CN109705600A - 一种高性能颗粒木质素纤维及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能颗粒木质素纤维及其制备方法,其中高性能颗粒木质素纤维包括以下重量份数的组分:73~82份的木质素纤维、8~15份的玻璃纤维粉、7~9份的沥青质材料、1~2份的发泡剂、1~1.5份的表面活性剂、0.4~0.6份的耐候剂和0.4~0.6份的抗氧剂。本发明,采用木材制备的木质素纤维,通过添加玻璃纤维粉、发泡剂、表面活性剂、耐候剂、抗氧剂作为功能助剂,得到一种高性能的复合颗粒木质素纤维,使得颗粒木质素纤维使用时快速松散及分散,提高木质素纤维表面活性,延长户外使用时间,可减少沥青用量,降低成本,并具有易分散、强度好、耐候性优异等优点,符合技术发展的要求。
Description
技术领域
本发明涉及路面沥青技术领域,具体涉及一种高性能颗粒木质素纤维及制备方法。
背景技术
随着社会和经济发展,交通量加大,重载车数量增多、车流量不断攀升,对交通要求程度提高,传统类型沥青路面已经不能满足要求。而SMA路面为一种新型路面结构,是指采用沥青、纤维、石料等组成的一种沥青混合料,SMA路面混合料具有“三多一少”的特点,即粗集料多、沥青用量多、矿粉多及细骨料少,是一种具有间断级配的紧密嵌挤骨架密实结构的沥青路面面层。SMA路面混合料具有强度高、耐磨耗、抗车辙能力强、抗疲劳开裂及良好的高低温稳定性等优点,行驶时噪音小、舒适、安全等,已是发达国家广泛推广的一种新型路面面层结构。
在SMA路面中必须添加纤维,早期是通过添加絮状木质素纤维,而絮状木质素纤维存在性能单一、不好分散、极易团聚,同时易吸油且造价成本高,SMA路面性能不稳定。因而出现了颗粒木质素纤维,如德国JRS公司,美国的INTERFIBER和FIBERAND公司等。国内对SMA路面推广晚,导致对木质素纤维的研究比较晚也比较少。但近几年,国内已经出现对木质素纤维的研究报告,如中国发明专利CN101607800B公布的一种“路用木质素纤维及制备方法”,中国发明专利CN101831192B公布的“一种路用阻燃木质素纤维及其制备方法”,中国发明专利CN201010532805.2公布“颗粒状路用木质素纤维及其制备方法”等专利,均是采用废报纸及废刊物制备木质素纤维为原料,进行阻燃改性等优化,目的都是为了提高阻燃性能,但都忽略对木质素纤维高性能的提高。
有鉴于此,急需对现有的SMA路面混合料进行改进,以提高材料路面性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的SMA路面混合料的性能不稳定的问题。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是提供一种高性能颗粒木质素纤维,包括以下重量份数的组分:73~82份的木质素纤维、8~15份的玻璃纤维粉、7~9份的沥青质材料、1~2份的发泡剂、1~1.5份的表面活性剂、0.4~0.6份的耐候剂和0.4~0.6份的抗氧剂。
在另一个优选的实施例中,具体包括以下重量份数的组分:75份的木质素纤维、14份的玻璃纤维粉、8份的沥青质材料、1份的发泡剂、1份的表面活性剂、0.5份的耐候剂和0.5份的抗氧剂。
在另一个优选的实施例中,具体包括以下重量份数的组分:81份的木质素纤维、8份的玻璃纤维粉、7.25份的沥青质材料、1.5份的发泡剂、1.25份的表面活性剂、0.5份的耐候剂和0.5份的抗氧剂。
在另一个优选的实施例中,具体包括以下重量份数的组分:82份的木质素纤维、8份的玻璃纤维粉、7份的沥青质材料、1份的发泡剂、1份的表面活性剂、0.4份的耐候剂和0.6份的抗氧剂。
