CN109135309A - 一种增强沥青抗老化性的耐久助剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及沥青抗老化技术领域，具体涉及一种增强沥青抗老化性的耐久助剂，由主组份和辅组份使用时组成，其中主组份由增塑剂共聚物、含羟基有机硅、天然橡胶粉、有机插层改性蒙脱土、矿粉填料、木质素磺酸钠和钛酸酯偶联剂组成；配组份包括有机硅交联剂、交联催化剂，其中增塑剂共聚物为松焦油、松节油、歧化松香和妥尔油中的一种、与环氧脂肪酸甲酯、氯代脂肪酸酯和大豆油中的一种与C5石油树脂、C9石油树脂和亚油酸中的一种高温共混聚合而成。耐久助剂通过形成多维交联网络和不可逆固化作用增强沥青的热稳定性、抗氧化性、韧性和弹性，使沥青具有较强的耐老化性，可用于道路的铺筑、修理和粘层沥青。
Description
技术领域
本发明涉及沥青抗老化技术领域，具体涉及一种增强沥青抗老化性的耐久助剂。
背景技术
沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物，具有高粘度，长用于铺筑高级路面，具有无接缝、振动小、噪声低等特点。我国已经建成的高速公路中沥青路面比例已经超过95％。但是沥青在运输、搅拌和施工过程中由于处于高温状态态，自炼油厂生产至路面铺筑后性能已经下降20％～50％，同时沥青路面直接受交通载荷作用并受温度、阳光、雨水和紫外线等各种因素作用会发生如脱氢、氧化、蒸发等变化，使沥青老化，路面变脆，导致沥青路面出现如裂缝、车辙、松散、泛油、不均匀沉陷等问题，沥青路面使用性能急剧下降，影响沥青路面的使用。因此如何提高沥青路面的耐老化性，增强沥青路面的使用性能是一直以来研究人员关注的热点。
中国专利CN201711262437.2，申请日子2017年12月4日，专利名称改性道路沥青，公开了一种由丁苯橡胶、氯丁橡胶、聚氯乙烯、N-异丙基-N-苯基-对苯二胺、邻苯二甲酸二甲酯、对甲基苯甲醛、阻燃剂和分散剂改性的道路沥青，可以提高道路沥青的高温温度性和低温抗裂性，但是对于沥青的耐老化、耐久性改善效果并不明显。
发明内容
针对沥青因人为、施工、交通载荷和自然因素等作用下老化，沥青路面性能下降的问题，本申请的目的在于提供一种增强沥青抗老化性的耐久助剂，与沥青混合使用铺筑路面，能够有效增强沥青的抗老化性能，改善沥青路面的耐久性。
本发明的另一目的在于提供一种含有上述耐久助剂的沥青混料。
本发明提供如下的技术方案：
一种增强沥青抗老化性的耐久助剂，所述耐久助剂由主组份和辅组份按重量比5～10:3使用时混合组成，其中：
所述主组份由重量份的增塑剂共聚物70～100份、含羟基有机硅55～75份、天然橡胶粉20～40份、有机插层改性蒙脱土15～30份、矿粉填料25～45份、木质素磺酸钠3～7份和钛酸酯偶联剂3～5份组成；
所述配组份包括重量份的有机硅交联剂60～80份、交联催化剂3～6份。
作为本发明的优选，增塑剂共聚物为松焦油、松节油、歧化松香和妥尔油中的一种、与环氧脂肪酸甲酯、氯代脂肪酸酯和大豆油中的一种与C5石油树脂、C9石油树脂和亚油酸中的一种180～200℃按质量比1:0.6～0.9:1～1.5共混5～12小时聚合而成。
作为本发明的优选，所述增塑剂共聚物为歧化松香和妥尔油中的一种、与环氧脂肪酸甲酯和大豆油中的一种与亚油酸和C5树脂中的一种在180～200℃按质量比1:0.6～0.9:1～1.5共混5～12小时聚合而成。
作为本发明的优选，所述含羟基有机硅为端羟基聚硅氧烷、端羟基乙烯基聚硅氧烷和端羟基含氢聚硅氧烷中的一种。
