CN108659559A - 有机复合纳米改性沥青添加剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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胡海宏
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Abstract

本发明公开了有机复合纳米改性沥青添加剂及其制备方法和应用。有机复合纳米改性沥青添加剂的制备方法，将20～40份增塑剂加热至120～150℃，加入10～50份SLD烯烃蜡混匀后，雾化喷入100份无机纳米粉体，经搅拌或辊压造粒制得1～5mm颗粒即为本品有机复合纳米改性剂。本发明所制得的有机复合纳米改性沥青添加剂，用于剪切法生产改性沥青时，通过SLD和增塑剂对沥青材料的复合改性，改性沥青的高温抗车辙能力和低温塑性均有较大幅度的提高；通过纳米粉体的量子效应、小尺寸效应、表面和界面效应，能够大幅度提高沥青材料对石料的裹附能力和抗老化性能。

Description

有机复合纳米改性沥青添加剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及沥青改性技术领域，具体涉及有机复合纳米改性沥青添加剂及其制备方法和应用。
背景技术
沥青混凝土路面具有良好的力学性能和行车舒适性，提高沥青胶结料的品质是沥青路面耐久性的重要保证，也是降低和减少沥青路面病害的重要措施，提高沥青胶结料品质的方法是对沥青进行改性。目前，主流的SBS改性沥青、橡胶改性沥青等生产工艺相对成熟，在公路建设和养护中得到了大面积的推广应用。但是，现有路面结构仍然不同程度存在车辙、拥包、开裂、剥落等早期病害。现有改性沥青抵抗高低温病害的能力欠缺、改性沥青对石料的粘附性不足，进一步提高改性沥青的品质存在成本和生产工艺上的障碍，是出现上述早期病害的重要因素。
费托蜡和聚乙烯蜡用于沥青添加剂可以降低沥青与石料的拌合温度，作为改性剂可以改善沥青的高温性能，但是对沥青低温性能及与石料的裹附能力产生的负面影响不容忽视。
专利CN106147251A公开了一种温拌沥青添加剂及其制备方法，是由粉状固体物、费托蜡、支化形高分子聚合物等构成。CN103242666公开了一种温拌沥青添加剂及其制备方法，由聚乙烯蜡、氯化石蜡、硬脂酰胺等构成。。
专利CN102061098A公布了一种沥青混合料温拌改性剂及其制备方法，是由一定比例的费托蜡和改善低温柔韧性的有机化合物及其合成树脂组成，对沥青的低温性能有所兼顾，但是这种温拌改性剂仅是费托蜡在有机化合物及其合成树脂中的预分散，依靠熔融的费托蜡对沥青质和胶质的润滑达到降低施工温度的目的。无论费托蜡、聚乙烯蜡还是其辅助材料，在沥青中简单的物理分散和混溶，在降低沥青拌合温度的同时，必然对沥青的低温性能、与集料的裹附能力和耐久性产生不利影响。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的公开了在不改变改性沥青加工工艺的前提下，提供一种能够明显提高现有改性沥青抵抗高低温病害的能力，增强改性沥青对集料的裹附力的功能助剂。
本发明的技术方案是：有机复合纳米改性沥青添加剂的制备方法，将20～40份增塑剂加热至120～150℃，加入10～50份SLD烯烃蜡混匀后，雾化喷入100份无机纳米粉体，经搅拌或辊压造粒制得1～5mm颗粒即为本品有机复合纳米改性剂。
本发明的进一步改进包括：
所述的SLD烯烃蜡是基于费托法以碳氢基合成气及天然气合成的烷烃蜡,或由自由基引发乙烯单体聚合得到的分子量在3000～5000的聚乙烯蜡。
所述的SLD烯烃蜡，是将基础蜡加热至120～150℃呈熔融状态，加入2％马来酸酐和0.2％二叔丁基过氧化物，经搅拌混匀制得本品；或将基础蜡、2％马来酸酐和0.2％二叔丁基过氧化物同时加入增塑剂中升温至120～150℃，在搅拌过程中产生接枝反应的生成物。
