CN114045041A - 一种改性沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及沥青技术领域，提出了一种改性沥青及其制备方法。本发明的一种改性沥青以重量份数计，包括如下组分：基质沥青35‑50份，电气石粉2‑5份，纳米材料2‑5份，纳米粒子表面改性剂0.1‑0.5份，分散稳定剂1‑3份，SBS 3‑8份，树脂2‑6份，软化油6‑12份，胶粉5‑15份，填料25‑40份，硬脂酰乳酸钠0.5‑1份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1‑1.5份。通过上述技术方案，解决了现有技术中的改性沥青耐高低温性差、易开裂变形的问题。
Description
技术领域
本发明涉及沥青技术领域，具体的，涉及一种改性沥青及其制备方法。
背景技术
沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物，是高黏度有机液体的一种，呈液态，表面呈黑色，可溶于二硫化碳，是一种防水防潮和防腐的有机胶凝材料，广泛应用于建筑材料涂料、塑料、橡胶等工业以及铺筑路面等。
建筑上使用的沥青必须具有一定的物理性质和粘附性，在低温条件下应有良好的弹性和塑性，在高温条件下要有足够的强度和稳定性，在加工使用条件下具有抗老化能力。而普通沥青由于其自身的组成和结构决定了其感温性能差、弹性和抗老化性能差、高温易流淌、低温易脆裂，难以满足上述要求，为此，常掺加橡胶、树脂等高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂，对沥青进行改性，得到改性沥青，这些外掺剂与沥青均匀混合，使沥青的性能得以改善。但是，这些外掺剂与基质沥青之间的相容性差，导致改性沥青的耐高低温稳定性差，在长时间使用后，存在易开裂变形的问题。
发明内容
本发明提出一种改性沥青及其制备方法，解决了相关技术中的改性沥青耐高低温性差、易开裂变形的问题。
本发明的技术方案如下：
一种改性沥青，以重量份数计，包括如下组分：
基质沥青35-50份，电气石粉2-5份，纳米材料2-5份，纳米粒子表面改性剂0.1-0.5份，分散稳定剂1-3份，SBS 3-8份，树脂2-6份，软化油6-12份，胶粉5-15份，填料25-40份，硬脂酰乳酸钠0.5-1份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1-1.5份。
作为进一步的技术方案，所述电气石粉为200-800目，负离子释放量1000-5000个/cm3。
作为进一步的技术方案，所述纳米材料的粒径为100-200nm，所述胶粉的细度为≥60目，所述填料的细度为≥200目。
作为进一步的技术方案，所述纳米材料为纳米蒙脱土、纳米累脱石、纳米氧化锌、纳米二氧化硅中的一种或几种；
所述基质沥青为90号或70号石油沥青；
所述胶粉为轮胎胶粉；所述填料为滑石粉。
作为进一步的技术方案，所述纳米粒子表面改性剂为CA-60非离子表面活性剂、PEG6000非离子表面活性剂、Abex-2535非离子表面活性剂中的一种或几种；
所述分散稳定剂为GF-6270分散稳定剂或WSG-104H分散稳定剂；
所述树脂为环氧树脂、萜烯树脂、石油树脂中的一种或几种；
所述SBS为SBS1302、SBS1401、SEBS604T、SEPS YH-4501中的一种或几种。
作为进一步的技术方案，所述软化剂为机油、重油、润滑油中的一种或几种；所述软化剂的闪点≥220℃。
本发明还提出了一种改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照所述改性沥青的配方备料；
S2、将基质沥青和软化油混合均匀，加入电气石粉、纳米材料、纳米粒子表面改性剂、分散稳定剂、SBS、树脂，混合均匀；
S3、加入胶粉、硬脂酰乳酸钠、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，混合均匀；
S4、加入填料，混合均匀，得到改性沥青。
作为进一步的技术方案，步骤S2具体为：将基质沥青和软化油混合均匀，升温至180℃，加入电气石粉、纳米材料、纳米粒子表面改性剂、分散稳定剂、SBS、树脂，搅拌90-120min混合均匀。
作为进一步的技术方案，步骤S3具体为：
S3、加入胶粉、硬脂酰乳酸钠、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，升温至190℃，搅拌150～200min混合均匀。
