CN109762350A - 一种导电沥青改性剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导电沥青改性剂及其制备方法，所述导电沥青改性剂由以下重量份数的组分制备而成：SBS树脂40～70份、石墨烯聚合物复合材料10～25份、碳纳米管材料10～20份、电镀芳纶纤维材料10～20份、偶联剂0.3～2份、抗氧剂0.1～1份，润滑剂1～5份。所述导电沥青改性剂添加到沥青中后，不仅大幅度地提高沥青的导电性能，还改善沥青的回弹性、稳定性和高低温性等综合性能，具有环保、降耗增效的社会效益和经济价值。

Description

一种导电沥青改性剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及沥青改性剂应用领域，特别涉及导电沥青改性剂及其制备方法。

背景技术

沥青路面以其优良的使用性能，作为高等级公路、机场跑道、高等级运动场的主要结构类型已被广泛应用。随着沥青路面的广泛应用与蓬勃发展，冬季路面积雪己成为安全行车的重大隐患。为了保障行车安全和道路通畅，通常的做法是清除积雪，方式有人工清除法、机械清除法和撒融雪剂法。

导电沥青路面是在普通沥青混合料的基础上加入导电沥青添加剂，使之由绝缘材料转变为可以导电的新型复合材料，当与外部电源接通后，由于电热效应产生热量而起到融冰化雪的作用。此方法具有及时、无需中断交通、绿色环保等优点，特别是在桥面铺装、机场跑道建设以及高速公路的弯道、坡路等对路面摩擦力要求较高的地段。大力推广和使用导电沥青添加剂，能够实现及时、高效的清除路面的冰雪，保障道路畅通及行驶安全。

沥青本身是电绝缘的，电阻率一般为10E(+11)～10E(+13)欧姆·米。目前主流的导电沥青解决方案是通过向沥青中加入炭黑、石墨粉、金属钢纤维等，虽然导电性能的改善效果良好，掺入足量的石墨可以使沥青的电阻率达到融雪化冰应用要求，但是由于炭黑的吸油性、石墨的润滑性和钢纤维的分散性分别限制了其在沥青中的掺量，导致制备形成的导电沥青混凝土的路用性能不能满足要求。

因此，现有的导电沥青有待改进。

发明内容

本发明提出一种导电沥青改性剂及其制备方法，所述导电沥青改性剂添加到沥青中，不仅赋予沥青导电性能，并且改善沥青的回弹性、稳定性和高低温性，解决了现有的导电沥青路用性能不佳的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供一种导电沥青改性剂，所述导电沥青改性剂由以下重量份的组分制备而成：

SBS树脂40～70份、石墨烯聚合物复合材料10～25份、碳纳米管材料 10～20份、电镀芳纶纤维材料10～20份、偶联剂0.3～2份、抗氧剂0.1～1 份，润滑剂1～5份。

上述配方中，石墨烯聚合物复合材料、碳纳米管材料都是具有优良的导电性能的材料，在使用中相互配合分散于沥青混合料中形成众多独立的导电区域，而电镀芳纶纤维材料的加入将上述众多独立导电区域紧密联系起来，形成了立体的导电网络，实现沥青混合料的优良的导电性能。而SBS树脂为导电沥青中的导电网络提供粘度和支撑作用，赋予导电沥青一定的强度和抗车辙性能。

上述含量的各种组分中，10～25份的石墨烯聚合物复合材料、10～20份的碳纳米管材料、10～20份的电镀芳纶纤维材料分别形成点、线、体状导电模式，不仅降低了原料的使用成本，明显提高导电沥青的导电性能，实现了一种最优的性价比方案；克服了单独使用一种导电材料时用量大、导电效果提升不明显的缺点。

其中，所述SBS树脂的数均分子量为1万～15万，是星型聚合物、直链型1 聚合物或两种聚合物的共混物。优选地，以星型聚合物：直链型聚合物(重量份数)＝1:2～1:3效果最佳，能够对沥青提供合适的粘度，既能保证各种导电材料充分分散混合均匀，又能提供给沥青混合料较好的粘度，最有利于生产高粘导电沥青混合料。当SBS树脂的分子量低于1万时，会影响导电沥青体系的粘度，而当SBS树脂的分子量高于15万时，树脂的加工性能差，分散困难。

优选地，所述石墨烯聚合物复合材料是通过对甲基丙烯酸甲酯进行插层聚合改性而成，目数为800～1200目，石墨烯的含量为50～85％，导电率大于 95s/cm。

优选地，碳纳米管材料为单壁碳纳米管或羟基化多壁碳纳米管，比表面积大于40m²/g，导电率大于150s/cm。碳纳米管材料的比表面积大于40m²/g时，具有很好的分散性能，利于在沥青混合料中的均匀混合；其导电率越大，导电性能越好。

