CN115636981B - 一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂及其制备方法，属于公路建设和养护过程中资源再利用的技术领域_。该结构修复氢化还原剂是通过将还原剂A、还原剂B及稳定剂，在常温及氮气气氛下，按照一定比例分散溶解于无水甲苯，密封保存即制得一种老化沥青氢化还原剂。该结构修复氢化还原剂的作用原理是：过降低含氧官能团的数量，从而降低老化沥青的极性与粘度，实现老化沥青路用性能和施工性能的修复。该氢化还原剂从沥青老化的本质特征出发，从化学结构重组的角度进行原料的组配，从根本上修复其施工性能和路用性能，从而实现废旧沥青混合料最大限度的利用。

Description

一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂及其制备方法

技术领域

本发明属于公路建设和养护过程中资源再利用的技术领域，具体涉及一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂及制备方法。

背景技术

随着我国公路建设高潮逐渐回落，诸多早期修建的高等级公路逐渐进入大中修阶段，不可避免地产生数量惊人的废旧沥青混合料。据统计，我国目前每年产生的废旧沥青混合料已达到数千万吨，且以惊人的速度逐年递增。这些废旧沥青混合料如果得不到充分的循环利用，将给国家和社会带来资源浪费和生态环境污染的双重压力。然而实际情况是，由于人们对沥青老化与性能修复的本质认识不足，导致目前废旧沥青混合料的再生手段单一、再生利用率低。具体而言，沥青的老化本质既包括沥青中小分子或者轻质组分的挥发与流失等物理过程，又包括含氧基团(羰基、羟基及亚砜基)数量显著增加等化学工程，因此相应再生技术也应包括与之相对应得物理和化学手段。而目前的再生手段主要通过物理的方式添加部分小分子物质或者再生剂来实现老化沥青的软化，并未考虑含氧基团存在的危害，再生效果不佳也在所难免。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂，该氢化还原剂从沥青老化的本质特征出发，从化学结构重组的角度进行原料的组配，从根本上修复其施工性能和路用性能，从而实现废旧沥青混合料最大限度的利用，解决了现有技术中再生手段单一、再生利用率低的技术问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂，所述氢化还原剂主要由以下质量份数的原料制备得到：

还原剂A 30-50份，还原剂B 8-20份，甲苯80-100份和稳定剂1-5份。

作为优选地，所述氢化还原剂主要由以下质量份数的原料制备得到：

还原剂A 35-45份，还原剂B 9-15份，甲苯85-95份和稳定剂2-4份。

作为优选地，所述氢化还原剂主要由以下质量份数的原料制备得到：

还原剂A 40份，还原剂B12份，甲苯90份和稳定剂3份。

作为优选地，所述还原剂A为二氢双(2-甲氧乙氧基)铝酸钠或硼氢化钠。

上述该发明提供了一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂，该结构修复氢化还原剂将还原剂A、还原剂B、无水甲苯及稳定剂，通过特定的工艺制得氢化还原剂，可望实现将废旧沥青混合料中的老化沥青所含羰基、亚砜基等含氧基团还原，降低其极性和粘度，恢复其路用性能和施工性能。

其中，还原剂A为二氢双(2-甲氧乙氧基)铝酸钠，其化学式为C₆H₁₆AlNaO₄，分子量202.16，可实现对老化沥青的羰基还原。

硼氢化钠，其化学式为NaBH4，分子量37.83。

作为优选地，所述还原剂B是由如下步骤制备得到：

向三口烧瓶中依次加入无水异丙醇、铝片和氯化汞混合搅拌，同时开启油浴加热处理和冷凝回流处理，将三口烧瓶内的反应物加热后恒温静置；

经冷凝回流处理装置滴入四氯化碳，并将反应体系温度升至84.5-85.5℃，直到放出氢气，停止加热，继续冷凝回流至室温，取出三口烧瓶内产物，即为还原剂B：异丙基氧化铝。

上述还原剂B为自制的异丙基氧化铝，白色粉末，化学式为C₉H₂₁AlO₃，分子量204.24，可在一定反应条件下实现老化沥青中亚砜基的还原，对羰基亦有一定的还原作用，还可对活性端基起到一定的封端作用。