作为本发明的优选，含羟基有机硅侧链含有乙烯醚基、烯丙基、苯乙烯基和氟烷基中一种或多种，配组份中还包括重量份光引发剂二芳基碘鎓盐5～10份。
作为本发明的优选，所述矿粉填料为硅灰石1000～1200℃煅烧后的煅烧粉料，所述煅烧粉料的粒径分别为0～1mm、1～3mm和3～5mm，各粒径范围质量比依次为0.5～0.7:0.4～0.6:1。
作为本发明的优选，所述有机硅交联剂为乙酰氧基硅烷、正硅酸乙酯、聚甲基丙烯酸乙酯和聚甲基丙烯酸丁酯中的一种，所述催化剂为辛酸亚锡或二丁基锡二马来酸酯。
发明人长期从事筑路沥青的性能研究，并经过反复的实验和探索优化得到本发明的耐久助剂。在本发明的耐久助剂中，增塑剂共聚物由松焦油、松节油、歧化松香和妥尔油中的一种、环氧脂肪酸甲酯、氯代脂肪酸酯和大豆油中的一种与C5石油树脂、C9石油树脂和亚油酸中的一种共混聚合而成形成相互交联的分子网络结构，在与液态沥青混合时能够使液态沥青分布在网络结构中，增强沥青路面的抗拉机械强度和沥青的热稳定性，同时上述组份还具有良好的增塑性，改善沥青的塑性，增强沥青路面的弹性和韧性。发明人对由歧化松香、大豆油和亚油酸按质量比1:0.6:1在200℃共混12小时得到的共混聚合物进行测定发现，该共混聚合物的外观成淡棕色液体，恩氏粘度为70～80s，酸值小于1，挥发份小于0.05wt％，闪点在230℃以上，表现出良好的热稳定性。
耐久助剂中的煅烧粉料由煅烧硅灰石在1000～1200℃煅烧后形成类似陶瓷结构的材料，在增塑剂共聚物的分子网络结构中分布，增强沥青的强度，同时起到隔热作用，削弱热量向沥青路面内部扩散；而且级配设置的煅烧硅灰石在与沥青混合的过程中形成骨架结构，这种骨架结构有助于强化增塑剂共聚物的分子网络结构向立体方向转化，从而促使沥青在增塑剂共聚物中的立体填充，增强沥青路面的弹性和韧性。
耐久助剂的主组份、配组份和沥青混合时，含羟基有机硅如端羟基聚硅氧烷、端羟基乙烯基聚硅氧烷或端羟基含氢聚硅氧烷在辛酸亚锡或二丁基锡二马来酸酯的催化作用下与乙酰氧基硅烷、正硅酸乙酯、聚甲基丙烯酸乙酯或聚甲基丙烯酸丁酯发生交联反应，生成改性的有机硅交联网络，并与增塑剂共聚物的分子网络结构和煅烧硅灰石的骨架结构形成相互交错，有助于进一步增强对沥青的包围分布，使沥青被固缚在多维网络结构中，起到藏油效果，避免沥青高温泛油，同时增强沥青的热稳定性、耐磨性、韧性和弹性。其中端羟基聚硅氧烷、端羟基乙烯基聚硅氧烷或端羟基含氢聚硅氧烷分别为两端含有端羟基、一端为端羟基另一端为乙烯基或氢的聚硅氧烷。含羟基有机硅侧链上引入的乙烯醚基、烯丙基、苯乙烯基和氟烷基等基团具有光敏特性，在光引发剂二芳基碘鎓盐的作用下使含羟基有机硅进一步发生交联固化；而且这种交联固化首先发生在被紫外线照射的沥青路面的表层，随沥青路面的磨耗逐渐向沥青内部强化，亦即这种交联固化一直再进行，从而可以与沥青中的多维网络结构协同强化，强化沥青不可逆的固化，从而强化沥青路面的抗氧化、耐热耐光性能，并增强沥青路面的韧性、弹性和抗拉强度。在耐久助剂中木质素磺酸钠起到分散填料和组份的作用，而且木质素磺酸钠作为阴离子表面活性剂具有较强的吸油效果，能削弱沥青泛油，强化有机插层改性蒙脱土的吸油性能。这样在本申请的耐久助剂中各组分相互协同，在与沥青混合后形成多维交联网络，从而增强和改善沥青的耐热、抗氧化性能，并增强沥青路面的韧性、弹性和抗拉强度，有效改善沥青路面的抗老化性能和耐久性。
包含上述耐久助剂的沥青混料。