所述的无机纳米粉体为纳米粒径不大于200纳米的氧化锌、二氧化硅、碳酸钙等有机、无机纳米粉体的至少一种。
所述的增塑剂为邻苯二甲酸酯类、脂肪酸之类、环氧酯类以及矿物油的至少一种。
本发明的另一目的在于提供按照上述方法制得的有机复合纳米改性沥青添加剂。
本发明还公开了有机复合纳米改性沥青添加剂在制备SBS改性沥青中的应用。
所述的应用中添加剂按重量份包括：纳米粉体100份，增塑剂20～40份，SLD烯烃蜡10～30份。
本发明还公开了有机复合纳米改性沥青添加剂在制备橡胶改性沥青中的应用。
所述的应用中添加剂按重量份包括：纳米粉体100份，增塑剂20～40份，SLD烯烃蜡20～50份。
本发明利用成熟的粉体工业造粒技术，在充分发挥纳米粉体优越性能的基础上，利用纳米粉体复合有机材料，达到对改性沥青性能进行有效提升之目的。同时，使粉体材料在使用过程中避免环境污染，为相关行业在功能化和集约化发挥纳米粉体的卓越性能方面提供参考。
使用本发明有机纳米复合改性沥青添加剂的方法为：生产改性沥青时，将有机纳米复合改性沥青添加剂和SBS、橡胶粉等改性剂共同投入基质沥青中，与溶胀后的SBS、橡胶粉共同经胶体磨剪切得到高品质改性沥青胶结料。
本发明作用：有机纳米复合改性沥青添加剂由纳米粉体、SLD蜡和增塑剂组成，利用纳米粉体和基础蜡在改性沥青中的均匀分散，与聚合物改性剂一起在沥青胶结料中形成空间网架结构，明显提高沥青的高温性能；马来酸酐、二叔丁基过氧化物和增塑剂在促进改性剂在沥青中物理分散的同时，使聚合物和沥青质、纳米粉体、基础蜡发生化学交联和枝化反应，对改性沥青的低温性能有较大幅度的改善。
本发明优点：有机纳米复合改性沥青添加剂用于改性沥青生产，不改变原有改性沥青生产工艺。无机纳米粉体生产工艺成熟，价格相对低廉，可以明显提高改性沥青性能、有效控制控制生产成本。纳米粉体的造粒可以避免粉体使用过程中的浪费和对环境的污染，投料方便。本发明所制得的有机复合纳米改性沥青添加剂，用于剪切法生产改性沥青时，通过SLD和增塑剂对沥青材料的复合改性，改性沥青的高温抗车辙能力和低温塑性均有较大幅度的提高；通过纳米粉体的量子效应、小尺寸效应、表面和界面效应，能够大幅度提高沥青材料对石料的裹附能力和抗老化性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细说明。
实施例1 一种有机纳米复合改性沥青添加剂由以下质量份数的原料构成：纳米粉体100份，SLD蜡30份，增塑剂30份；所述的纳米粉体为纳米蒙脱土，SLD基础蜡优选基于费托法以碳氢基合成气及天然气合成的烷烃蜡,软化点95～110℃，增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯(DOP)。
本实例添加剂的制备方法包括如下步骤：
1、将100份纳米蒙脱土烘干至含水率不大于0.05％；
2、将邻苯二甲酸二辛酯(DOP)30份加热至120～130℃，依次加入费-托烷烃蜡29.34份，MAH0.6份，DTBP0.06份，搅拌过程中继续升温至130±5℃得到SLD蜡液。
3、将步骤2所得液体经高压泵雾化喷入震动或旋转容器中的纳米蒙脱土，通过辊压或搅拌法制得1～5mm颗粒即为本品。
本实例用于生产SBS改性沥青的方法为：将本发明有机纳米复合改性沥青添加剂和SBS一同投入基质沥青中，SBS充分溶胀后经剪切机(胶体磨)分散制得高品质改性沥青。有机纳米复合改性沥青添加剂用量为基质沥青质量的3％～7.5％。
实施例2 一种有机纳米复合改性沥青添加剂由以下质量份数的原料构成：纳米粉体100份，SLD蜡45份，增塑剂45份；所述的纳米粉体为纳米碳酸钙，SLD基础蜡优选基于费托法以碳氢基合成气及天然气合成的烷烃蜡,软化点95～110℃，增塑剂为环氧脂肪酸甲酯。
本实例添加剂的制备方法包括如下步骤：
1、将100份纳米蒙脱土烘干至含水率≯0.05％；
