CN112898789A - 一种石墨烯改性抗剥落剂及高散热石墨烯复合改性沥青 - Google Patents
一种石墨烯改性抗剥落剂及高散热石墨烯复合改性沥青 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯改性抗剥落剂及高散热石墨烯复合改性沥青，所述石墨烯改性抗剥落剂包括石墨烯0.1‑1份、碳纳米管0.1‑1份、多孔活性炭0.3‑5份、石油磺酸盐0.1‑1份、硫磺1‑5份和抗剥落剂90‑100份；所述高散热石墨烯复合改性沥青包括废旧轮胎粉20‑30份、石墨烯粉体0.1‑1份、碳纳米管0.1‑1份、多孔活性炭0.3‑5份、石墨烯改性沥青抗剥落剂2‑5份、石油沥青60‑70份、稳定剂1‑3份、硫磺1‑3份、石油磺酸盐0.5‑1份和金属氧化物1‑3份；本发明所述的石墨烯碳原子有优良的杨氏模量、高的比表面积、本征强度和导热特性；多孔活性炭高比表面积有强大的吸附功能；碳纳米管的高模量和高强度使得改性沥青有很好的韧性，添加的石墨烯改性抗剥落剂能显著提高沥青的软化点、韧性和导热性能。
Description
技术领域
本发明涉及石油沥青改性领域，尤其涉及一种石墨烯改性抗剥落剂及高散热石墨烯复合改性沥青。
背景技术
根据社会发展的需要，交通量增大，交通道路的需要增多，另外气候越来越炎热，对沥青路面的要求越来越高，提高沥青路面的高温稳定性、低温抗裂性、软化点和导热系数，并延长使用寿命等迫在眉睫。目前，普通沥青已难达到要求，继而出现一些改性沥青，其中以SBS改性居多，SBS改性沥青造价高，沥青混凝土拌制时，温度要提高，增加了能源消耗。
石墨烯是21世纪的新材料，是碳原子以SP2杂化的单层堆积而成的蜂巢状二维原子晶体，有优良的杨氏模量、本征强度、导热特性，表现出良好的韧性和导热性。当石墨烯添加到沥青里面时，会形成一种导热功能，能在夏天高温时将沥青路面上的热量及时导出，降低路面吸热，提高路面的强度以及使用寿命，减少路面养护次数，而且混合料在拌合的过程中降低碳排放，从而起到环境保护的作用。
多孔活性炭和石墨烯的高比表面积，有强大的吸附功能，能很大程度吸附沥青的异味。
石墨烯和碳纳米管高模量，高强度，使得改性沥青有很好的韧性。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种原料组成合理配比、具有较高的高温稳定性、低温抗裂性环保型的高散热石墨烯复合改性沥青及其制备方法，具体技术方案如下所述：
根据本发明的一个方面，提供一种石墨烯改性抗剥落剂，包括有以下重量份数的组分：石墨烯粉体0.1-1份、碳纳米管0.1-1份、多孔活性炭0.3-5份、石油磺酸盐0.1-1份、硫磺1-5份和抗剥落剂90-100份。
优选的，所述石墨烯粉体为石墨烯采用物理法生产的石墨烯粉体，所述石墨烯粉体的粒径d50＝20微米。
根据本发明的另一个方面，本发明提供一种高散热石墨烯复合改性沥青，包括有以下重量份数的组分：废旧轮胎粉20-30份、石墨烯粉体0.1-1份、碳纳米管0.1-1份、多孔活性炭0.3-5份、如上述制得的石墨烯改性抗剥落剂2-5份、石油沥青60-70份、稳定剂1-3份、硫磺1-3份、石油磺酸盐0.5-1份和金属氧化物1-3份。
优选的，所述石墨烯改性抗剥落剂的质量分数为2％-4％。
优选的，所述石墨烯粉体为石墨烯采用物理法生产的石墨烯粉体，所述石墨烯粉体的粒径d50＝20微米；
所述废旧轮胎粉为混粉，所述废旧轮胎粉的目数为50目。
优选的，所述石油沥青为90#石油沥青；
所述稳定剂为钙锌稳定剂；
所述金属氧化物为氧化锌或氧化铝。