在另一个优选的实施例中,具体包括以下重量份数的组分:74份的木质素纤维、12.5份的玻璃纤维粉、9份的沥青质材料、2份的发泡剂、1.5份的表面活性剂、0.6份的耐候剂和0.4份的抗氧剂。
在另一个优选的实施例中,具体包括以下重量份数的组分:73份的木质素纤维、15份的玻璃纤维粉、9份的沥青质材料、2份的发泡剂、1份的表面活性剂、0.5份的耐候剂和0.5份的抗氧剂。
本发明还提供了一种上述高性能颗粒木质素纤维的制备方法,具体包括以下步骤:
混料:将木质素纤维与玻璃纤维粉、表面改性剂放入搅拌缸中,采用搅拌速度为200~500r/min,搅拌1~2min,得到均匀共混物;
加热沥青质材料:将沥青质材料混合物加热到100~140℃,得到热沥青质材料混合物;
搅拌:将热沥青质材料混合物加入到共混物,同时加入耐候剂、抗氧剂、发泡剂,采用搅拌速度为400~1000r/min,搅拌1~3min,得到木质素纤维半成品;
压缩成型:将木质素纤维半成品用压缩机压缩,制备并得到颗粒成品,并打包入库。
与现有技术相比,本发明,采用木材制备的木质素纤维,通过添加玻璃纤维粉、发泡剂、表面活性剂、耐候剂、抗氧剂作为功能助剂,得到一种高性能的复合颗粒木质素纤维,使得颗粒木质素纤维使用时快速松散及分散,提高木质素纤维表面活性,延长户外使用时间,可减少沥青用量,降低成本,并具有易分散、强度好、耐候性优异等优点,符合技术发展的要求。
具体实施方式
本发明提供了一种高性能颗粒木质素纤维及制备方法,下面结合具体实施方式对本发明做出详细说明。
本发明提供的一种高性能颗粒木质素纤维,包括以下重量份数的组分:73~82份的木质素纤维、8~15份的玻璃纤维粉、7~9份的沥青质材料、1~2份的发泡剂、1~1.5份的表面活性剂、0.4~0.6份的耐候剂和0.4~0.6份的抗氧剂。
一、本发明的各个组分的特性具体如下:
木质素纤维:优先选用的是木材经过化学处理、筛选、分裂、高温处理、中和、筛分等过程而得到的木质素纤维。其技术要求:长度均值≤6mm,灰分10~15%,吸油率不小于自重的5倍;耐热温度≥220℃。
玻璃纤维粉:优先选用表面涂覆硅烷类偶联剂的无碱玻璃纤维纱进行粉碎,经球磨机湿磨、干燥、筛选分级而制成。其技术要求:单丝直径9~15μm,长径比1.2:1~2:1,优先长径比1.5:1。
沥青质材料:为C5/C9共聚物或C5树脂或C9树脂与抽出油的共混物,优先选用C5树脂与抽出油共混物,共混比例为20:80~80:20,优先比例为30:70。其中C5石油树脂技术要求:软化点,90~110℃。抽出油的技术要求:芳烃含量≥85%,运动粘度(100℃)为20~60mm2/s。
发泡剂:选用偶氮二甲酰胺或十二烷基硫酸钠的一种或两种共混物,优先偶氮二甲酰胺。技术要求:分解温度170~220℃,发气量≥160ml/g,用于使颗粒木质素纤维使用时,快速松散及分散。
表面活性剂:选用硅烷偶联剂或硅油或钛酸酯偶联剂的一种或两种或三种共混液。优先硅烷偶联剂,具体要求:运动粘度(25℃)为40~100mm2/s。表面活性剂用于提高木质素纤维表面活性,与沥青材料更易结合。
耐候剂:为光稳定剂与紫外吸收剂共混复配物,复配比例为3:1~1:3,优先比例1:1。光稳定剂为N,N’-双-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺与2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪的聚合物,紫外吸收剂为2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑。耐候剂用于提高木质素纤维的耐候性能,延长户外使用时间。