作为进一步的技术方案，步骤S4具体为：S4、加入填料，在180℃搅拌60～120min混合均匀，得到改性沥青。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明中，对改性沥青的配方进行优化设计，各组分协同配伍，使得制备的改性沥青既具有良好的低温延伸性和高温性能，又具有良好的弹性回复率，纳米粒子表面活性剂与分散稳定剂配伍，显著提高基质沥青、SBS、树脂及胶粉之间的相容性，促使改性沥青中纳米材料、SBS、树脂、胶粉、填料等均匀、稳定的分布在基质沥青中，与基质更加紧密且稳定的结合，从而提高了改性沥青的低温延伸率和高温性能，解决了改性沥青的耐高低温性差、易开裂变形的问题。
2、本发明中，改性沥青配方中加入电气石粉，电气石粉呈弱碱性且具有优良的热电性及离子释放性，释放出的电荷形成静电场，使得基质沥青的原子更加紧密的结合在一起，改善了沥青的热力学性能，从而提高了改性沥青的耐高低温性能；电气石粉的表面积大，与配方中的组分混合时，可吸附体系中轻质组分，间接增大了沥青质的相对含量，从而提高了改性沥青的高温稳定性。
3、本发明中，改性沥青配方中加入硬脂酰乳酸钠、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，硬脂酰乳酸钠、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯相互配伍，显著提高了改性沥青的低温延伸性、高温性能和弹性回复率，使得由改性沥青制备得到的改性沥青防水卷材具有良好的低温柔性和耐热性。
具体实施方式
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
实施例1
一种改性沥青，以重量份数计，包括如下组分：
90号石油沥青35份，电气石粉2份，纳米蒙脱土2份，CA-60非离子表面活性剂0.1份，GF-6270分散稳定剂1份，SBS1302 3份，环氧树脂2份，机油6份，轮胎胶粉5份，滑石粉25份，硬脂酰乳酸钠0.5份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1份；
其中，胶粉的细度为≥60目；滑石粉的细度为≥200目，纳米蒙脱土的粒径为100-200nm，机油的闪点≥220℃，电气石粉为200目，负离子释放量5000个/cm3；
其制备方法包括以下步骤：
S1、按照上述改性沥青的配方备料；
S2、将90号石油沥青和机油混合均匀，升温至180℃，加入电气石粉、纳米蒙脱土、CA-60非离子表面活性剂、GF-6270分散稳定剂、SBS1302、环氧树脂，搅拌90min混合均匀；
S3、加入轮胎胶粉、硬脂酰乳酸钠、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，升温至190℃，搅拌150min混合均匀；
S4、加入滑石粉，在180℃搅拌120min混合均匀，得到改性沥青。
实施例2
一种改性沥青，以重量份数计，包括如下组分：
90号石油沥青50份，电气石粉5份，纳米累脱石5份，PEG6000非离子表面活性剂0.5份，WSG-104H分散稳定剂3份，SBS1401 8份，萜烯树脂6份，重油12份，轮胎胶粉15份，滑石粉40份，硬脂酰乳酸钠1份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1.5份；
其中，胶粉的细度为≥60目；滑石粉的细度为≥200目，纳米累脱石的粒径为100-200nm，重油的闪点≥220℃，电气石粉为500目，负离子释放量5000个/cm3；；
其制备方法包括以下步骤：
S1、按照上述改性沥青的配方备料；
S2、将90号石油沥青和重油混合均匀，升温至180℃，加入电气石粉、纳米累脱石、PEG6000非离子表面活性剂、WSG-104H分散稳定剂、SBS1401、萜烯树脂，搅拌120min混合均匀；
S3、加入轮胎胶粉、硬脂酰乳酸钠、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，升温至190℃，搅拌200min混合均匀；
S4、加入滑石粉，在180℃搅拌120min混合均匀，得到改性沥青。
实施例3
一种改性沥青，以重量份数计，包括如下组分：
90号石油沥青40份，电气石粉3份，纳米二氧化硅3份，Abex-2535非离子表面活性剂0.2份，GF-6270分散稳定剂2份，SEBS604T 5份，石油树脂4份，软化油8份，轮胎胶粉10份，滑石粉30份，硬脂酰乳酸钠0.8份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1.2份；
其中，轮胎胶粉的细度为≥60目；滑石粉的细度为≥200目，纳米二氧化硅的粒径为100-200nm，重油的闪点≥220℃，电气石粉为500目，负离子释放量5000个/cm3；
其制备方法包括以下步骤：