根据本发明的另一个方面，本发明提供一种石墨烯改性抗剥落剂的制备方法，包括以下步骤：
S11：将抗剥落剂加入反应釜中，以一定转速均质1-2h；
S12：在反应釜中加入硫磺和石油磺酸盐，继续以一定转速均质1-3h；
S13：在反应釜中加入石墨烯粉体、多孔活性炭和碳纳米管，再次以一定转速均质1-2h，制得石墨烯改性抗剥落剂。
优选的，步骤S11中，以一定转速均质的同时做超声处理，所述转速为2000-5000rpm；
步骤S12中，以一定转速均质的同时做超声处理，所述转速为2000-5000rpm；
步骤S13中，以一定转速均质的同时做超声处理，所述转速为2000-5000rpm。
根据本发明的另一个方面，本发明提供一种高散热石墨烯复合改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
S21：将废旧橡胶粉添加到一个反应釜中，加热到一定温度，用高速剪切机搅拌一段时间，制得处理后的废旧橡胶粉；
S22：将石油沥青加入到另一个反应釜中，加热到设定温度，对另一个反应釜内的石油沥青高速搅拌设定时间；
S23：在另一个反应釜中加入石墨烯粉体、碳纳米管和多孔活性炭，并将处理后的废旧轮胎粉倒入另一个反应釜中，用高速剪切机对另一个反应釜内的物料搅拌一定时间；
S24：在另一个反应釜中加入稳定剂、硫磺、石油磺酸盐、金属氧化物和上述制得的石墨烯改性抗剥落剂，用高速剪切机对另一个反应釜内的物料搅拌一定时间，制得高散热石墨烯复合改性沥青。
优选的，步骤S21中，所述温度为180-200℃，所述时间为2-3h；
步骤S22中，所述温度为180-200℃；所述时间为1-2h；
步骤S23中，所述时间为1-2h；
步骤S24中，所述时间为1.5h。
本发明的一种石墨烯改性抗剥落剂和高散热石墨烯复合改性沥青，具有如下有益效果：
(1)本发明的一种石墨烯改性抗剥落剂和高散热石墨烯复合改性沥青，将沥青路面上的热量及时导出，降低路面吸热，提高路面的强度以及使用寿命，减少路面养护次数，而且混合料在拌合的过程中降低碳排放，从而起到环境保护的作用；
(2)本发明的一种石墨烯卫改性抗剥落剂和高散热石墨烯复合改性沥青，添加的多孔活性炭和石墨烯具有高比表面积，有强大的吸附功能，能很大程度吸附沥青的异味；
(3)本发明的一种石墨烯卫改性抗剥落剂和高散热石墨烯复合改性沥青，添加的石墨烯和碳纳米管具有高模量、高强度，使得改性沥青有很好的韧性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本申请所述的石墨烯改性抗剥落剂的组分构成示意图；
图2是本申请所述的高散热石墨烯复合改性沥青的组分构成示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步清楚详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种石墨烯改性抗剥落剂，如图1所示，图1是本申请所述的石墨烯改性抗剥落剂的组分构成示意图；其制备方法包括：
S11：将抗剥落剂加入反应釜中，以一定转速均质1-2h；
S12：在反应釜中加入硫磺和石油磺酸盐，继续以一定转速均质1-3h；
S13：在反应釜中加入石墨烯粉体、碳纳米管和多孔活性炭，再次以一定转速均质1-2h，制得石墨烯改性抗剥落剂。
