CN111607171A - 一种改性聚苯乙烯沥青路面养护剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于路面养护和修复技术领域，具体涉及一种改性聚苯乙烯沥青路面养护剂及其制备方法。本发明所制得的改性聚苯乙烯与再生剂、增塑剂等功能助剂能很好的相容分散，进行反应，制备出的改性聚苯乙烯沥青路面养护剂能显著防止、延缓和修复沥青路面的老化。此外，本发明所制得的改性聚苯乙烯沥青路面养护剂具有优良的抗冲击性和耐磨性。另外，本发明的应用前景广泛，可广泛应用于沥青道路路面，且施工方便，可采用喷涂或刷涂的方式，对路面进行养护或修复，具有良好的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明属于路面养护和修复技术领域，具体涉及一种改性聚苯乙烯沥青路 面养护剂及其制备方法。
背景技术
截止2018年底，中国公路总里程已达485万公里，其中大部分采用的是 沥青路面。新建的沥青路面平整，呈深黑色，具有优良的路用性能，但随着时 间的推移，由于环境、气候及交通负荷等多方面因素的综合影响，沥青路面会 逐渐老化，出现泛油、车辙、裂缝等不同程度的破损，导致路面使用性能降低。 若不尽早养护，沥青路面会进一步恶化造成大面积损坏，耗费高额的维修成本。 因此非常有必要对沥青路面进行预养护。
在现有的道路养护技术中，使用沥青道路养护剂能防止、延缓沥青路面的 老化，沥青养护剂是一种适用于沥青路面初期养护的新型材料，通过喷洒，在 表面能的作用下铺展在沥青路面表面，使得裂缝之间的新沥青结合料与原沥青 结合料之间形成连续整体，使得松散集料黏结的更加牢固稳定。现有技术公开 了多种沥青养护剂，但普遍存在抗冲击性差、耐久性差、不稳定等缺点。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种改性聚苯乙烯沥青路面养护剂，所述养护 剂主要由以下重量份的原料制成：沥青15～25份，改性聚苯乙烯21～29份，溶 剂30～45份，四氯化碳10～15份，再生剂1.5～2.5份，增塑剂0.5～1.0份，纯丙 乳液2.5～5份，聚氨酯1～2份，有机蒙脱土0.8～1.5份；
所述改性聚苯乙烯主要由以下重量份的原料制成：甲苯40～47份，聚苯乙 烯树脂30～35份，二甲基二甲氧基硅烷12～18份，过氧化二苯甲酰2.7～3.0份， 纳米碳化硅5～5.5份。
进一步地，所述沥青为70号沥青、90号沥青中的至少一种。
进一步地，所述溶剂为苯乙烯、四氯乙烷、四氢呋喃中的至少一种。
进一步地，所述再生剂为润滑油与煤油的混合物。
进一步地，所述润滑油与所述煤油的重量比为2:1。
进一步地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸酯中的至少一种。
进一步地，所述纳米碳化硅为YQ-S01纳米碳化硅。
进一步地，所述聚苯乙烯树脂的重均分子量为50000～100000。
本发明还提供上述改性聚苯乙烯沥青路面养护剂的制备方法，所述制备方 法包括以下步骤：
1)将沥青、再生剂溶于溶剂中，搅拌1.5～2h，得A组分；
2)将改性聚苯乙烯溶于四氯化碳中，搅拌0.5～1h，再向其中加入纯丙乳 液、聚氨酯、增塑剂、有机蒙脱土，搅拌1～2h，得B组分；
3)将步骤1)所制得的A组分和步骤2)所制得的B组分混合，在转速为 110～120rpm的条件下常温搅拌6～7h，得到改性聚苯乙烯沥青路面养护剂。
进一步地，改性聚苯乙烯的制备方法包括以下步骤：
将甲苯溶液和聚苯乙烯树脂混合，在转速为80～95rpm的条件下搅拌0.5～1h 后，将温度升高至70～75℃，向其中加入二甲基二甲氧基硅烷和过氧化二苯甲 酰，将转速调至110～120rpm，反应6～7h；将温度降至35～40℃，加入纳米碳化 硅，转速不变，搅拌1～2h后，冷却至室温，得到改性聚苯乙烯。
相对于现有技术，本发明具有以下技术效果：
(1)本发明所制得的改性聚苯乙烯与再生剂、增塑剂等功能助剂能很好的 相容分散，进行反应，制备出的改性聚苯乙烯沥青路面养护剂能显著防止、延 缓和修复沥青路面的老化；
(2)本发明所制得的改性聚苯乙烯沥青路面养护剂具有优良的抗冲击性和 耐磨性；