作为本发明的优选，所述沥青混料为可用于铺筑或修理道路的沥青与耐久助剂的混合物，其中，铺筑道路时，耐久剂的质量比重分别为夏季5～6wt％、春秋季7～8wt％、冬季9～10wt％；修理道路时，耐久剂的质量比重分别为夏季7～8wt％、春秋季9～10wt％、冬季11～12wt％。
作为本发明的优选，所述沥青混料为可用作粘层沥青的沥青与耐久助剂的混合物，耐久助剂的质量比重为13wt％～16wt％。
发明人在反复的实践中发现，该耐久助剂在与沥青混合使用进行铺筑道路的过程中一般较合适的添加比例在8％左右，但是具体的添加比则与季节有一定的关系，夏季添加量较少、冬季添加量较多，春秋季的添加量居中，并且将该耐久助剂与沥青混合修理道路时的添加量与铺筑道路相比用量稍多。而将该耐久助剂与沥青混合后用于粘层沥青使用时也能够增强粘层沥青的强度，降低沥青面层与路面基层的剥离几率，这应该也是耐久助剂能增强沥青的抗老化、耐久性所致。发明人将上述耐久助剂6wt％配合国产沥青用于浙江省临石线35省道60公里处、64-65公里处分布铺筑500米和1000米，10年来路况表现良好。
本发明的有益效果如下：
本发明的耐久助剂与沥青混合使用，通过形成多维交联网络和不可逆固化作用增强沥青的热稳定性、抗氧化性、韧性和弹性，使沥青具有较强的耐老化性，可应用于道路的铺筑、修理和粘层沥青，形成的沥青路面平整、坚固、耐久，可以长期使用。
具体实施方式
下面就本发明的具体实施方式作进一步说明。
如无特别说明，本发明中所采用的原料均可从市场上购得或是本领域常用的，如无特别说明，下述实施例中的方法均为本领域的常规方法。
实施例1
一种增强沥青抗老化性的耐久助剂，由主组份和辅组份按重量比5:3混合组成，其中：
主组份由增塑剂共聚物70g、含羟基有机硅55g、天然橡胶粉20g、有机插层改性蒙脱土15g、矿粉填料25g、木质素磺酸钠3g和钛酸酯偶联剂3g组成，其中有机插层改性蒙脱土为十八烷基三甲基氯化铵改性蒙脱土；配组份由有机硅交联剂60g和交联催化剂3g组成；
其中增塑剂共聚物为歧化松香、大豆油和C5树脂按质量比1:0.6:1在180℃共混5小时聚合而成；含羟基有机硅为端羟基二甲基聚硅氧烷，有机硅交联剂为乙酰氧基硅烷，催化剂为辛酸亚锡；矿粉填料为硅灰石1000℃煅烧后的煅烧粉料，粒径分别为0～1mm、1～3mm和3～5mm，各粒径范围质量比依次为0.5:0.4.6:1。
一种包含上述耐久助剂的沥青混料，由耐久助剂的主组份与沥青共混后加入配组份搅拌混合得到，其中当该沥青混料用于铺筑道路时，耐久剂的质量比重分别为夏季5wt％、春秋季7wt％、冬季9wt％，当该沥青混料用于修理道路时，耐久剂的质量比重分别为夏季7wt％、春秋季9wt％、冬季11wt％；当该沥青用量用作粘层沥青时，耐久助剂的质量比重为13wt％。
实施例2
一种增强沥青抗老化性的耐久助剂，由主组份和辅组份按重量比7:3混合组成，其中：
主组份由增塑剂共聚物80g、含羟基有机硅65g、天然橡胶粉30g、有机插层改性蒙脱土25g、矿粉填料35g、木质素磺酸钠5g和钛酸酯偶联剂4g组成，其中有机插层改性蒙脱土为十八烷基三甲基氯化铵改性蒙脱土；配组份由有机硅交联剂70g、交联催化剂4g组成；
增塑剂共聚物为妥尔油、环氧脂肪酸甲酯和亚油酸按质量比1:0.7:1.3在190℃共混8h后聚合而成；含羟基有机硅为端羟基乙烯基二甲基聚硅氧烷，有机硅交联剂为聚甲基丙烯酸乙酯，催化剂为二丁基锡二马来酸酯；
矿粉填料为硅灰石1100℃煅烧后的煅烧粉料，所述煅烧粉料的粒径分别为0～1mm、1～3mm和3～5mm，各粒径范围质量比依次为0.6:0.51。