优选的，步骤S11中，以一定转速均质的同时做超声处理，所述转速为2000-5000rpm；步骤S12中，以一定转速均质的同时做超声处理，所述转速为2000-5000rpm；步骤S13中，以一定转速均质的同时做超声处理，所述转速为2000-5000rpm；所述石墨烯粉体的粒径d50＝20微米，即所述石墨烯粉体中至少有50wt％石墨烯粉体的粒径小于等于20微米；所述碳纳米管的轴心线长度d50＝20微米，即所述碳纳米管中至少有50wt％碳纳米管的轴心线长度小于等于20微米。
示例中，步骤S11、S12和S13中，所述转速均为3000rpm；所述石墨烯粉体为石墨烯采用物理法生产的石墨烯粉体，所述石墨烯粉体的粒径d50＝10微米，即所述石墨烯粉体中至少有50wt％石墨烯粉体的粒径小于等于10微米；所述碳纳米管的轴心线长度d50＝10微米，即所述碳纳米管中至少有50wt％碳纳米管的轴心线长度小于等于10微米。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种高散热石墨烯复合改性沥青，如图2所示，图2是本申请所述的高散热石墨烯复合改性沥青的组分构成示意图；其制备方法包括：
S21：将废旧橡胶粉添加到反应釜中，温度加热到180-200℃后，用高速剪切机搅拌2-3h，制得处理后的废旧橡胶粉；
S22：将石油沥青加入到另一个反应釜中，温度加热到180-200℃，高速搅拌1-2h；
S23：在另一个反应釜中加入石墨烯粉体、碳纳米管和多孔活性炭，并将处理后的废旧轮胎粉倒入另一个反应釜中，用高速剪切机对另一个反应釜内的物料搅拌1-2h；
S24：在另一个反应釜中加入稳定剂、硫磺、石油磺酸盐、金属氧化物和上述制得的石墨烯改性抗剥落剂，继续用高速剪切机对另一个反应釜内的物料搅拌1.5h，即制得高散热石墨烯复合改性沥青。
优选的，所述金属氧化物为氧化锌或氧化铝，所述处理后的废旧轮胎粉的目数为50目，所述石墨烯粉体的粒径d50＝20微米，即所述石墨烯粉体中至少有50wt％石墨烯粉体的粒径小于等于20微米；所述碳纳米管的轴心线长度d50＝20微米，即所述碳纳米管中至少有50wt％碳纳米管的轴心线长度小于等于20微米。
示例中，所述石墨烯粉体为石墨烯采用物理法生产的石墨烯粉体，所述石墨烯粉体的粒径d50＝10微米，即所述石墨烯粉体中至少有50wt％石墨烯粉体的粒径小于等于10微米；
所述废旧轮胎粉为混粉，所述处理后的废旧轮胎粉的目数为60目；所述碳纳米管的轴心线长度d50＝10微米，即所述碳纳米管中至少有50wt％碳纳米管的轴心线长度小于等于10微米；
所述石油沥青为90#石油沥青，所述稳定剂为钙锌稳定剂。
实施列一
本发明提供一种石墨烯改性抗剥落剂，包括有以下重量份数的组分：石墨烯粉体0.1份、碳纳米管0.1份、多孔活性炭0.3份、石油磺酸盐0.1份、硫磺5份和抗剥落剂90份。
本发明还提供一种高散热石墨烯复合改性沥青，包括有以下重量份数的组分：废旧轮胎粉20份、石墨烯粉体0.1份、碳纳米管0.1份、多孔活性炭0.3份、本实施例制得的石墨烯改性抗剥落剂2份、石油沥青60份、稳定剂1份、硫磺1份、石油磺酸盐0.5份和金属氧化物1份。
实施例二
本发明还提供一种石墨烯改性抗剥落剂，包括有以下重量份数的组分：石墨烯粉体0.2份、碳纳米管0.2份、多孔活性炭0.6份、石油磺酸盐0.2份、硫磺5份和抗剥落剂100份。
本发明还提供一种高散热石墨烯复合改性沥青，包括有以下重量份数的组分：废旧轮胎粉25份，石墨烯粉体0.1份，碳纳米管0.1份，多孔活性炭0.3份，本实施例制得的石墨烯改性抗剥落剂3份，石油沥青70份，稳定剂1份、硫磺3份、石油磺酸盐0.5份和金属氧化物1份。
实施例三
本发明还提供一种石墨烯改性抗剥落剂，包括有以下重量份数的组分：石墨烯粉体0.2份、碳纳米管0.2份、多孔活性炭0.6份、石油磺酸盐0.2份、硫磺5份和抗剥落剂100份。