S1、按照上述改性沥青的配方备料；
S2、将90号石油沥青和软化油混合均匀，升温至180℃，加入电气石粉、纳米二氧化硅、Abex-2535非离子表面活性剂、GF-6270分散稳定剂、SEBS604T、石油树脂，搅拌100min混合均匀；
S3、加入轮胎胶粉、硬脂酰乳酸钠、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，升温至190℃，搅拌180min混合均匀；
S4、加入滑石粉，在180℃搅拌90min混合均匀，得到改性沥青。
实施例4
一种改性沥青，以重量份数计，包括如下组分：
90号石油沥青45份，电气石粉4份，纳米氧化锌4份，CA-60非离子表面活性剂0.4份，GF-6270分散稳定剂5份，SEPS YH-45016份，石油树脂5份，软化油10份，轮胎胶粉10份，滑石粉35份，硬脂酰乳酸钠0.8份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1.3份；
其中，轮胎胶粉的细度为≥60目；滑石粉的细度为≥200目，纳米氧化锌的粒径为100-200nm，重油的闪点≥220℃，电气石粉为500目，负离子释放量5000个/cm3；
其制备方法包括以下步骤：
S1、按照上述改性沥青的配方备料；
S2、将90号石油沥青和软化油混合均匀，升温至180℃，加入电气石粉、纳米氧化锌、CA-60非离子表面活性剂、GF-6270分散稳定剂、SEPS YH-4501、石油树脂，搅拌100min混合均匀；
S3、加入轮胎胶粉、硬脂酰乳酸钠、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，升温至190℃，搅拌180min混合均匀；
S4、加入滑石粉，在180℃搅拌100min混合均匀，得到改性沥青。
实施例5
本实施例与实施例1的区别仅在于滑石粉为改性滑石粉，改性滑石粉的制备方法为：将滑石粉加入质量浓度为3％的聚丙烯酰胺水溶液中，超声混合30min后静置30min，离心，沉淀水洗3次后，向沉淀中加入质量浓度为10％乙二胺四乙酸的乙醇溶液中，超声混合30min后静置30min，离心，沉淀水洗3次后，烘干，得到改性滑石粉。
实施例6
本实施例与实施例1的区别仅在于电气石粉为10目。
实施例7
本实施例与实施例1的区别仅在于电气石粉为100目。
实施例8
本实施例与实施例1的区别仅在于电气石粉为500目。
实施例9
本实施例与实施例1的区别仅在于电气石粉为800目。
实施例10
本实施例与实施例1的区别仅在于电气石粉负离子释放量600个/cm3。
实施例11
本实施例与实施例1的区别仅在于电气石粉负离子释放量1000个/cm3。
实施例12
本实施例与实施例1的区别仅在于电气石粉负离子释放量2000个/cm3。
实施例13
本实施例与实施例1的区别仅在于电气石粉负离子释放量10000个/cm3。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于改性沥青的配方中未添加硬脂酰乳酸钠。
对比例2
本对比例与实施例1的区别仅在于改性沥青的配方中未添加三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
对比例3
本对比例与实施例1的区别仅在于改性沥青的配方中未添加硬脂酰乳酸钠和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
试验例1实施例1、实施例5-13及对比例1-3的改性沥青的基本性能测试
(1)5℃延度：按照JTJ052-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》第T0605-2011条规定进行测试；
(2)软化点：按照JTJ052-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中第T0606-2011条规定进行测试；
(3)弹性回复率：按照JTJ052-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中第T0662-2000条规定进行测试；
测试结果见下表：
表1实施例1、实施例6-9的改性沥青的基本性能
| 项目 | 实施例1 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 |
| 电气石粉负离子释放量 | 5000个/cm<sup>3</sup> | 600个/cm<sup>3</sup> | 1000个/cm<sup>3</sup> | 2000个/cm<sup>3</sup> | 10000个/cm<sup>3</sup> |
