CN112679800B - 一种用于沥青耐老化的材料的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于改性沥青材料制备技术领域，具体涉及一种用于沥青耐老化的材料的制备方法及应用，包括以下步骤：(1)在有机溶剂中加入铜盐和硫化盐，在室温下搅拌至完全溶解得到前驱溶液A；在有机溶剂中加入锌盐和硫化盐，在室温下搅拌至完全溶解得到前驱溶液B；将前驱溶液A在一定温度下反应，得到硫化铜纳米片；继续注入前驱溶液B，反应，离心、分离和干燥得到硫化铜/硫化锌纳米片；(2)将硫化铜/硫化锌纳米片、插层剂和紫外吸收剂加入到正己烷中，加入分散剂并分散，在恒温条件下搅拌反应，离心、分离和干燥得到改性后的硫化铜/硫化锌纳米片。本发明制备的材料能够有效地提升沥青抗老化的能力，延长沥青道路等的服役寿命。
Description
技术领域
本发明属于改性沥青材料制备技术领域，具体涉及一种用于沥青耐老化的材料的制备方法及应用。
背景技术
沥青被广泛应用于建筑、道路、桥梁等工程，主要用于防水材料和铺筑路面结构胶结材料。但是，沥青也是一种有机混合物，如果长时间地暴露在空气中，在风雨、温度变化等自然条件的作用下，会发生一系列的物理及化学变化，如蒸发、脱氧、缩合、氧化等。此时,沥青中除含氧官能团增多外，其他的化学组成也有变化，最后使沥青逐渐硬化变脆开裂，不能继续发挥其原有的黏结或密封作用。
此外，由于沥青是一种复杂的有机化合物，其老化机理是多种物质的耦合作用。因此，添加单一的抗氧化剂并不能起到很好地抗老化作用。加入单一的抗紫外老化剂，也会在制备和使用过程中，快速失效。目前国内外对改善沥青耐久性的措施主要包括采用无机材料，如蒙脱土、水滑石、云母粉、石墨烯等材料加入沥青，一定程度上提高沥青的抗老化性能。专利CN107652700A公布了一种耐久性改性沥青的制备方法，该发明中利用有机化蒙脱土和钛白粉添加到改性沥青当中，来提高其抗热氧老化能力。专利CN109762356A公布了一种抗紫外高有效含量阳离子乳化沥青的制备方法，该发明中利用经偶联剂改性的金属氧化物紫外吸收剂，有效增强了乳化沥青抗紫外能力，提升道路沥青使用性能。专利CN103881403A公布了一种紫外阻隔固态沥青的制备方法，该发明中利用镁铝基层状双氢氧化物化学吸收和物理屏蔽作用，提高了沥青抗紫外老化能力。但是，单方面提高其热氧老化和抗紫外老化能力并不能解决沥青老化问题，而且蒙脱土的加入会导致沥青部分物理性能下降，紫外吸收剂在高温情况下也容易失效，失去捕获自由基的能力。因此，研发一种既能提高其抗热氧老化能力，又能防止紫外老化的新型改性沥青材料，具有重要的理论价值和实践意义。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种用于沥青耐老化的材料的制备方法，制备的耐老化改性沥青能够有效地提升沥青抗老化的能力，延长其在沥青道路等沥青材料的服役寿命。
本发明的目的之二在于提供一种用于沥青耐老化的材料的应用。
本发明实现目的之一所采用的方案是：一种用于沥青耐老化的材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)、硫化铜/硫化锌纳米片的制备
在100重量份的有机溶剂中加入15-20重量份铜盐和10-20重量份硫化盐，在室温下搅拌至完全溶解得到前驱溶液A；在100重量份的有机溶剂中加入15-20重量份锌盐和10-20重量份硫化盐，在室温下搅拌至完全溶解得到前驱溶液B；将前驱溶液A在温度150～180℃下反应，得到硫化铜纳米片；在此溶液中继续注入前驱溶液B，保持温度150～180℃反应，经过离心、分离和干燥得到多层结构的硫化铜/硫化锌纳米片；
(2)、硫化铜/硫化锌纳米片的改性
将20～30重量份硫化铜/硫化锌纳米片、10～15重量份插层剂和3～15重量份紫外吸收剂加入到100重量份正己烷中，加入分散剂并分散，在温度为75℃～85℃的恒温条件下搅拌反应，离心、分离和干燥得到改性后的硫化铜/硫化锌纳米片，即为所述用于沥青耐老化的材料。
优选地，所述步骤(1)中，有机溶剂为油胺或十八烯。