(3)本发明的应用前景广泛，可广泛应用于沥青道路路面，且施工方便， 可采用喷涂或刷涂的方式，对路面进行养护或修复，具有良好的经济效益和社 会效益。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书 中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通 过在说明书和权利要求书中所指出的结构来实现和获得。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明 实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述 的实施例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)改性聚苯乙烯的制备：称取20g甲苯溶液和15g重均分子量为56000 的聚苯乙烯树脂，置于带搅拌装置的三口烧瓶中，将转速调至为80rpm搅拌0.5h 后，将温度升高至70℃，向其中加入6g二甲基二甲氧基硅烷和1.4g过氧化二 苯甲酰，将转速调至110rpm，反应6h。将温度降至35℃，加入2.5g的YQ-S01 纳米碳化硅，转速不变，搅拌1h后，冷却至室温得到改性聚苯乙烯40.7g备用。
(2)称取70号沥青15g和再生剂1.5g，将其溶于30g苯乙烯中，磁力搅 拌1.5h，得A组分；所述再生剂为以重量份计，按润滑油：煤油＝2:1的比例混 合搅拌均匀制成；
(3)称取本实施例步骤(1)中所制得的改性聚苯乙烯21g，将其溶于10g 四氯化碳中，磁力搅拌0.5h，再向其中加入2.5g纯丙乳液、1g聚氨酯、0.5g 邻苯二甲酸二辛酯、0.8g有机蒙脱土，磁力搅拌1h，得B组分。
(4)将本实施例步骤(2)所制得的A组分和本实施例步骤(3)所制得 的B组分置于带搅拌装置的三口烧瓶中，将转速调至110rpm常温搅拌6h，即 制得改性聚苯乙烯沥青路面养护剂。
实施例2
(1)改性聚苯乙烯的制备：制备方法及用量同实施例1；
(2)A组分：制备方法同实施例1中步骤(2)，将70号沥青、再生剂和 苯乙烯的用量分别改为20g、2.0g和37.5g。
(3)B组分：制备方法同实施例1中步骤(3)，将改性聚苯乙烯、四氯 化碳、纯丙乳液、聚氨酯、邻苯二甲酸二辛酯和有机蒙脱土的用量改为25g、 12.5g、3.8g、1.5g、0.8g、1.2g。
(4)将本实施例中制得的A组分与B组分进行复配，方法同实施例1中 步骤(4)。
实施例3
(1)改性聚苯乙烯的制备：制备方法及用量同实施例1；
(2)A组分：制备方法同实施例1中步骤(2)，将70号沥青、再生剂和 苯乙烯用量分别改为25g、2.5g和45g。
(3)B组分：制备方法同实施例1中步骤(3)，将改性聚苯乙烯、四氯 化碳、纯丙乳液、聚氨酯、邻苯二甲酸二辛酯和有机蒙脱土的用量改为29g、 15g、5g、2g、1g、1.5g。
(4)将本实施例中制得的A组分与B组分进行复配，方法同实施例1中 步骤(4)。
实施例4
(1)改性聚苯乙烯的制备：称取23.5g甲苯溶液和17.5g重均分子量为 56000的聚苯乙烯树脂，置于带搅拌装置的三口烧瓶中，将转速调至为95rpm 搅拌1h后，将温度升高至75℃，向其中加入9g二甲基二甲氧基硅烷和1.5g 过氧化二苯甲酰，将转速调至120rpm，反应7h。将温度降至40℃，加入2.8g 的YQ-S01纳米碳化硅，转速不变，搅拌2h后，冷却至室温得到改性聚苯乙烯 50.1g备用。
(2)称取90号沥青15g和再生剂1.5g，将其溶于30g四氢呋喃中，磁力 搅拌2h，得A组分；所述再生剂为以重量份计，按润滑油：煤油＝2:1的比例 混合搅拌均匀制成；
(3)称取本实施例步骤(1)中所制得的改性聚苯乙烯21g，将其溶于10g 四氯化碳中，磁力搅拌1h，再向其中加入2.5g纯丙乳液、1g聚氨酯、0.5g硬 脂酸酯、0.8g有机蒙脱土，磁力搅拌2h，得B组分。
(4)将本实施例步骤(2)所制得的A组分和本实施例步骤(3)所制得 的B组分置于带搅拌装置的三口烧瓶中，将转速调至120rpm常温搅拌7h，即 制得改性聚苯乙烯沥青路面养护剂。
实施例5
(1)改性聚苯乙烯的制备：制备方法及用量同实施例4；
(2)A组分：制备方法同实施例4中步骤(2)，将90号沥青、再生剂和 四氢呋喃的用量分别改为20g、2.0g和37.5g。
(3)B组分：制备方法同实施例4中步骤(3)，将改性聚苯乙烯、四氯 化碳、纯丙乳液、聚氨酯、硬脂酸酯和有机蒙脱土的用量改为25g、12.5g、3.8g、 1.5g、0.8g、1.2g。