抗氧剂:为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯的共混物,比例为1:2。抗氧剂用于提高木质素纤维的耐热老化性。
二、本发明的组分可以采用如下实施例:
实施例一
75份的木质素纤维、14份的玻璃纤维粉、8份的沥青质材料、1份的发泡剂、1份的表面活性剂、0.5份的耐候剂和0.5份的抗氧剂。
实施例二
81份的木质素纤维、8份的玻璃纤维粉、7.25份的沥青质材料、1.5份的发泡剂、1.25份的表面活性剂、0.5份的耐候剂和0.5份的抗氧剂。
实施例三
82份的木质素纤维、8份的玻璃纤维粉、7份的沥青质材料、1份的发泡剂、1份的表面活性剂、0.4份的耐候剂和0.6份的抗氧剂。
实施例四
74份的木质素纤维、12.5份的玻璃纤维粉、9份的沥青质材料、2份的发泡剂、1.5份的表面活性剂、0.6份的耐候剂和0.4份的抗氧剂。
实施例五
73份的木质素纤维、15份的玻璃纤维粉、9份的沥青质材料、2份的发泡剂、1份的表面活性剂、0.5份的耐候剂和0.5份的抗氧剂。
三、本发明还提供了上述的高性能颗粒木质素纤维的制备方法,具体包括以下步骤:
混料:将木质素纤维与玻璃纤维粉、表面改性剂放入搅拌缸中,采用搅拌速度为200~500r/min,搅拌1~2min,得到均匀共混物;
加热沥青质材料:将沥青质材料混合物加热到100~140℃,得到热沥青质材料混合物;
搅拌:将热沥青质材料混合物加入到共混物,同时加入耐候剂、抗氧剂、发泡剂,采用搅拌速度为400~1000r/min,搅拌1~3min,得到木质素纤维半成品;
压缩成型:将木质素纤维半成品用压缩机压缩,制备并得到成品,并打包入库。
四、将五个实施例利用上述制备方法制得的木质素纤维制备SMA沥青混合料
将上述五个实施例分别进行制备得到SMA沥青混合料。另外采用市场上普通的木质素纤维替换本发明作为对比例,制备得到SMA沥青混合料。
SMA沥青混合料:选用SMA-13级配集料(石料和矿粉)100份,I-D改性沥青,油石比(I-D改性沥青与集料的质量比例)为5.8,本发明的高性能颗粒木质素纤维0.3份。SMA沥青混合料制备如下:
1)集料在180~210℃下烘料4~6h,I-D改性沥青按160~180℃烘1~2h;
2)将本发明的木质素纤维与集料干拌60~120s;
3)喷入I-D改性沥青,湿拌90~180s;
4)加入矿粉混拌90~150s,得到SMA沥青混合料;
5)制模,测试,试验数据表1所示。
表1 SMA沥青混合料数据
备注:老化残留稳定度是指马歇尔试件经过老化箱按照340nmUV灯,85℃,168h条件老化,再按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》标准测试得到马歇尔稳定度与标准马歇尔稳定度的比值。
从表1可以看出,由对比例和五个实施例对比可得知,马歇尔稳定度、老化残留稳定度和车辙动稳定度显著提高。
五、将五个测试例利用上述制备方法制得的木质素纤维制备SMA沥青混合料
对比例仍采用上文提到的组分来加工制得。五个测试例分别为:
测试例一
75份的木质素纤维、15份的玻璃纤维粉、8份的沥青质材料、0份的发泡剂、1份的表面活性剂、0.5份的耐候剂和0.5份的抗氧剂。
测试例二
81份的木质素纤维、15份的玻璃纤维粉、0份的沥青质材料、2份的发泡剂、1份的表面活性剂、0.5份的耐候剂和0.5份的抗氧剂。
测试例三
88份的木质素纤维、0份的玻璃纤维粉、8份的沥青质材料、2份的发泡剂、1份的表面活性剂、0.5份的耐候剂和0.5份的抗氧剂。
测试例四