一种包含上述耐久助剂的沥青混料，由耐久助剂的主组份与沥青共混后在加入配组份搅拌混合得到，其中当该沥青混料用于铺筑道路时，耐久剂的质量比重分别为夏季5.5wt％、春秋季7.5wt％、冬季9.5wt％，当该沥青混料用于修理道路时，耐久剂的质量比重分别为夏季7.5wt％、春秋季9.5wt％、冬季11.5wt％；当该沥青用量用作粘层沥青时，耐久助剂的质量比重为14wt％。
实施例3
一种增强沥青抗老化性的耐久助剂，由主组份和辅组份按重量比10:3混合组成，其中：
主组份由增塑剂共聚物100g、含羟基有机硅75g、天然橡胶粉40g、有机插层改性蒙脱土30g、矿粉填料45g、木质素磺酸钠7g和钛酸酯偶联剂5g组成，其中有机插层改性蒙脱土为十八烷基三甲基氯化铵改性蒙脱土；
配组份由有机硅交联剂80g和交联催化剂6g组成；
其中增塑剂共聚物为歧化松香、大豆油与亚油酸200℃按质量比1:0.9:1.5共混聚合而成；
含羟基有机硅为端羟基含氢二甲基聚硅氧烷，有机硅交联剂为聚甲基丙烯酸丁酯，催化剂为辛酸亚锡；
矿粉填料为硅灰石1000～1200℃煅烧后的煅烧粉料，所述煅烧粉料的粒径分别为0～1mm、1～3mm和3～5mm，各粒径范围质量比依次为0.7:0.6:1。
一种包含上述耐久助剂的沥青混料，由耐久助剂的主组份与沥青共混后在加入配组份搅拌混合得到，其中当该沥青混料用于铺筑道路时，耐久剂的质量比重分别为夏季6wt％、春秋季8wt％、冬季10wt％，当该沥青混料用于修理道路时，耐久剂的质量比重分别为夏季8wt％、春秋季10wt％、冬季12wt％；当该沥青用量用作粘层沥青时，耐久助剂的质量比重为16wt％。
实施例4
一种增强沥青抗老化性的耐久助剂，与实施例1的不同之处在于：
增塑剂共聚物由松焦油、环氧脂肪酸甲酯与C9石油树脂180℃按质量比1:0.75:1.2共混聚合而成；含羟基有机硅为侧链上引入乙烯醚基的端羟基聚硅氧烷；配组份由正硅酸乙酯60g、辛酸亚锡6g和光引发剂二芳基碘鎓盐5g组成。
实施例5
一种增强沥青抗老化性的耐久助剂，与实施例1的不同之处在于：
增塑剂共聚物由松节油、氯代脂肪酸酯和亚油酸在185℃按质量比1:0.8:1.5共混聚合而成；含羟基有机硅为侧链上引入烯丙基的端羟基乙烯基聚硅氧烷；配组份由乙酰氧基硅烷65g、辛酸亚锡3g和光引发剂二芳基碘鎓盐8g组成。
实施例6
一种增强沥青抗老化性的耐久助剂，与实施例1的不同之处在于：
增塑剂共聚物由歧化松香、氯代脂肪酸酯和C9石油树脂200℃按质量比1:0.6:1.3共混聚合而成；含羟基有机硅为侧链上引入苯乙烯基的端羟基含氢聚硅氧烷；配组份由正硅酸乙酯70g、二丁基锡二马来酸酯5g和光引发剂二芳基碘鎓盐6g组成。
实施例7
一种增强沥青抗老化性的耐久助剂，与实施例1的不同之处在于：
增塑剂共聚物由妥尔油、大豆油和亚油酸在190℃按质量比1:0.75:1.1共混聚合而成；含羟基有机硅为侧链上引入氟烷基的端羟基聚硅氧烷；配组份由聚甲基丙烯酸乙酯70g、二丁基锡二马来酸酯5g和光引发剂二芳基碘鎓盐9g组成。
实施例8
一种增强沥青抗老化性的耐久助剂，与实施例1的不同之处在于：
增塑剂共聚物由歧化松香、环氧脂肪酸甲酯与C5石油树脂在180℃按质量比1:0.6:1.4共混聚合而成；含羟基有机硅为侧链上引入乙烯醚基的端羟基乙烯基聚硅氧烷；配组份由正硅酸乙酯70g、二丁基锡二马来酸酯4g和光引发剂二芳基碘鎓盐5g组成。
实施例9
一种增强沥青抗老化性的耐久助剂，与实施例1的不同之处在于：