本发明还提供一种高散热石墨烯复合改性沥青，包括有以下重量份数的组分：废旧轮胎粉25份、石墨烯粉体0.2份、碳纳米管0.2份、多孔活性炭0.6份、本实施例制得的石墨烯改性抗剥落剂3份、石油沥青70份、稳定剂1份、硫磺3份、石油磺酸盐0.5份和金属氧化物1份。
实施例四
本发明还提供一种石墨烯改性抗剥落剂，包括有以下重量份数的组分：石墨烯粉体0.2份、碳纳米管0.2份、多孔活性炭0.6份、石油磺酸盐0.2份、硫磺5份和抗剥落剂100份。
本发明还提供一种高散热石墨烯复合改性沥青，包括有以下重量份数的组分：废旧轮胎粉30份、石墨烯粉体0.5份、碳纳米管0.5份、多孔活性炭1.5份、本实施例制得的石墨烯改性抗剥落剂3份、石油沥青70份、稳定剂1份、硫磺3份、石油磺酸盐0.5份和金属氧化物1份。
实施例五
本发明还提供一种石墨烯改性抗剥落剂，包括有以下重量份数的组分：石墨烯粉体0.3份、碳纳米管0.3份、多孔活性炭0.9份、石油磺酸盐0.3份、硫磺5份和抗剥落剂100份。
本发明还提供一种高散热石墨烯复合改性沥青，包括有以下重量份数的组分：废旧轮胎粉30份、石墨烯粉体0.2份、碳纳米管0.2份、多孔活性炭0.6份、本实施例制得的石墨烯改性抗剥落剂3份、石油沥青70份、稳定剂1份、硫磺3份、石油磺酸盐0.5份和金属氧化物1份。
实施例六
本发明还提供一种石墨烯改性抗剥落剂，包括有以下重量份数的组分：石墨烯粉体0.3份、碳纳米管0.3份、多孔活性炭0.9份、石油磺酸盐0.3份、硫磺5份和抗剥落剂100份。
本发明还提供一种高散热石墨烯复合改性沥青，包括有以下重量份数的组分：废旧轮胎粉30份、石墨烯粉体0.3份、碳纳米管0.3份、多孔活性炭0.9份、本实施例制得的石墨烯改性抗剥落剂3份、石油沥青70份、稳定剂1份、硫磺3份、石油磺酸盐0.5份和金属氧化物1份。
对比例七
本发明还提供一种石墨烯改性抗剥落剂，包括有以下重量份数的组分：石油磺酸盐0.3份、硫磺5份和抗剥落剂100份。
本发明还提供一种高散热石墨烯复合改性沥青，包括有以下重量份数的组分：废旧轮胎粉30份、本实施例制得的石墨烯改性抗剥落剂3份、石油沥青70份、稳定剂1份、硫磺3份、石油磺酸盐0.5份和金属氧化物1份。
本发明实施例一-六和对比例七制得的高散热石墨烯复合改性沥青进行软化点、导热系数和延度的性能测试，所述性能测试结果如下表1所示：
表1本发明实施例一-六和对比例七制得的高散热石墨烯复合改性沥青的软化点、导热系数和延度性能
| 实施例 | 软化点℃ | 导热系数W/m·k | 延度cm(25℃) |
| 实施例一 | 50 | 0.85 | 160 |
| 实施例二 | 52 | 0.93 | 198 |
| 实施例三 | 54 | 0.98 | 245 |
| 实施例四 | 67 | 1.5 | 120 |
| 实施例五 | 60 | 1.2 | 141 |
| 实施例六 | 65 | 1.3 | 146 |
| 对比例七 | 43 | 0.7 | 130 |
添加石墨烯，所述高散热石墨烯复合改性沥青的软化点和导热系数都得到了增强，导热功能增加，能在夏天高温时将沥青路面上的热量及时导出，降低路面吸热，提高路面的强度和使用寿命，减少路面养护次数，而且混合料在拌合的过程中降低碳排放，从而起到环境保护的作用。
添加的多孔活性炭和石墨烯具有高比表面积，有强大的吸附功能，能很大程度吸附沥青的异味。