优选地，所述步骤(1)中，铜盐为乙酸铜、氯化铜、硫酸铜中的至少一种。
优选地，所述步骤(1)中，硫化盐为硫化钠和/或硫化钾。
优选地，所述步骤(1)中，锌盐为乙酸锌和/或油酸锌。
优选地，所述步骤(2)中，插层剂为十六烷基三甲基氯化铵和/或十二烷基磺酸钠。
优选地，所述步骤(2)中，紫外吸收剂为邻羟基苯甲酸苯酯、对甲苯酚、邻硝基苯胺中的任意一种。
本发明实现目的之二所采用的方案是：一种所述的制备方法制备的用于沥青耐老化的材料的应用，将100重量份沥青在温度为150-170℃的温度下，加入10-15重量份助溶剂，保持沥青温度为150-170℃，进行剪切均化，然后加入10-15重量份改性的硫化铜/硫化锌纳米片，继续搅拌均匀，得到耐老化改性沥青。
优选地，所述助溶剂为环氧天然橡胶、聚乙烯树脂、正己烷、二甲苯中的至少一种。
本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明的制备方法通过合成硫化铜/硫化锌纳米片材料，复合硫化铜的隔热效果和硫化锌的抗紫外老化效果，选择纳米尺度上的材料复合，更能优化和结合这两种功能，实现复合材料全波段耐光热老化效果；
(2)本发明的制备方法利用有机插层剂与硫化铜/硫化锌纳米片进行基团置换，增大硫化铜/硫化锌纳米片内部结构插层率和层间距；通过紫外吸收剂插层硫化铜/硫化锌纳米片，进一步实现对紫外线的吸收屏蔽作用；
(3)本发明所制备的用于沥青耐老化的材料能够有效地提升沥青抗老化的能力，延长沥青道路等的服役寿命。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
在100重量份的油胺中加入15重量份乙酸铜和10重量份硫化钠，在室温下搅拌至完全溶解得到前驱溶液A；在100重量份的油胺中加入15重量份油酸锌和10重量份硫化钠，在室温下搅拌至完全溶解得到前驱溶液B；将前驱溶液A注入到反应釜中，在温度150℃下，反应3小时得到硫化铜纳米片，在此溶液中继续注入前驱溶液B，保持温度150℃反应，经过离心、分离和干燥得到多层结构的硫化铜/硫化锌纳米片；将20重量份硫化铜/硫化锌纳米片、10重量份十六烷基三甲基氯化铵和3重量份邻羟基苯甲酸苯酯一起加入到100重量份正己烷中，加入分散剂并进行超声分散，在温度为75℃的恒温条件下搅拌2小时后，离心、分离和干燥得到改性后的硫化铜/硫化锌纳米片。
按质量份，取100份70#基质沥青和10份助溶剂(助溶剂按质量份数由70份正己烷和30份聚乙烯树脂混合而成)在150℃下，以3000转/分钟的转速下剪切搅拌1.5小时，然后在150℃下加入10重量份改性的硫化铜/硫化锌纳米片，继续搅拌1小时后降至常温碾磨，得到耐老化改性沥青。对所得改性沥青进行薄膜烘箱和紫外老化试验，模拟沥青的热氧老化和紫外老化，分别记录所得数据，见表1和表2。
实施例2
在100重量份的油胺中加入15重量份氯化铜和13重量份硫化钾，在室温下搅拌至完全溶解得到前驱溶液A；在100重量份的油胺中加入17重量份油酸锌和13重量份硫化钾，在室温下搅拌至完全溶解得到前驱溶液B；将前驱溶液A注入到反应釜中，在温度160℃下，反应2小时得到硫化铜纳米片。在此溶液中继续注入前驱溶液B，保持温度160℃反应，经过离心、分离和干燥得到多层结构的硫化铜/硫化锌纳米片；将23重量份硫化铜/硫化锌纳米片、11重量份十二烷基磺酸钠和6重量份对甲苯酚一起加入到100重量份正己烷中，加入分散剂并进行超声分散，在温度为80℃的恒温条件下搅拌2小时后，离心、分离和干燥得到改性后的硫化铜/硫化锌纳米片。
按质量份，取100份70#基质沥青和11份助溶剂(助溶剂按质量份数由85份环氧天然橡胶和15份二甲苯混合而成)在160℃下，以4000转/分钟的转速下剪切搅拌1.5小时，然后在150℃下加入11重量份改性的硫化铜/硫化锌纳米片，继续搅拌1.5小时后降至常温碾磨，得到耐老化改性沥青。对所得改性沥青进行薄膜烘箱和紫外老化试验，模拟沥青的热氧老化和紫外老化，分别记录所得数据，见表1和表2。
实施例3