2、将环氧脂肪酸甲酯45份加热至120～130℃，依次加入费-托烷烃蜡44份，MAH0.9份，DTBP0.09份，搅拌过程中继续升温至130±5℃得到SLD蜡液。
3、将步骤2所得液体经高压泵雾化喷入震动或旋转容器中的纳米碳酸钙，通过辊压或搅拌法制得1～5mm颗粒即为本品。
本实例用于生产废轮胎胶粉改性沥青的方法为：将本发明有机纳米复合改性沥青添加剂和废轮胎胶粉一同投入基质沥青中，与溶胀的胶粉颗粒共同经剪切机(胶体磨)分散制得高品质橡胶改性沥青。有机纳米复合改性沥青添加剂用量为基质沥青质量的5％～15％。
为验证本发明有机纳米复合改性沥青添加剂对改性沥青品质产生的效果，发明人按照JTJ E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》对改性沥青使用有机纳米复合改性沥青添加剂前后的效果进行了对比测试，采用本实例1所制得的添加剂，如表
发明人同时对橡胶沥青生产过程中使用本发明添加剂前后做了大量试验，依据JT/T798-2011《公路工程废胎胶粉橡胶沥青》要求，使用本实例2所制得的添加剂用于一种橡胶沥青的对比结果如表(橡胶粉用量20％)
技术要求是改性沥青综合性能的反映，使用SLD改性沥青添加剂在保证沥青产品低温塑性要求(5℃延度)的同时，明显降低沥青产品针入度，大幅度提高软化点和弹性恢复能力，从材料角度赋予沥青路面较高的抵抗高低温病害和耐久能力。
本发明SLD改性沥青添加剂用于改性沥青生产，不改变原有改性沥青生产工艺，操作简便，对改性沥青品质有明显的提升。SLD改性剂在生产和使用过程中无有毒有害气体及粉尘污染，在沥青改性领域有广阔的应用范围。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.有机复合纳米改性沥青添加剂的制备方法，其特征在于，将20～40份增塑剂加热至120～150℃，加入10～50份SLD烯烃蜡混匀后，雾化喷入100份无机纳米粉体，经搅拌或辊压造粒制得1～5mm颗粒即为本品有机复合纳米改性剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的SLD烯烃蜡是基于费托法以碳氢基合成气及天然气合成的烷烃蜡,或由自由基引发乙烯单体聚合得到的分子量在3000～5000的聚乙烯蜡。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的SLD烯烃蜡，是将基础蜡加热至120～150℃呈熔融状态，加入2％马来酸酐和0.2％二叔丁基过氧化物，经搅拌混匀制得本品；或将基础蜡、2％马来酸酐和0.2％二叔丁基过氧化物同时加入增塑剂中升温至120～150℃，在搅拌过程中产生接枝反应的生成物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的无机纳米粉体为纳米粒径不大于200纳米的氧化锌、二氧化硅、碳酸钙等有机、无机纳米粉体的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的增塑剂为邻苯二甲酸酯类、脂肪酸之类、环氧酯类以及矿物油的至少一种。
6.有机复合纳米改性沥青添加剂，其特征在于，按照权利要求1-5任一方法制得。
7.有机复合纳米改性沥青添加剂在制备SBS改性沥青中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述添加剂按重量份包括：纳米粉体100份，增塑剂20～40份，SLD烯烃蜡10～30份。
9.有机复合纳米改性沥青添加剂在制备橡胶改性沥青中的应用。
10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述添加剂按重量份包括：纳米粉体100份，增塑剂20～40份，SLD烯烃蜡20～50份。
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