作为优选地，所述无水异丙醇、铝片和氯化汞的质量比为235:27:0.5；

所述混合搅拌转速500-1000r/min；

所述油浴加热处理时，加热至74.5-75.5℃下恒温静置10-15min。

上述无水异丙醇和铝片是作为制备还原剂B的反应原材料，氯化汞起催化剂的作用。

作为优选地，所述甲苯为无水甲苯。

作为优选地，所述稳定剂为4-苯基尿唑。

上述稳定剂为4-苯基尿唑，化学式为C₈H₇N₃O₂，其作用主要是保证两种还原剂化学性质的稳定性。

一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂的制备方法，包括如下步骤：

依次按照相应质量份数将还原剂A、还原剂B及稳定剂加入甲苯溶剂中，搅拌均匀，密封，制得氢化还原剂。

该氢化还原剂的还原机理简述如下：

沥青老化的本质主要源于两个方面：(1)沥青中小分子或者轻质组分的挥发与流失，导致沥青粘度升高，变硬变脆；(2)老化过程中沥青分子链碳碳双键因被氧化成含氧基团(羰基、羟基及亚砜基)与沥青性能下降存在严重的相关。对于第一种情形，既有研究成果通过添加低分子量沥青或者再生剂一定程度上实现了老化沥青的软化，而对于第二种情形，仍然未见相关报道。本发明通过两种还原剂的协同作用实现了老化沥青中含氧基团的氢化还原，并把还原产物中的羟基及自身存在的羟基转化为低极性的酯或者烷烃，从而实现了老化沥青的性能修复。

通过以上氢化还原之后，老化沥青的结构发生了根本性改变，性能实现了本质的提升，并从宏观上与微观方面进行了论证。

与现有技术相比，本发明至少具有如下技术效果：

本发明提供了一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂，该结构修复氢化还原剂是通过将还原剂A、还原剂B及稳定剂，在常温及氮气气氛下，按照一定比例分散溶解于无水甲苯，密封保存即制得一种老化沥青氢化还原剂。该结构修复氢化还原剂的作用原理是；通过降低含氧官能团的数量，从而降低老化沥青的极性与粘度，实现老化沥青路用性能和施工性能的修复。

该氢化还原剂从沥青老化的本质特征出发，从化学结构重组的角度进行原料的组配，从根本上修复其施工性能和路用性能，从而实现废旧沥青混合料最大限度的利用。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围，实施例中未注明的具体条件，按照常规条件或者制造商建议的条件进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明的一种具体实施方式的技术方案为：

一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂，所述氢化还原剂主要由以下质量份数的原料制备得到：

还原剂A 30-50份，还原剂B 8-20份，甲苯80-100份和稳定剂1-5份。

作为优选地，所述氢化还原剂主要由以下质量份数的原料制备得到：

还原剂A 35-45份，还原剂B 9-15份，甲苯85-95份和稳定剂2-4份。

作为优选地，所述氢化还原剂主要由以下质量份数的原料制备得到：

还原剂A 40份，还原剂B12份，甲苯90份和稳定剂3份。

作为优选地，所述还原剂A为二氢双(2-甲氧乙氧基)铝酸钠或硼氢化钠。

作为优选地，所述还原剂B是由如下步骤制备得到：

向三口烧瓶中依次加入无水异丙醇、铝片和氯化汞混合搅拌，同时开启油浴加热处理和冷凝回流处理，将三口烧瓶内的反应物加热后恒温静置；

经冷凝回流处理装置滴入四氯化碳，并将反应体系温度升至84.5-85.5℃，直到放出氢气，停止加热，继续冷凝回流至室温，取出三口烧瓶内产物，即为还原剂B：异丙基氧化铝。

作为优选地，所述无水异丙醇、铝片和氯化汞的质量比为235:27:0.5；

所述混合搅拌转速500-1000r/min；

所述油浴加热处理时，加热至74.5-75.5℃下恒温静置10-15min。

作为优选地，所述甲苯为无水甲苯。

作为优选地，所述稳定剂为4-苯基尿唑。

一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

依次按照相应质量份数将还原剂A、还原剂B及稳定剂加入甲苯溶剂中，搅拌均匀，密封，制得氢化还原剂。

实施例1：

一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂由以下质量份数的原料制备得到：

甲苯100克、还原剂A 35克，还原剂B15克、稳定剂2克。

所述甲苯为无水甲苯，所述还原剂A为二氢双(2-甲氧乙氧基)铝酸钠，所述还原剂B为自制异丙基氧化铝，所述稳定剂为4-苯基尿唑。

适用于老化沥青性能恢复的氢化还原剂的制备方法包括以下步骤：

(1)向带冷凝装置、油浴加热恒温装置及搅拌装置的三口烧瓶中依次加入无水异丙醇、铝片及催化剂二氯化汞，开启搅拌装置，控制转速500-1000r/min；同时开启油浴加热和冷凝回流装置，将三口烧瓶内的反应物加热至75±0.5℃并恒温10-15min；

(2)经冷凝管滴入微量催化剂四氯化碳，并将反应体系温度升至85±0.5℃，直到放出氢气，停止加热，继续冷凝回流至室温，取出三口烧瓶内产物，即为还原剂B；

(3)将无水甲苯置于带电磁搅拌的烧杯中，氮气气氛下依次加入还原剂A，还原剂B、稳定剂开启搅拌装置，控制转速500-1000r/min，搅拌3min，停止搅拌，静置5min，即制得老化沥青氢化还原剂。