(4)将本实施例中制得的A组分与B组分进行复配，方法同实施例1中 步骤(4)。
实施例6
(1)改性聚苯乙烯的制备：制备方法及用量同实施例4；
(2)A组分：制备方法同实施例4中步骤(2)，将90号沥青、再生剂和 四氢呋喃的用量分别改为25g、2.5g和45g。
(3)B组分：制备方法同实施例4中步骤(3)，将改性聚苯乙烯、四氯 化碳、纯丙乳液、聚氨酯、硬脂酸酯和有机蒙脱土的用量分别改为29g、15g、 5g、2g、1g、1.5g。
(4)将本实施例中制得的A组分与B组分进行复配，方法同实施例1中 步骤(4)。
性能检测
1.沥青三大指标：测试实施例1-6所制备的养护剂对沥青的软化点、针入 度和延度的影响。设置实验组和对照组，如表1中的空白对照1、空白对照2 分别是指基质沥青原样和基质沥青原样经沥青旋转薄膜加热试验后的沥青样， 沥青旋转薄膜加热试验方法按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTGE20-2011》中方法T0610-2011进行。实验组1、实验组2、实验组3、实验 组4、实验组5和实验组6分别是指基质沥青原样经沥青旋转薄膜加热试验后 掺加5.0％养护剂所得试样，实验组1-6中所使用的养护剂分别对应实施例1、
实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6中所制得的养护剂。
由表1中空白对照1和空白对照2的数据可知，基质沥青原样经旋转薄膜 加热试验后，软化点显著增高、针入度降低，说明沥青老化后变硬，掺加本发 明实施例1-6所制的养护剂后，实验组1-6的软化点分别为47.5℃、48℃、47℃、 47.5℃、47.5℃和49℃，针入度分别为77.1、72.8、82.9、81.2、76.5、73.2， 接近老化前的软化点和针入度，说明本发明所制备的养护剂能使老化后的沥青 还原变软；
表1中空白对照1和空白对照2的延度数据表明，基质沥青原样老化后延 度显著下降，沥青老化后变脆，实验组1-6的延度数据均大于100cm，说明本 发明所制得的养护剂能还原老化后的沥青，使其重新具备良好的延展性。
表1本发明所制得的养护剂对基质沥青原样的还原修复效果对照表
2.沥青路面渗水系数：选定一段路面状况近似，有轻微裂缝的旧高速路面， 进行沥青路面渗水系数实验。对照组1’为不经任何处理的旧高速路面，实验组 1’、实验组2’、实验组3’、实验组4’、实验组5’和实验组6’分别是指在旧高速 路面上喷洒或刷涂不同养护剂在自然环境下放置2天的路面，实验组1’-6’中所 使用的养护剂是按上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和 实施例6中的方法所制得的。
由表2可知，不经任何处理的旧高速路面渗水系数为476.17ml/min，经过 实施例1-6所制备的养护剂处理后，旧高速路面渗水系数为43.29-53.56ml/min， 可见本发明制备的养护剂可以显著改善旧高速路面的渗水问题。
表2本发明所制得养护剂对旧高速路面渗水系数影响对照表
3.路面构造深度：选定一段路面状况近似，有轻微裂缝的旧高速路面，进 行沥青路面构造深度实验，试验方法参照《公路路基路面现场测试规程JTG 3450-2019》中(手工铺砂法测试路面构造深度方法T0961-1995)。对照组1*为不 经任何处理的旧高速路面，实验组1*、实验组2*、实验组3*、实验组4*、实 验组5*和实验组6*分别是指在旧高速路面上喷洒或刷涂不同养护剂在自然环 境下放置3天和3个月的路面，实验组1*-6*中所使用的养护剂是按上述实施 例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6中的方法所制得的。
表3本发明所制得养护剂对旧高速路面构造深度影响对照表
由表3可知，不经任何处理的旧高速路面放置3天构造深度为3.93mm， 使用本发明实施例1-6所制备的养护剂处理的旧高速路面放置3天构造深度为 0.76-0.99mm，可见本发明所制得的养护剂能显著改善沥青路面的构造深度，从 而使其满足高速沥青路面抗滑性能的要求。并且不经任何处理的旧高速路面放 置3个月构造深度为4.96mm，使用本发明实施例1-6所制备的养护剂处理的旧 高速路面放置3个月构造深度为0.81-1.06mm，并且与使用本发明实施例1-6 所制备的养护剂处理的旧高速路面放置3天的构造深度相比，放置3个月后， 经养护剂处理的路面的构造深度没有明显的变化，说明高速路面在这3个月的 使用过程中路面状况并没有大的改变，说明有轻微损坏的沥青路面使用本发明 所制得的养护剂后，沥青路面具有良好的耐磨性和抗冲击性，不易损伤，从而 可以延长沥青路面的使用寿命。