在100重量份的十八烯混合溶液中中加入17重量份硫酸铜和15重量份硫化钾，在室温下搅拌至完全溶解得到前驱溶液A；在100重量份的十八烯中加入18重量份油酸锌和15重量份硫化钾，在室温下搅拌至完全溶解得到前驱溶液B。将前驱溶液A注入到反应釜中，在温度170℃下，反应2小时得到硫化铜纳米片。在此溶液中继续注入前驱溶液B，保持温度170℃反应，经过离心、分离和干燥得到多层结构的硫化铜/硫化锌纳米片。将25重量份硫化铜/硫化锌纳米片、12重量份十六烷基三甲基氯化铵和9重量份邻羟基苯甲酸苯酯一起加入到100重量份正己烷中，加入分散剂并进行超声分散，在温度为85℃的恒温条件下搅拌2小时后，离心、分离和干燥得到改性后的硫化铜/硫化锌纳米片。
按质量份，取100份70#基质沥青和12份助溶剂(助溶剂按质量份数由80份聚乙烯树脂和20份二甲苯混合而成)在150℃下，以4000转/分钟的转速下剪切搅拌2小时，然后在160℃下加入13重量份改性的硫化铜/硫化锌纳米片，继续搅拌1小时后降至常温碾磨，得到耐老化改性沥青。对所得改性沥青进行薄膜烘箱和紫外老化试验，模拟沥青的热氧老化和紫外老化，分别记录所得数据，见表1和表2。
实施例4
在100重量份的油胺溶液中中加入19重量份硫酸铜和17重量份硫化钾，在室温下搅拌至完全溶解得到前驱溶液A；在100重量份的油胺溶液中加入19重量份油酸锌和18重量份硫化钾，在室温下搅拌至完全溶解得到前驱溶液B。将前驱溶液A注入到反应釜中，在温度170℃下，反应2小时得到硫化铜纳米片。在此溶液中继续注入前驱溶液B，保持温度170℃反应，经过离心、分离和干燥得到多层结构的硫化铜/硫化锌纳米片。将27重量份硫化铜/硫化锌纳米片、14重量份十二烷基磺酸钠和9重量份邻羟基苯甲酸苯酯一起加入到100重量份正己烷中，加入分散剂并进行超声分散，在温度为80℃的恒温条件下搅拌2小时后，离心、分离和干燥得到改性后的硫化铜/硫化锌纳米片。
按质量份，取100份70#基质沥青和13份助溶剂(助溶剂按质量份数由80份聚乙烯树脂和20份正己烷混合而成)在160℃下，以5000转/分钟的转速下剪切搅拌2小时，然后在160℃下加入14重量份改性的硫化铜/硫化锌纳米片，继续搅拌1小时后降至常温碾磨，得到耐老化改性沥青。对所得改性沥青进行薄膜烘箱和紫外老化试验，模拟沥青的热氧老化和紫外老化，分别记录所得数据，见表1和表2。
实施例5
在100重量份的十八烯混合溶液中加入20重量份乙酸铜和20重量份硫化钾，在室温下搅拌至完全溶解得到前驱溶液A；在100重量份的十八烯混合溶液中加入20重量份油酸锌和20重量份硫化钾，在室温下搅拌至完全溶解得到前驱溶液B。将前驱溶液A注入到反应釜中，在温度180℃下，反应2小时得到硫化铜纳米片。在此溶液中继续注入前驱溶液B，保持温度180℃反应，经过离心、分离和干燥得到多层结构的硫化铜/硫化锌纳米片。将30重量份硫化铜/硫化锌纳米片、15重量份十六烷基三甲基氯化铵和15重量份邻羟基苯甲酸苯酯一起加入到100重量份正己烷中，加入分散剂并进行超声分散，在温度为85℃的恒温条件下搅拌2小时后，离心、分离和干燥得到改性后的硫化铜/硫化锌纳米片。
按质量份，取100份70#基质沥青和15份助溶剂(助溶剂按质量份数由80份聚乙烯树脂和20份环氧天然橡胶混合而成)在170℃下，以4000转/分钟的转速下剪切搅拌2小时，然后在170℃下加入15重量份改性的硫化铜/硫化锌纳米片，继续搅拌1小时后降至常温碾磨，得到耐老化改性沥青。对所得改性沥青进行薄膜烘箱和紫外老化试验，模拟沥青的热氧老化和紫外老化，分别记录所得数据，见表1和表2。
对比例1(不加纳米片)
按质量份，取100份70#基质沥青和12份助溶剂(助溶剂按质量份数由70份聚乙烯树脂和30份二甲苯混合而成)在170℃下，以4000转/分钟的转速下剪切搅拌2小时，降至常温碾磨，得到基质沥青。对所得改性沥青进行薄膜烘箱和紫外老化试验，模拟沥青的热氧老化和紫外老化，分别记录所得数据，见表1和表2。
对比例2(加入未插层改性的纳米片)