实施例2：

一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂由以下质量份数的原料制备得到：

甲苯100克、还原剂A40克，还原剂B12克、稳定剂4克。

所述甲苯为无水甲苯，所述还原剂A为二氢双(2-甲氧乙氧基)铝酸钠，所述还原剂B为自制异丙基氧化铝，所述稳定剂为4-苯基尿唑。

该具体实施例中，制备方法和步骤同实施例1。

实施例3：

一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂由以下质量份数的原料制备得到：

甲苯100克、还原剂A 45克，还原剂B 9克、稳定剂5克。

所述甲苯为无水甲苯，所述还原剂A为二氢双(2-甲氧乙氧基)铝酸钠，所述还原剂B为自制异丙基氧化铝，所述稳定剂为4-苯基尿唑。

该具体实施例中，制备方法和步骤同实施例1。

实施例4：

一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂由以下质量份数的原料制备得到：

甲苯100克，还原剂B18克、稳定剂2克。

所述甲苯为无水甲苯，所述还原剂B为自制异丙基氧化铝，所述稳定剂为4-苯基尿唑。

该具体实施例中，制备方法和步骤同实施例1。

实施例5：

一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂由以下质量份数的原料制备得到：

甲苯100克、还原剂A45克、稳定剂3克。

所述甲苯为无水甲苯，所述还原剂A为二氢双(2-甲氧乙氧基)铝酸钠，所述稳定剂为4-苯基尿唑。

该具体实施例中，制备方法和步骤同实施例1。

实施例6：

一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂由以下质量份数的原料制备得到：

甲苯90克、还原剂A30克，还原剂B 8克、稳定剂1克。

所述甲苯为无水甲苯，所述还原剂A为硼氢化钠，所述还原剂B为自制异丙基氧化铝，所述稳定剂为4-苯基尿唑。

该具体实施例中，制备方法和步骤同实施例1。

实施例7：

一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂由以下质量份数的原料制备得到：

甲苯95克、还原剂A50克，还原剂B 20克、稳定剂3克。

所述甲苯为无水甲苯，所述还原剂A为硼氢化钠，所述还原剂B为自制异丙基氧化铝，所述稳定剂为4-苯基尿唑。

该具体实施例中，制备方法和步骤同实施例1。

实验：

将以上5个实例制得的老化沥青氢化还原剂，按相同比例m(氢化还原剂)：m(老化沥青)＝5.5:100)，缓慢添加于老化沥青的甲苯溶液中，维持转速在800±100r/min，常温氮气气氛下搅拌8min，停止搅拌，蒸馏提纯得到3种氢化还原的再生沥青，其宏观与微观性能列于下表。

表1老化沥青经氢化还原后制得的再生沥青的性能

通过上述实验对比可知，还原剂A和还原剂B均对老化沥青中羰基和亚砜基具有一定的还原作用，但前者对羰基的还原作用明显强于亚砜基，而后者则正好相反。

换言之，两种还原剂在老化沥青的氢化还原过程中的分工截然不同，各有侧重。二者相互配合可有效降低老化沥青的粘度、羰基指数和亚砜基指数，同时针入度和低温延度等路用性能指标也可得到明显改善。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。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 (5)

1.一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂，其特征在于，所述氢化还原剂由以下质量份数的原料制备得到：

还原剂A 30-50份，还原剂B 8-20份，甲苯80-100份和稳定剂1-5份；

所述还原剂A为二氢双（2-甲氧乙氧基）铝酸钠或硼氢化钠；

所述还原剂B是由如下步骤制备得到：向三口烧瓶中依次加入无水异丙醇、铝片和氯化汞混合搅拌，同时开启油浴加热处理和冷凝回流处理，将三口烧瓶内的反应物加热后恒温静置；经冷凝回流处理装置滴入四氯化碳，并将反应体系温度升至84.5-85.5℃，直到放出氢气，停止加热，继续冷凝回流至室温，取出三口烧瓶内产物，即为还原剂B：异丙基氧化铝；

所述甲苯为无水甲苯；

所述稳定剂为4-苯基尿唑。

2.根据权利要求1所述的一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂，其特征在于，所述氢化还原剂由以下质量份数的原料制备得到：

还原剂A 35-45份，还原剂B 9-15份，甲苯85-95份和稳定剂2-4份。

3.根据权利要求2所述的一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂，其特征在于，所述氢化还原剂由以下质量份数的原料制备得到：

还原剂A 40份，还原剂B 12份，甲苯90份和稳定剂3份。

4.根据权利要求1所述的一种用于老化沥青结构修复的氢化还原剂，其特征在于，所述无水异丙醇、铝片和氯化汞的质量比为235:27:0.5；

所述混合搅拌转速500-1000r/min；

所述油浴加热处理时，加热至74.5-75.5℃下恒温静置10-15min。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的用于老化沥青结构修复的氢化还原剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

依次按照相应质量份数将还原剂A、还原剂B及稳定剂加入甲苯溶剂中，搅拌均匀，密封，制得氢化还原剂。