| 5℃延度/cm | 18.3 | 14.3 | 17.8 | 18.1 | 18.9 |
| 软化点/℃ | 100.2 | 95.4 | 96.3 | 97.6 | 101.1 |
| 弹性回复率/％ | 88.4 | 88.1 | 88.1 | 88.2 | 89.1 |
从表1中可以看出：
(1)改性沥青的5℃低温延度随着电气石粉负离子释放量的增大而增大，但是延度的增长幅度逐渐放缓，从经济角度考虑，电气石粉负离子释放量选择1000-5000个/cm3更实用；
(2)改性沥青的软化点随着电气石粉负离子释放量的增大而增大，且软化点的增长幅度在电气石粉负离子释放量5000个/cm3之后逐渐放缓；
(3)改性沥青的弹性回复率随着电气石粉负离子释放量的增大而增大，说明电气石粉的负离子释放量越大，改性沥青的弹性回复率越好；
综上，电气石粉负离子释放量选择1000-5000个/cm3时，使改性沥青在保证良好的低温延伸性和高温性能的同时，还保持良好的弹性回复率。
表2实施例1、实施例11-13的改性沥青的基本性能
| 项目 | 实施例1 | 实施例10 | 实施例11 | 实施例12 | 实施例13 |
| 电气石粉目数 | 200目 | 10目 | 100目 | 500目 | 800目 |
| 5℃延度/cm | 18.3 | 12.5 | 14.2 | 18.9 | 19.3 |
| 软化点/℃ | 100.2 | 95.3 | 97.2 | 103.4 | 107.2 |
| 弹性回复率/％ | 88.4 | 88.2 | 88.2 | 88.6 | 87.3 |
从表2中可以看出：
(1)改性沥青的5℃低温延度，在电气石粉10目-200目区间内，随着电气石粉目数的增大而显著增大，但是从电气石粉目数超过200目后，改性沥青延度5℃低温延度的增长幅度逐渐放缓，这可能是因为电气石粉具有较大的比较面积，尽管采用高速剪切法对改性沥青进行共混和分散，但实际上，仍有少量团聚的电气石粉，很大程度制约其改性效果；
(2)改性沥青的软化点随着电气石粉目数的增大而增大，说明电气石粉目数越大，改性沥青高温性能越好；
(3)改性沥青的弹性回复率随着电气石粉目数的增大而增大，但是电气石粉目数超过500目后，改性沥青的弹性回复率降低；
综上，电气石粉目数为200-500时，使改性沥青在保证良好的低温延伸性和高温性能的同时，还保持良好的弹性回复率。
表3实施例1、实施例5及对比例1-3的改性沥青的基本性能
| 检测项目 | 实施例1 | 实施例5 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
| 5℃延度/cm | 18.3 | 19.1 | 15.9 | 16.2 | 14.7 |
| 软化点/℃ | 100.2 | 112.7 | 96.5 | 94.8 | 92.6 |
| 弹性回复率/％ | 88.4 | 88.9 | 87.2 | 86.7 | 86.1 |
从表3中可以看出：
(1)与实施例1相比，实施例5的改性沥青的低温延度、软化点及弹性回复率均增大，实施例5的改性沥青中加入改性滑石粉，说明对滑石粉进行改性处理，进一步提高了改性沥青的低温延度、软化点及弹性回复率。
(2)与实施例1相比，对比例1-3的改性沥青的低温延度、软化点及弹性回复率均显著降低，对比例1的改性沥青中未添加硬脂酰乳酸钠，对比例2的改性沥青中未添加三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，对比例3的改性沥青中未添加硬脂酰乳酸钠和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，说明硬脂酰乳酸钠、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯相互配伍，显著提高了改性沥青的低温延伸性、高温性能和弹性回复率。
试验例2、改性沥青防水卷材性能测试
将实施例1、实施例5及对比例1-3的改性沥青制备成改性沥青防水卷材，测试如下性能
拉伸性能：按照GB/T328.8-2007《建筑防水卷材试验方法第8部分：沥青防水卷材拉伸性能》中规定的测试方法进行测试；
低温柔性：按照GB/T328.14-2007《建筑防水卷材试验方法第14部分：沥青防水卷材低温柔性》中规定的测试方法进行测试；
耐热性：按照GB/T328.11-2007《建筑防水卷材试验方法第11部分：沥青防水卷材耐热性》中规定的测试方法进行测试；
测试结果见下表：
表4实施例1、实施例5及对比例1-3的改性沥青防水卷材的性能测试结果
从表4中可以看出：