74份的木质素纤维、15份的玻璃纤维粉、8份的沥青质材料、2份的发泡剂、1份的表面活性剂、0份的耐候剂和0份的抗氧剂。
测试例五
73份的木质素纤维、15份的玻璃纤维粉、8份的沥青质材料、2份的发泡剂、1份的表面活性剂、0.5份的耐候剂和0.5份的抗氧剂。
将五个测试例和对比例的测试数据整理在表2中。
表2 SMA沥青混合料数据
从表2可以看出,由对比例和五个测试例对比可得知,玻璃纤维粉和沥青质材料对马歇尔稳定度、车辙冻稳定度具有促进作用,耐候剂的添加对材料的老化残留稳定度有促进作用,但出于性价比的考虑,需控制适宜的添加量。
与现有技术相比,本发明,采用木材制备的木质素纤维,通过添加玻璃纤维粉、发泡剂、表面活性剂、耐候剂、抗氧剂作为功能助剂,得到一种高性能的复合颗粒木质素纤维,使颗粒木质素纤维使用时快速松散及分散,提高木质素纤维表面活性,延长户外使用时间,可减少沥青用量,降低成本,并具有易分散、强度好、耐候性优异等优点,符合技术发展的要求。
本发明并不局限于上述最佳实施方式,任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化,凡是与本发明具有相同或相近的技术方案,均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高性能颗粒木质素纤维,其特征在于,包括以下重量份数的组分:73~82份的木质素纤维、8~15份的玻璃纤维粉、7~9份的沥青质材料、1~2份的发泡剂、1~1.5份的表面活性剂、0.4~0.6份的耐候剂和0.4~0.6份的抗氧剂。
2.根据权利要求1所述的高性能颗粒木质素纤维,其特征在于,具体包括以下重量份数的组分:75份的木质素纤维、14份的玻璃纤维粉、8份的沥青质材料、1份的发泡剂、1份的表面活性剂、0.5份的耐候剂和0.5份的抗氧剂。
3.根据权利要求1所述的高性能颗粒木质素纤维,其特征在于,具体包括以下重量份数的组分:81份的木质素纤维、8份的玻璃纤维粉、7.25份的沥青质材料、1.5份的发泡剂、1.25份的表面活性剂、0.5份的耐候剂和0.5份的抗氧剂。
4.根据权利要求1所述的高性能颗粒木质素纤维,其特征在于,具体包括以下重量份数的组分:82份的木质素纤维、8份的玻璃纤维粉、7份的沥青质材料、1份的发泡剂、1份的表面活性剂、0.4份的耐候剂和0.6份的抗氧剂。
5.根据权利要求1所述的高性能颗粒木质素纤维,其特征在于,具体包括以下重量份数的组分:74份的木质素纤维、12.5份的玻璃纤维粉、9份的沥青质材料、2份的发泡剂、1.5份的表面活性剂、0.6份的耐候剂和0.4份的抗氧剂。
6.根据权利要求1所述的高性能颗粒木质素纤维,其特征在于,具体包括以下重量份数的组分:73份的木质素纤维、15份的玻璃纤维粉、9份的沥青质材料、2份的发泡剂、1份的表面活性剂、0.5份的耐候剂和0.5份的抗氧剂。
7.如权利要求1所述的高性能颗粒木质素纤维的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
混料:将木质素纤维与玻璃纤维粉、表面改性剂放入搅拌缸中,采用搅拌速度为200~500r/min,搅拌1~2min,得到均匀共混物;
加热沥青质材料:将沥青质材料混合物加热到100~140℃,得到热沥青质材料混合物;
搅拌:将热沥青质材料混合物加入到共混物,同时加入耐候剂、抗氧剂、发泡剂,采用搅拌速度为400~1000r/min,搅拌1~3min,得到木质素纤维半成品;
压缩成型:将木质素纤维半成品用压缩机压缩,制备并得到颗粒成品,并打包入库。
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