从上述表1、表2和表3中的数据可以综合看出，本发明提供的改性聚苯 乙烯沥青路面养护剂能有效还原沥青的使用性能，且具有优良的耐磨性能和抗 冲击性能。将其应用在旧高速路面，能显著延长旧高速路面的使用寿命。
本发明的改性聚苯乙烯是通过溶液聚合将二甲基二甲氧基硅烷接枝到聚苯 乙烯链上，从而提高其抗冲击性能和耐久性能，在聚合反应后期再向其中添加 YQ-S01纳米碳化硅，从而赋予改性聚苯乙烯优良的耐磨性能。本发明提供的 改性聚苯乙烯沥青路面养护剂能有效改善和修复沥青路面的路用性能，延长使 用寿命。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员 应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其 中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的 本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种改性聚苯乙烯沥青路面养护剂，其特征在于，所述养护剂主要由以下重量份的原料制成：沥青15～25份，改性聚苯乙烯21～29份，溶剂30～45份，四氯化碳10～15份，再生剂1.5～2.5份，增塑剂0.5～1.0份，纯丙乳液2.5～5份，聚氨酯1～2份，有机蒙脱土0.8～1.5份；
所述改性聚苯乙烯主要由以下重量份的原料制成：甲苯40～47份，聚苯乙烯树脂30～35份，二甲基二甲氧基硅烷12～18份，过氧化二苯甲酰2.7～3.0份，纳米碳化硅5～5.5份。
2.根据权利要求1所述的改性聚苯乙烯沥青路面养护剂，其特征在于，所述沥青为70号沥青、90号沥青中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的改性聚苯乙烯沥青路面养护剂，其特征在于，所述溶剂为苯乙烯、四氯乙烷、四氢呋喃中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的改性聚苯乙烯沥青路面养护剂，其特征在于，所述再生剂为润滑油与煤油的混合物。
5.根据权利要求4所述的改性聚苯乙烯沥青路面养护剂，其特征在于，所述润滑油与所述煤油的重量比为2:1。
6.根据权利要求1所述的改性聚苯乙烯沥青路面养护剂，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸酯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的改性聚苯乙烯沥青路面养护剂，其特征在于，所述纳米碳化硅为YQ-S01纳米碳化硅。
8.根据权利要求1所述的改性聚苯乙烯沥青路面养护剂，其特征在于，所述聚苯乙烯树脂的重均分子量为50000～100000。
9.权利要求1-8任一项所述改性聚苯乙烯沥青路面养护剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)将沥青、再生剂溶于溶剂中，搅拌1.5～2h，得A组分；
2)将改性聚苯乙烯溶于四氯化碳中，搅拌0.5～1h，再向其中加入纯丙乳液、聚氨酯、增塑剂、有机蒙脱土，搅拌1～2h，得B组分；
3)将步骤1)所制得的A组分和步骤2)所制得的B组分混合，在转速为110～120rpm的条件下常温搅拌6～7h，得到改性聚苯乙烯沥青路面养护剂。
10.根据权利要求9所述的改性聚苯乙烯沥青路面养护剂的制备方法，其特征在于，改性聚苯乙烯的制备方法包括以下步骤：
将甲苯溶液和聚苯乙烯树脂混合，在转速为80～95rpm的条件下搅拌0.5～1h后，将温度升高至70～75℃，向其中加入二甲基二甲氧基硅烷和过氧化二苯甲酰，将转速调至110～120rpm，反应6～7h；将温度降至35～40℃，加入纳米碳化硅，转速不变，搅拌1～2h后，冷却至室温，得到改性聚苯乙烯。
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