(1)与实施例1相比，实施例5的改性沥青防水卷材的横向/纵向拉力、低温柔性和耐热性均增大，实施例5的改性沥青中加入改性滑石粉，说明对滑石粉进行改性处理，显著提高了改性沥青防水卷材拉伸性能和耐高低温性。对滑石粉改性中，聚丙烯酰胺和乙二胺四乙酸通过静电作用包覆在滑石粉表面，一方面，改善了滑石粉及树脂、SBS、胶粉、沥青之间的相容性，从而提高了改性沥青防水卷材的拉伸性能，另一方面，改性滑石粉与电气石粉配合，电荷间的吸引力加强了改性沥青体系的稳定性，避免了因软化油加入而引起的离析、浮油等问题的发生，从而提高了改性沥青防水卷材的耐高低温性能。
(2)与实施例1相比，对比例1-3的改性沥青防水卷材的横向/纵向拉力、低温柔性和耐热性均降低，对比例1的改性沥青中未添加硬脂酰乳酸钠，对比例2的改性沥青中未添加三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，对比例3的改性沥青中未添加硬脂酰乳酸钠和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，说明硬脂酰乳酸钠、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯相互配伍，显著提高了改性沥青防水卷材的拉伸性能和耐高低温性。
以上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)
1.一种改性沥青，其特征在于，以重量份数计，包括如下组分：
基质沥青35-50份，电气石粉2-5份，纳米材料2-5份，纳米粒子表面改性剂0.1-0.5份，分散稳定剂1-3份，SBS 3-8份，树脂2-6份，软化油6-12份，胶粉5-15份，填料25-40份，硬脂酰乳酸钠0.5-1份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1-1.5份。
2.根据权利要求1所述的一种改性沥青，其特征在于，所述电气石粉为200-800目，负离子释放量1000-5000个/cm3。
3.根据权利要求1所述的一种改性沥青，其特征在于，所述纳米材料的粒径为100-200nm，所述胶粉的细度为≥60目，所述填料的细度为≥200目。
4.根据权利要求1所述的一种改性沥青，其特征在于，
所述纳米材料为纳米蒙脱土、纳米累脱石、纳米氧化锌、纳米二氧化硅中的一种或几种；
所述基质沥青为90号或70号石油沥青；
所述胶粉为轮胎胶粉；所述填料为滑石粉。
5.根据权利要求1所述的一种改性沥青，其特征在于，
所述纳米粒子表面改性剂为CA-60非离子表面活性剂、PEG6000非离子表面活性剂、Abex-2535非离子表面活性剂中的一种或几种；
所述分散稳定剂为GF-6270分散稳定剂或WSG-104H分散稳定剂；
所述树脂为环氧树脂、萜烯树脂、石油树脂中的一种或几种；
所述SBS为SBS1302、SBS1401、SEBS604T、SEPS YH-4501中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种改性沥青，其特征在于，所述软化剂为机油、重油、润滑油中的一种或几种；所述软化剂的闪点≥220℃。
7.一种改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照权利要求1-6任一项所述的改性沥青的配方备料；
S2、将基质沥青和软化油混合均匀，加入电气石粉、纳米材料、纳米粒子表面改性剂、分散稳定剂、SBS、树脂，混合均匀；
S3、加入胶粉、硬脂酰乳酸钠、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，混合均匀；
S4、加入填料，混合均匀，得到改性沥青。
8.根据权利要求7所述的一种改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤S2具体为：将基质沥青和软化油混合均匀，升温至180℃，加入电气石粉、纳米材料、纳米粒子表面改性剂、分散稳定剂、SBS、树脂，搅拌90-120min混合均匀。
9.根据权利要求7所述的一种改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤S3具体为：
S3、加入胶粉、硬脂酰乳酸钠、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，升温至190℃，搅拌150～200min混合均匀。
10.根据权利要求7所述的一种改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤S4具体为：S4、加入填料，在180℃搅拌60～120min混合均匀，得到改性沥青。
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