在100重量份的十八烯混合溶液中中加入17重量份硫酸铜和15重量份硫化钾，在室温下搅拌至完全溶解得到前驱溶液A；在100重量份的十八烯中加入18重量份油酸锌和15重量份硫化钾，在室温下搅拌至完全溶解得到前驱溶液B。将前驱溶液A注入到反应釜中，在温度170℃下，反应2小时得到硫化铜纳米片。在此溶液中继续注入前驱溶液B，保持温度170℃反应，经过离心、分离和干燥得到多层结构的硫化铜/硫化锌纳米片。
按质量份，取100份70#基质沥青和12份助溶剂(助溶剂按质量份数由80份聚乙烯树脂和20份正己烷混合而成)在170℃下，以4000转/分钟的转速下剪切搅拌2小时，然后在170℃下加入13重量份的硫化铜/硫化锌纳米片，继续搅拌1小时后降至常温碾磨，得到耐老化改性沥青。对所得改性沥青进行薄膜烘箱和紫外老化试验，模拟沥青的热氧老化和紫外老化，分别记录所得数据，见表1和表2。
通过数据表明：加入改性硫化铜/硫化锌纳米片后，沥青在耐热氧老化和耐紫外老化方面性能都具有明显提升；与对比例1比较，加入硫化铜/硫化锌纳米片的沥青在老化前后，黏度增量、软化点增量、延度减少量和针入度减少量均明显低于未加硫化铜/硫化锌纳米片的沥青，因而具有更为优良的耐老化性能，可延长沥青的使用寿命。
而且研究发现，当硫化铜/硫化锌纳米片掺入量为13份时，沥青黏度、软化点、延度和针入度波动幅度相对较大，耐老化效果更为明显；通过对比例2和实施例3平行比较，在对硫化铜/硫化锌纳米片进行有机插层改性后，沥青在抗紫外氧化方面还会有进一步提升。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1. 一种用于沥青耐老化的材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、硫化铜/硫化锌纳米片的制备
在100重量份的有机溶剂中加入15-20重量份铜盐和10-20重量份硫化盐，在室温下搅拌至完全溶解得到前驱溶液A；在100重量份的有机溶剂中加入15-20重量份锌盐和10-20重量份硫化盐，在室温下搅拌至完全溶解得到前驱溶液B；将前驱溶液A在温度150~180℃下反应，得到硫化铜纳米片；在此溶液中继续注入前驱溶液B，保持温度150~180℃反应，经过离心、分离和干燥得到多层结构的硫化铜/硫化锌纳米片；
（2）、硫化铜/硫化锌纳米片的改性
将20~30重量份硫化铜/硫化锌纳米片、10~15重量份插层剂和3~15重量份紫外吸收剂加入到100重量份正己烷中，加入分散剂并分散，在温度为75℃～85℃的恒温条件下搅拌反应，离心、分离和干燥得到改性后的硫化铜/硫化锌纳米片，即为所述用于沥青耐老化的材料。
2.如权利要求1所述的用于沥青耐老化的材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，有机溶剂为油胺或十八烯。
3.如权利要求1所述的用于沥青耐老化的材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，铜盐为乙酸铜、氯化铜、硫酸铜中的至少一种。
4.如权利要求1所述的用于沥青耐老化的材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，硫化盐为硫化钠和/或硫化钾。
5.如权利要求1所述的用于沥青耐老化的材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，锌盐为乙酸锌和/或油酸锌。
6.如权利要求1所述的用于沥青耐老化的材料的制备方法：其特征在于：所述步骤（2）中，插层剂为十六烷基三甲基氯化铵和/或十二烷基磺酸钠。
7.如权利要求1所述的用于沥青耐老化的材料的制备方法：其特征在于：所述步骤（2）中，紫外吸收剂为邻羟基苯甲酸苯酯、对甲苯酚、邻硝基苯胺中的任意一种。
8.一种如权利要求1-7中任一项所述的制备方法制备的用于沥青耐老化的材料的应用，其特征在于：将100重量份沥青在温度为150-170℃的温度下，加入10-15重量份助溶剂，保持沥青温度为150-170℃，进行剪切均化，然后加入10-15重量份改性的硫化铜/硫化锌纳米片，继续搅拌均匀，得到耐老化改性沥青。
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