增塑剂共聚物由妥尔油、大豆油与C5石油树脂185℃按质量比1:0.8:1.1共混聚合而成；含羟基有机硅为侧链上引入烯丙基的端羟基聚硅氧烷；配组份由聚甲基丙烯酸丁酯60g、二丁基锡二马来酸酯5g和光引发剂二芳基碘鎓盐7g组成。
实施例10
一种增强沥青抗老化性的耐久助剂，与实施例1的不同之处在于：
增塑剂共聚物由松节油、、大豆油与C9石油树脂在200℃按质量比1:0.9:1.5共混聚合而成；含羟基有机硅为侧链上引入苯乙烯基的端羟基聚硅氧烷；配组份由乙酰氧基硅烷70g、辛酸亚锡6g和光引发剂二芳基碘鎓盐10g组成。
性能测试
将实施例1～10所得耐久助剂夏季与市售AH-70号沥青混合，耐久助剂的添加量为6wt％，对比例为市售AU-70号沥青，按照GB/T15180-2010进行测试针入度、延度和软化点，同时测试高温性能(重复蠕变试验)、低温抗裂性(低温弯曲试验)和抗压回弹模量(侧面法)，测试结果如下表1所示。
表1测试结果
Claims (10)
1.一种增强沥青抗老化性的耐久助剂，其特征在于，所述耐久助剂由主组份和辅组份按重量比5～10:3使用时混合组成，其中：
所述主组份由重量份的增塑剂共聚物70～100份、含羟基有机硅55～75份、天然橡胶粉20～40份、有机插层改性蒙脱土15～30份、矿粉填料25～45份、木质素磺酸钠3～7份和钛酸酯偶联剂3～5份组成；
所述配组份包括重量份的有机硅交联剂60～80份、交联催化剂3～6份。
2.根据权利要求1所述的耐久助剂，其特征在于，增塑剂共聚物为松焦油、松节油、歧化松香和妥尔油中一种、与环氧脂肪酸甲酯、氯代脂肪酸酯和大豆油中一种与C5石油树脂、C9石油树脂和亚油酸中的一种180～200℃按质量比1:0.6～0.9:1～1.5共混5～12小时聚合而成。
3.根据权利要求1或2所述的耐久助剂，其特征在于，所述增塑剂共聚物为歧化松香和妥尔油中的一种、与环氧脂肪酸甲酯和大豆油中的一种与亚油酸和C5石油树脂中的一种在180～200℃按质量比1:0.6～0.9:1～1.5共混5～12小时聚合而成。
4.根据权利要求1或2所述的耐久助剂，其特征在于，所述含羟基有机硅为端羟基聚硅氧烷、端羟基乙烯基聚硅氧烷和端羟基含氢聚硅氧烷中的一种。
5.根据权利要求4所述的耐久助剂，其特征在于，含羟基有机硅侧链含有乙烯醚基、烯丙基、苯乙烯基和氟烷基中一种或多种，配组份中还包括重量份光引发剂二芳基碘鎓盐5～10份。
6.根据权利要求1所述的耐久助剂，其特征在于，所述矿粉填料为硅灰石1000～1200℃煅烧后的煅烧粉料，所述煅烧粉料的粒径分别为0～1mm、1～3mm和3～5mm，各粒径范围质量比依次为0.5～0.7:0.4～0.6:1。
7.根据权利要求1所述的耐久助剂，其特征在于，所述有机硅交联剂为乙酰氧基硅烷、正硅酸乙酯、聚甲基丙烯酸乙酯和聚甲基丙烯酸丁酯中的一种，所述催化剂为辛酸亚锡或二丁基锡二马来酸酯。
8.包含如权利要求1至7任一所述的耐久助剂的沥青混料。
9.根据权利要求8所述的沥青混料，其特征在于，所述沥青混料为可用于铺筑或修理道路的沥青与耐久助剂的混合物，其中，铺筑道路时，耐久剂的质量比重分别为夏季5～6wt%、春秋季7～8wt%、冬季9～10wt%；修理道路时，耐久剂的质量比重分别为夏季7～8wt%、春秋季9～10wt%、冬季11～12wt%。
10.根据权利要求8所述的耐久助剂的沥青混料，其特征在于，所述沥青混料为可用作粘层沥青的沥青与耐久助剂的混合物，耐久助剂的质量比重为13wt%～16wt%。
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