本發(fā)明涉及瀝青路面材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高抗老化改性瀝青及其制備方法。
背景技術(shù)：
瀝青路面具有行車(chē)舒適性好、養(yǎng)護(hù)維修方便等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多年的推廣和應(yīng)用，已逐步發(fā)展成為我國(guó)高等級(jí)公路的主要路面結(jié)構(gòu)形式。在使用過(guò)程中，瀝青的老化對(duì)瀝青路面的使用性能和耐久性具有直接影響，因而受到了廣泛的關(guān)注。瀝青的老化常分為由高溫引起的熱老化和由太陽(yáng)光(主要是其中包含的紫外線)照射引起的紫外老化。目前，關(guān)于熱老化的研究已相對(duì)成熟，紫外老化的研究還在快速發(fā)展。
為延緩瀝青老化，尤其是瀝青的紫外老化，提高瀝青路面的服役水平和使用壽命，在瀝青中添加改性劑已成為提高瀝青路面抗老化能力的主要手段。目前，抗老化改性劑種類(lèi)繁多，局限性明顯，改性劑普遍可有效抑制瀝青的熱老化，但對(duì)瀝青紫外老化的抑制作用并不突出，且改性劑化學(xué)組分、分子結(jié)構(gòu)均存在較大差異，與瀝青類(lèi)型、集料巖性的相容性均有待進(jìn)一步研究。同時(shí)，對(duì)瀝青的低溫抗裂性能等有可能帶來(lái)不利影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種高抗老化改性瀝青及其制備方法，抑制光和熱對(duì)瀝青中分子鏈的裂解作用，使瀝青各組分保持穩(wěn)定，保證瀝青路面的路用性能，并大幅延長(zhǎng)其使用壽命。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種高抗老化改性瀝青，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)包含以下組分：72％～80％基質(zhì)瀝青，1.3％～2.7％受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑，0.5％～1.2％三月桂亞磷酸酯，0.5％～2％硬脂酸鋇，6％～8％硅藻土，5％～10％環(huán)氧大豆油，5％～8％甲基異丁酮。
進(jìn)一步，所述的受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑為T(mén)inuvin 770和Chimassorb 944按6:4的質(zhì)量比復(fù)配制得。
進(jìn)一步，所述的硅藻土細(xì)度為2000目或5000目。
進(jìn)一步，所述的環(huán)氧大豆油的環(huán)氧值為8％～9％。
一種高抗老化改性瀝青的制備方法，包括以下步驟：
步驟一、將基質(zhì)瀝青加熱到熔融狀態(tài)后按照一定速度攪拌，并緩慢加入受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑，持續(xù)攪拌直至融溶，再將稱(chēng)得的三月桂亞磷酸酯和硬脂酸鋇緩慢加入瀝青中，用玻璃棒攪拌直至融溶，制得混合物；
步驟二、將步驟一制得的混合物與稱(chēng)得的硅藻土加熱到150℃±5℃，將硅藻土加入到混合物中，并采用高速剪切儀高速攪拌，攪拌結(jié)束待混合物靜止后，再將稱(chēng)得的環(huán)氧大豆油與甲基異丁酮加入混合物中，即制得高抗老化的改性瀝青。
進(jìn)一步，所述的受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑為T(mén)inuvin 770和Chimassorb 944在燒杯中按6:4的比例均勻混合，用玻璃棒充分?jǐn)嚢韬笾频谩?/p>
進(jìn)一步，所述步驟一中將基質(zhì)瀝青加熱到130±5℃，倒入燒杯中保持溫度在130℃或160℃左右，利用玻璃棒攪拌，并緩慢加入受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑，持續(xù)攪拌直至融溶。
進(jìn)一步，所述步驟二中將硅藻土加入到混合物中，采用高速剪切儀以500rpm的轉(zhuǎn)速攪拌5分鐘，再以4000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌40分鐘后攪拌結(jié)束。
本發(fā)明制得的瀝青，具有極高的熱穩(wěn)定性與光穩(wěn)定性，應(yīng)用于瀝青路面中，可大幅提高其路用性能與耐久性，可延長(zhǎng)高等級(jí)瀝青路面的養(yǎng)護(hù)周期與使用壽命，具有極高的性?xún)r(jià)比，應(yīng)用前景廣闊。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，還包括以下有益效果：