优选地，电镀芳纶纤维材料为短切或长丝芳纶纤维，导电镀层可以是铝、银、铜其中的一种或多种。这样设置的电镀芳纶纤维材料的导电性能好，且成本较低。

优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂或锆酸酯偶联剂。所述偶联剂将体系中的无机材料和有机材料结合在一起，进一步改善导电沥青的粘合性和分散性。

所述抗氧剂由1010、168和HP-136按照重量比(0.5-1):(0.5-1.5):(0.5- 1.5)组成。优选地，所述抗氧剂由1010、168和HP-136按照重量比1:1.2:1组成的复合抗氧剂。其中，抗氧剂168是有机亚磷酸酯类的抗氧剂，其主要作用机理是吸收在聚合物氧化过程中产生的过氧化物，防止聚合物进一步氧化；而抗氧剂1010是受阻酚类抗氧剂，作用机理是捕获塑料降解过程中产生的自由基，长期持续性发挥抗氧作用，属于主抗氧剂，对聚合物的长期抗氧化有作用。而抗氧化剂1010、168和HP-136按照重量比1:1.2:1组成的复合抗氧剂是利用上述三种抗氧剂间的协同效应，充分发挥各抗氧剂的优势，对导电沥青改性剂提供优良的抗氧化性能，保证其性能稳定性，避免导电沥青改性剂在加工、储运、使用过程中的被氧化降解。

所述润滑剂为聚乙烯蜡、石蜡油和甘油的混合物，按照重量比(0.5-1): (0.5-1.5):(0.5-1.0)组成。优选地，所述润滑剂为聚乙烯蜡、石蜡油和甘油的混合物，按照重量比1:1.2:0.6组成。上述三种润滑剂的分子量不同，可以提供材料间混合、混炼加工过程中的润滑需求，提高导电材料的分散效果。

本发明还提供一种如上所述的导电沥青改性剂的制备方法，包括如下步骤：

S1、将相应重量份数的SBS树脂、石墨烯聚合物复合材料、偶联剂、抗氧剂和润滑剂在高速混合机混合15-30min，转速300～500rpm，得到物料1；

S2、将碳纳米管材料称量定量，得到物料2；

S3、将电镀芳纶纤维材料称量定量，得到物料3；

S4、将物料1从主喂料口、物料2从第一侧喂料口、物料3从第二侧喂料口分别加入平行双螺杆挤出机中造粒，造粒温度为180～235℃，螺杆转速为 200～300rpm，采用水环切粒，分离干燥得到导电沥青改性剂。

本发明还提供一种导电沥青混合料的制备方法：

将5～45％比例的上述方法制备的导电沥青改性剂母粒和少量其他助剂添加到180±5℃沥青中，通过胶体磨剪切、研磨，搅拌发育即可得到导电沥青混合料。具体添加比例可以根据路面设计指标来调整。

本发明的有益效果是：

1、所述导电沥青改性剂添加到沥青中后，不仅大幅度地提高沥青的导电性能，还改善沥青的回弹性、稳定性和高低温性等综合性能，具有环保、降耗增效的社会效益和经济价值。

2、所述导电沥青改性剂用于制备导电沥青混合料时，其添加量低(质量分数最低可达5％)，但是不仅能明显提高沥青的导电效果，并且降低了原料的使用成本。

3、所述导电沥青改性剂的储存稳定性好，可长距离运输；适用密级配、断级配混合料，具有优良的高温抗车辙、低温抗开裂的性能，具有较低的高温粘度(175℃运动粘度Pa·S≯1.0)，易于拌和、摊铺、碾压。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

1、本实施例提供一种导电沥青改性剂，其有以下重量份数的组分制备而：

SBS树脂45份、石墨烯聚合物复合材料20份、电镀芳纶纤维材料17份、碳纳米管材料18份、偶联剂1.5份、抗氧剂0.5份、润滑剂3份。

2、本实施例提供上述导电沥青改性剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)将SBS树脂45份、石墨烯聚合物复合材料20份、偶联剂1.5份、抗氧剂0.5份，润滑剂3份在高速混合机混合20min，转速350rpm，得到物料 1；

(2)将碳纳米管材料18份称量定量，得到物料2；

(3)将电镀芳纶纤维材料17份称量定量，得到物料3；

(4)将物料1从主喂料口，物料2从第一侧喂料口，物料3从第二侧喂料口加入平行双螺杆挤出机中造粒，造粒温度为195℃，螺杆转速为200rpm，采用水环切粒，旋风分离干燥得到导电沥青改性剂母粒。

实施例2

1、本实施例提供一种导电沥青改性剂，其有以下重量份数的组分制备而：

SBS树脂65份、石墨烯聚合物复合材料12份、电镀芳纶纤维材料11份、碳纳米管材料12份、偶联剂1.5份、抗氧剂0.5份、润滑剂3份。

2、本实施例提供上述导电沥青改性剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)将SBS树脂65份、石墨烯聚合物复合材料12份、偶联剂1.5份、抗氧剂0.5份，润滑剂3份在高速混合机混合20min，转速350rpm，得到物料 1；