实施列四表明过量的石墨烯使得沥青变脆，然而适量的石墨烯和碳纳米管的添加，使沥青的延度增加，使得改性沥青有很好的韧性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种石墨烯改性抗剥落剂，其特征在于，包括有以下重量份数的组分：石墨烯粉体0.1-1份、碳纳米管0.1-1份、多孔活性炭0.3-5份、石油磺酸盐0.1-1份、硫磺1-5份和抗剥落剂90-100份。
2.根据权利要求1所述的石墨烯改性抗剥落剂，其特征在于，所述石墨烯粉体为石墨烯采用物理法生产的石墨烯粉体，所述石墨烯粉体的粒径d50＝20微米。
3.一种高散热石墨烯复合改性沥青，其特征在于，包括有以下重量份数的组分：废旧轮胎粉20-30份、石墨烯粉体0.1-1份、碳纳米管0.1-1份、多孔活性炭0.3-5份、如权利要求1得到的石墨烯改性抗剥落剂2-5份、石油沥青60-70份、稳定剂1-3份、硫磺1-3份、石油磺酸盐0.5-1份和金属氧化物1-3份。
4.根据权利要求3所述的高散热石墨烯复合改性沥青，其特征在于，所述石墨烯改性抗剥落剂的质量分数为2％-4％。
5.根据权利要求3所述的高散热石墨烯复合改性沥青，其特征在于，所述石墨烯粉体为石墨烯采用物理法生产的石墨烯粉体，所述石墨烯粉体的粒径d50＝20微米；
所述废旧轮胎粉为混粉，所述废旧轮胎粉的目数为50目。
6.根据权利要求3所述的高散热石墨烯复合改性沥青，其特征在于，所述石油沥青为90#石油沥青；
所述稳定剂为钙锌稳定剂；
所述金属氧化物为氧化锌或氧化铝。
7.一种石墨烯改性抗剥落剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S11：将抗剥落剂加入反应釜中，以一定转速均质1-2h；
S12：在反应釜中加入硫磺和石油磺酸盐，继续以一定转速均质1-3h；
S13：在反应釜中加入石墨烯粉体、多孔活性炭和碳纳米管，以一定转速均质1-2h，制得石墨烯改性抗剥落剂。
8.根据权利要求7所述的石墨烯改性抗剥落剂的制备方法，其特征在于，步骤S11中，以一定转速均质的同时做超声处理，所述转速为2000-5000rpm；
步骤S12中，以一定转速均质的同时做超声处理，所述转速为2000-5000rpm；
步骤S13中，以一定转速均质的同时做超声处理，所述转速为2000-5000rpm。
9.一种高散热石墨烯复合改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S21：将废旧橡胶粉添加到一个反应釜中，加热到一定温度，用高速剪切机搅拌一定时间，制得处理后的废旧橡胶粉；
S22：将石油沥青加入到另一个反应釜中，加热到设定温度，对另一个反应釜内的石油沥青高速搅拌设定时间；
S23：在另一个反应釜中加入石墨烯粉体、碳纳米管和多孔活性炭，并将处理后的废旧轮胎粉倒入另一个反应釜中，用高速剪切机对另一个反应釜内的物料搅拌一定时间；
S24：在另一个反应釜中加入稳定剂、硫磺、石油磺酸盐、金属氧化物和如权利要求7得到的石墨烯改性抗剥落剂，用高速剪切机对另一个反应釜内的物料搅拌一定时间，制得高散热石墨烯复合改性沥青。
10.根据权利要求9所述的高散热石墨烯复合改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤S21中，所述温度为180-200℃，所述时间为2-3h；
步骤S22中，所述温度为180-200℃，所述时间为1-2h；
步骤S23中，所述时间为1-2h；
步骤S24中，所述时间为1.5h。
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