剂，高速搅拌4小时即得。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高效抗老化的改性沥青，其由以下重量份的原料制成：基质沥青100份，复合改性剂4-6份、表面活性剂0.8-3份、相容剂0.5-2份、稳定剂0.1-2份、抗老化剂2-6份。

2.如权利要求1所述的高效抗老化的改性沥青，其特征在于，所述的基质沥青为道路石油沥青。

3.如权利要求1所述的高效抗老化的改性沥青，其特征在于，所述表面活性剂为季铵盐型阳离子表面活性剂。

4.如权利要求1所述的高效抗老化的改性沥青，其特征在于，所述相容剂为糠醛抽出油。

5.如权利要求1所述的高效抗老化的改性沥青，其特征在于，所述稳定剂为硫磺。

6.如权利要求1所述的高效抗老化的改性沥青，其特征在于，所述抗老化剂由活化橡胶粉、二亚磷酸季戊四醇二异癸酯、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、和纳米氧化锌以质量比2:1:2:2混合制成。

7.如权利要求1所述的高效抗老化的改性沥青，其特征在于，所述复合改性剂由改性SBS粉末、改性硅藻土、RET沥青改性剂按照重量比2:1:1混合而成。

8.如权利要求7所述的高效抗老化的改性沥青，其特征在于，所述改性SBS粉末的制备方法为：按重量份数计，取10份SBS聚合物、0.05-0.08份乙烯基三甲氧基硅烷、1-1.7份马来酸酐和0.5-0.8份甲基丙烯酸甲酯加入15份环己烷中，然后加热到60-70℃溶解，再加入50份温度为68℃的水中以2000r/min的转速搅拌乳化，乳化后以300-500r/min的转速持续搅拌，再加入0.01-0.012份过氧化二苯甲酰反应1-1.5h，反应结束后降温，然后过滤，过滤产物经丙酮洗涤后干燥，得到改性SBS粉末。

9.如权利要求7所述的高效抗老化的改性沥青，其特征在于，所述改性硅藻土的制备方法为：

（1）将硅藻土球磨成粒径为30-120μm后，在420-480℃温度下烧制处理 40-80min后得到第一硅藻土处理物；

（2）将第一硅藻土处理物和质量浓度为95％的无水乙醇的混合溶液放入玻璃容器内，并将玻璃容器置于超声清洗机中，在功率700-1000W、工作频率28-40KHz 的条件下超声处理20-35min后，采用孔径为1-3μm的滤纸进行分离，过滤得到滤纸上层物；将上层物在120-145℃下干燥4-6h后制得第二硅藻土处理物；其中，第一硅藻土处理物与无水乙醇溶液的用量为：100ml的无水乙醇溶液中加入 2-5g第一硅藻土处理物；

（3）将第二硅藻土处理物在氮气保护作用下于260-280℃下处理2-3小时，得到第三硅藻土处理物；

（4）将第三硅藻土处理物放入到处理液中浸泡处理25-30min，期间加热保持处理液的温度为65-75℃，产物经过滤，用蒸馏水多次洗涤，再抽滤后烘干得到第四硅藻土处理物；所述处理液中各成分及其对应重量份为：7-10 份壬基酚聚氧乙烯醚、3-5份硫代硫酸钠、50-55份水；

（5）将第四硅藻土处理物、二硬脂酰氧异丙氧基铝酸酯及氯化钠以质量比96-98:1:1投入高速混合机内，温度控制在60-80℃，在600转/分-1000转/分的条件下搅拌30-45分钟，搅拌完成后，冷却至常温。