(2)将碳纳米管材料12份称量定量，得到物料2；

(3)将电镀芳纶纤维材料11份称量定量，得到物料3；

(4)将物料1从主喂料口，物料2从第一侧喂料口，物料3从第二侧喂料口加入平行双螺杆挤出机中造粒，造粒温度为195℃，螺杆转速为200rpm，采用水环切粒，旋风分离干燥得到导电沥青改性剂母粒。

对比例1

本实施例提供对照组的沥青改性剂制备方法，具体如下：

(1)将SBS树脂45份、石墨材料55份、偶联剂1.5份、抗氧剂0.5份，润滑剂3份在高速混合机混合20min，转速350rpm，得到物料1；

(2)将物料1从主喂料口加入平行双螺杆挤出机中造粒，造粒温度为 195℃，螺杆转速为200rpm，采用水环切粒，旋风分离干燥得到导电沥青改性剂母粒。

实施例3

1、导电沥青改性剂母粒的性能测试

实验室制备沥青混合料：将集料(10000g)投入到180℃的拌合锅中干拌15 秒，然后加入750g导电沥青改性剂母粒(重量比为7.5％)拌合60秒，再加入 750g的70#基质沥青，拌合90秒，得到导电沥青混合料。将实施例1和2、以及对比例1制备的导电沥青改性剂母粒分成三组，每组分别按照上述方法制备成导电沥青混合料，并进行以下的性能测试。

1)电阻率的测试方法如下，依据标准为《固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》(GB/T 1410-2006)：

电极为:50mm×50mm的导电金属板,电极与试件间为导电胶(电阻率 <1.0E(-2))，低导电胶有利于填满试件粗糙表面，改善电极与试件接触界面，减少接触电阻造成的试验误差。

2)路用性能测试标准：《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJE20- 2011)。

2、测试结果如下表所示：

根据以上试验数据可知，实施例1-2的测试电阻率比对比例1低1～2个数量级，说明：实施例1～2所制备的导电沥青改性剂的导电性能远优于对比例1 中的纯石墨填充的导电材料制备的沥青改性剂，同时，其软化点、针入度、黏度、稳定性等方面优于对比例1的数值或者呈持平状态。其中，实施例1制备的导电沥青改性剂的综合性能最佳。

上述测试结果说明：本发明提供的导电沥青改性剂提高了导电沥青的综合性能，尤其是导电性能，具有更广的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种导电沥青改性剂，其特征在于，所述导电沥青改性剂由以下重量份的组分制备而成：

SBS树脂40～70份、石墨烯聚合物复合材料10～25份、碳纳米管材料10～20份、电镀芳纶纤维材料10～20份、偶联剂0.3～2份、抗氧剂0.1～1份，润滑剂1～5份。

2.根据权利要求1所述的导电沥青改性剂，其特征在于，由以下重量份的组分制备而成：SBS树脂45份、石墨烯聚合物复合材料20份、偶联剂1.5份、抗氧剂0.5份，润滑剂3份，碳纳米管材料18份，电镀芳纶纤维材料17份。

3.根据权利要求1所述的导电沥青改性剂，其特征在于，所述SBS树脂的数均分子量为1万～15万，是星型聚合物、直链型聚合物或两种聚合物的共混物。

4.根据权利要求1所述的导电沥青改性剂，其特征在于，所述石墨烯聚合物复合材料是通过对甲基丙烯酸甲酯进行插层聚合改性而成，目数为800～1200目，石墨烯的含量为50～85％，导电率大于95s/cm。

5.根据权利要求1所述的导电沥青改性剂，其特征在于，碳纳米管材料为单壁碳纳米管或羟基化多壁碳纳米管，比表面积大于40m²/g，导电率大于150s/cm。

6.根据权利要求1所述的导电沥青改性剂，其特征在于，电镀芳纶纤维材料为短切或长丝芳纶纤维，导电镀层是铝、银、铜中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的导电沥青改性剂，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂或锆酸酯偶联剂。

8.根据权利要求1所述的导电沥青改性剂，其特征在于，所述抗氧剂由1010、168和HP-136按照重量比(0.5-1)：(0.5-1.5)：(0.5-1.5)组成。

9.根据权利要求1所述的导电沥青改性剂，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯蜡、石蜡油和甘油的混合物，按照重量比(0.5-1)：(0.5-1.5)：(0.5-1.0)组成。

10.一种权利要求1-9中任一项所述的导电沥青改性剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：

S1、将相应重量份数的SBS树脂、石墨烯聚合物复合材料、偶联剂、抗氧剂和润滑剂在高速混合机混合15-30min，转速300～500rpm，得到物料1；

S2、将碳纳米管材料称量定量，得到物料2；

S3、将电镀芳纶纤维材料称量定量，得到物料3；

S4、将物料1从主喂料口、物料2从第一侧喂料口、物料3从第二侧喂料口分别加入平行双螺杆挤出机中造粒，造粒温度为180～235℃，螺杆转速为200～300rpm，采用水环切粒，分离干燥得到导电沥青改性剂。