(1)受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑中的受阻胺官能團(tuán)屬于脂環(huán)胺類(lèi)，其在熱、光、氧等作用下可以轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氮氧自由基，該氮氧自由基非常穩(wěn)定。將其與瀝青混合，可有效捕獲高分子材料中的烷基自由基、烷氧自由基，在消除活潑自由基的同時(shí)，生成氮氧自由基，減緩鏈的引發(fā)和終止、裂解和交聯(lián)以及取代、異構(gòu)等化學(xué)反應(yīng)速度，延緩瀝青各組分尤其是芳香分和膠質(zhì)在光和熱作用下的氧化反應(yīng)，抑制羰基的形成與分子鏈的裂解，保持瀝青結(jié)構(gòu)與組分穩(wěn)定。采用Tinuvin 770和Chimassorb 944的搭配組合具有良好的協(xié)同效應(yīng)，在耐熱穩(wěn)定性及耐侯性等方面明顯優(yōu)于單一的受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑。
(2)三月桂亞磷酸酯是一種優(yōu)異的有機(jī)抗氧化劑，具有突出的耐熱性，與受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑并用，其產(chǎn)生的磷酰胺可摧毀氫過(guò)氧化物，從而保護(hù)了受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑，提高其長(zhǎng)效性。硬脂酸鋇作為耐光耐熱的穩(wěn)定劑，可抑制瀝青熱老化反應(yīng)的發(fā)生。三者產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)明顯，且具有極高的相容性，可有效抑制以氧化反應(yīng)為主的瀝青紫外老化作用與瀝青分子鏈的裂解，大幅提高光穩(wěn)定劑的使用效能，保證使用后期瀝青的高低溫性能，提高瀝青路面的使用壽命。
(3)硅藻土作為常用的瀝青改性劑，有多孔、粒度小和比表面積大等結(jié)構(gòu)特征，可吸附瀝青中輕質(zhì)組分，與環(huán)氧大豆油與甲基異丙酮并用，可提高光穩(wěn)定劑與抗氧化劑在瀝青中的相容性，保證各種外加劑性能的發(fā)揮，從而提高瀝青的路用性能。
【具體實(shí)施方式】
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：
遵從上述技術(shù)方案，以下給出本發(fā)明的具體實(shí)施例，需要說(shuō)明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實(shí)施例，凡在本申請(qǐng)技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
本發(fā)明提供一種高抗老化改性瀝青，制得的改性瀝青以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，由以下原料組成：72％～80％基質(zhì)瀝青，1.3％～2.7％受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑，0.5％～1.2％三月桂亞磷酸酯，0.5％～2％硬脂酸鋇，6％～8％硅藻土，5％～10％環(huán)氧大豆油，5％～8％甲基異丁酮，原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100％。
其中：
所述的基質(zhì)瀝青為所有型號(hào)的普通道路石油瀝青，或其他改性瀝青。
所述的受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑為T(mén)inuvin 770和Chimassorb 944按6:4的質(zhì)量比復(fù)配。
所述的硅藻土細(xì)度為2000目或5000目。
所述的環(huán)氧大豆油其環(huán)氧值為8％。
高抗老化改性瀝青制備工藝簡(jiǎn)單，在室內(nèi)及瀝青加工廠制備方法如下：
按原料比例稱(chēng)取基質(zhì)瀝青，受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑Tinuvin 770和Chimassorb 944，三月桂亞磷酸酯，硬脂酸鋇，硅藻土，環(huán)氧大豆油，甲基異丁酮，備用。
將兩種受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑Tinuvin 770和Chimassorb 944在燒杯中按6:4的比例均勻混合，用玻璃棒充分?jǐn)嚢?，制得混合物A。
將基質(zhì)瀝青加熱到130±5℃，其瀝青膠漿制備方法為將熔融的基質(zhì)瀝青倒入燒杯中，保持溫度在130℃或160℃左右，利用玻璃棒按照一定速度攪拌，并緩慢加入混合物A，持續(xù)攪拌20分鐘直至融溶，再將稱(chēng)得的三月桂亞磷酸酯和硬脂酸鋇緩慢加入瀝青中，用玻璃棒按照一定速度攪拌10分鐘，制得混合物B。
將混合物B與稱(chēng)得的硅藻土加熱到150℃±5℃，將硅藻土加入到熔融態(tài)的瀝青中，采用高速剪切儀以500rpm的轉(zhuǎn)速攪拌5分鐘，再以4000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌40分鐘，得到混合物C。將混合物C在室溫下靜置20分鐘，再將稱(chēng)得的環(huán)氧大豆油與甲基異丁酮加入混合物C中，即可得到高抗老化的改性瀝青。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
對(duì)比例1：90#基質(zhì)瀝青
原料為90#基質(zhì)瀝青，直接由廠家提供。
對(duì)比例2：SBS改性瀝青
高分子聚合物改性瀝青，原料為90#基質(zhì)瀝青加入4％的SBS制備的SBS改性瀝青，直接由廠家提供。
實(shí)施例1：高抗老化的改性瀝青
一種高抗老化改性瀝青，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，由以下原料組成：基質(zhì)瀝青75.5％，受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑2.7％，三月桂亞磷酸酯0.6％，硬脂酸鋇1.2％，硅藻土7％，環(huán)氧大豆油5％，甲基異丁酮8％，原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100％。
上述基質(zhì)瀝青采用90#基質(zhì)瀝青，可由其他型號(hào)瀝青替代；上述的受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑為T(mén)inuvin 770和Chimassorb 944按6:4的質(zhì)量比復(fù)配。上述的硅藻土細(xì)度為2000目；上述的環(huán)氧大豆油其環(huán)氧值為8％。
將上述原料按照如下步驟制備成高抗老化的改性瀝青。
(1)按原料比例稱(chēng)取基質(zhì)瀝青，受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑Tinuvin 770和Chimassorb 944，三月桂亞磷酸酯，硬脂酸鋇，硅藻土，環(huán)氧大豆油，甲基異丁酮，備用。
(2)將兩種受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑Tinuvin 770和Chimassorb 944在燒杯中按6:4的比例均勻混合，用玻璃棒充分?jǐn)嚢?，制得混合物A。
(3)將基質(zhì)瀝青加熱到130±5℃，其瀝青膠漿制備方法為將熔融的基質(zhì)瀝青倒入燒杯中，保持溫度在130℃或160℃左右，利用玻璃棒按照一定速度攪拌，并緩慢加入混合物A，持續(xù)攪拌20分鐘直至融溶，再將稱(chēng)得的三月桂亞磷酸酯和硬脂酸鋇緩慢加入瀝青中，用玻璃棒按照一定速度攪拌10分鐘，制得混合物B。
(4)將混合物B與稱(chēng)得的硅藻土加熱到150℃±5℃，將硅藻土加入到熔融態(tài)的瀝青中，采用高速剪切儀以500rpm的轉(zhuǎn)速攪拌5分鐘，再以4000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌40分鐘，得到混合物C。再將稱(chēng)得的環(huán)氧大豆油與甲基異丁酮加入混合物C中，即可得到高抗老化的改性瀝青。
實(shí)施例2：高抗老化的改性瀝青
本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于原料的比例不同，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，由以下原料組成：基質(zhì)瀝青76.8％，受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑2.5％，三月桂亞磷酸酯0.8％，硬脂酸鋇1.4％，硅藻土6.5％，環(huán)氧大豆油7％，甲基異丁酮5％，原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100％。
實(shí)施例3：高抗老化的改性瀝青
本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于原料的比例不同，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，由以下原料組成：基質(zhì)瀝青75.0％，受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑1.8％，三月桂亞磷酸酯1％，硬脂酸鋇0.7％，硅藻土8％，環(huán)氧大豆油6.5％，甲基異丁酮7％，原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100％。
實(shí)施例4：高抗老化的改性瀝青
本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于原料的比例不同，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，由以下原料組成：基質(zhì)瀝青73.4％，受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑1.3％，三月桂亞磷酸酯1.2％，硬脂酸鋇1.1％，硅藻土6％，環(huán)氧大豆油9.5％，甲基異丁酮7.5％，原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100％。
下面對(duì)實(shí)施例1～4的樣品和對(duì)比例1～2的樣品進(jìn)行性能測(cè)試。
測(cè)試試驗(yàn)包括薄膜烘箱老化試驗(yàn)、紫外老化試驗(yàn)、老化前后瀝青針入度、軟化點(diǎn)、延度(低溫延度，取5℃)及135℃運(yùn)動(dòng)粘度等指標(biāo)，具體參照J(rèn)TJ 052-2000《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》。老化時(shí)，先將瀝青試樣進(jìn)行薄膜烘箱老化試驗(yàn)，然后將其放置在人工強(qiáng)紫外線光源環(huán)境箱內(nèi)，控制人工強(qiáng)紫外線光源環(huán)境箱內(nèi)的溫度(20±1℃)；控制人工強(qiáng)紫外線光源環(huán)境箱每日紫外輻射總時(shí)間為16h(5:00～21:00)，間隔時(shí)間為8h，連續(xù)照射10天。
如表1所示，是本發(fā)明的實(shí)施例樣品和對(duì)比樣品紫外老化前后，針入度、軟化點(diǎn)、低溫延度及粘度測(cè)試結(jié)果。從表1可以看出對(duì)比例1(90#基質(zhì)瀝青)在經(jīng)歷了薄膜烘箱老化和10天室內(nèi)紫外老化后，各項(xiàng)指標(biāo)均有明顯變化，其中低溫延度驟減，瀝青老化變硬嚴(yán)重，低溫延展性顯著下降，已明顯不符合瀝青路面使用要求；對(duì)比例2(SBS改性瀝青)老化前后各項(xiàng)指標(biāo)較對(duì)比例1穩(wěn)定，但延度針入度同樣下降明顯，瀝青老化程度較高。而本發(fā)明4個(gè)實(shí)施例的樣品和對(duì)比例相比，瀝青的抗老化能力顯著提高，經(jīng)過(guò)薄膜烘箱老化試驗(yàn)和紫外老化試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)變化幅度較小，可保證瀝青路面使用后期的路用性能，提高瀝青路面的耐久性，在夏季溫度較高，紫外線強(qiáng)烈的低緯度地區(qū)以及高海拔地區(qū)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
表1實(shí)施例樣品和對(duì)比例樣品紫外老化前后瀝青各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果
實(shí)施例5：高抗老化的改性瀝青
本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于原料的比例不同，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，由以下原料組成：基質(zhì)瀝青80％，受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑1.8％，三月桂亞磷酸酯0.5％，硬脂酸鋇0.5％，硅藻土6％，環(huán)氧大豆油5％，甲基異丁酮6.2％，原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100％。上述的硅藻土細(xì)度為5000目；上述的環(huán)氧大豆油其環(huán)氧值為9％。
實(shí)施例6：高抗老化的改性瀝青
本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于原料的比例不同，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，由以下原料組成：基質(zhì)瀝青72％，受阻胺類(lèi)光穩(wěn)定劑1.3％，三月桂亞磷酸酯0.7％，硬脂酸鋇2％，硅藻土6.5％，環(huán)氧大豆油9.5％，甲基異丁酮8％，原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100％。上述的硅藻土細(xì)度為2000目；上述的環(huán)氧大豆油其環(huán)氧值為8.5％。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書(shū)確定專(zhuān)利保護(hù)范圍。