專利名稱：一種耐老化改性瀝青及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種改性瀝青及其制備方法。
背景技術：
瀝青老化是影響道路瀝青使用性能的重要因素。瀝青的老化通常是指瀝青在存儲、運輸、拌和、施工及長期使用過程中發生的一系列物理與化學變化，導致其性能劣化的過程。瀝青的老化主要表現在輕組分揮發與氧化老化。在瀝青路面長期使用過程中，當瀝青與空氣接觸時會慢慢發生氧化，形成的極性含氧基團逐漸聯結成高分子量的膠團促使瀝青的粘度提高、延度降低。因此，瀝青路面在陽光照射下和高溫環境里極易發生老化，會出現變硬、開裂等破壞現象，這些都極大地損害了瀝青路面的使用性能，縮短了它的使用壽命。
用聚合物對瀝青改性，在國內外已有多年的歷史，聚合物改性劑也有多種，使用最多的是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段熱塑性彈性體(SBS)和丁苯橡膠(SBR)。SBS改性瀝青具有良好的耐高、低溫性能和彈性恢復性能，是目前聚合物改性瀝青中用量最大的品種之一。SBR價格相對低廉，它可明顯提高瀝青的低溫使用性能。但由于這兩種改性劑均含有一定量的C＝C雙鍵，C＝C雙鍵在氧、紫外線的作用下易于老化降解，因此，提高SBS改性瀝青、SBR改性瀝青的老化性能已得到廣泛的關注。然而，迄今關于改善SBS或SBR改性瀝青的老化性能尚無有效的方法。
中國專利200410069166.5提出通過在粉末丁苯橡膠改性瀝青中添加鈣基膨潤土或鈉化膨潤土或有機化膨潤土來改善瀝青的高溫以及抗老化性能。然而，由于普通層狀硅酸鹽片層表面呈現出親水性，與瀝青復合只能形成插層納米復合，對瀝青的耐老化性改善作用十分有限。而有機化層狀硅酸鹽片層表面具有良好的親油性，與瀝青可以形成剝離型納米復合，對瀝青的耐老化性改善效果優良。但有機化層狀硅酸鹽制備工藝復雜，價格昂貴，將其用于瀝青改性對改性瀝青的成本有較大幅度的提高，限制了其應用。
發明內容
本發明的目的在于提供一種耐老化性能高、成本低的耐老化改性瀝青及其制備方法。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是一種耐老化改性瀝青，其特征是它由瀝青、聚合物改性劑、層狀硅酸鹽粘土和有機胺插層助劑組成；各原料所占質量百分比為瀝青84～98.4、聚合物改性劑1～10、層狀硅酸鹽粘土0.5～5、有機胺插層助劑0.1～1。
所述的瀝青是道路石油瀝青，其軟化點為40～65℃，25℃針入度大于40dmm。
所述的聚合物改性劑是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段熱塑性彈性體、丁苯橡膠中的一種或二種的混合物，混合時為任意比。
所述的層狀硅酸鹽粘土為鈉基蒙脫土或累脫石，鈉基蒙脫土的細度為200～600目，累脫石的細度為200～600目。
所述的有機胺插層助劑為十二烷胺、十六烷胺、十八烷胺、己內酰胺中的任意一種或任意一種以上的混合物，混合時為任意比。
上述各原料所占質量百分比為瀝青88～94、聚合物改性劑3～8、層狀硅酸鹽粘土1～4、有機胺插層助劑0.3～0.8。
上述的耐老化改性瀝青的制備方法，其特征是按如下步驟進行(1)按各原料所占質量百分比為瀝青84～98.4、聚合物改性劑1～10、層狀硅酸鹽粘土0.5～5、有機胺插層助劑0.1～1選取瀝青、聚合物改性劑、層狀硅酸鹽粘土和有機胺插層助劑，備用；(2)加熱瀝青至150～180℃，添加聚合物改性劑，開動剪切攪拌機，在2000～6000rpm的轉速下高速攪拌0.5～1小時，保持溫度為150～180℃；(3)加入有機胺插層助劑，保持溫度為150～180℃，攪拌反應0.5～1小時；(4)加入層狀硅酸鹽粘土，保持溫度為150～180℃，在2000～6000rpm的轉速下高速攪拌0.5～1小時；(5)將攪拌速度降低至500～1000rpm，保持溫度為150～180℃，繼續攪拌2～3小時，制成耐老化改性瀝青。
本發明的有益效果如下其一.通過在聚合物改性瀝青中加入有機胺插層助劑，利用有機胺插層助劑與瀝青酸及瀝青酸酐反應生成的反應產物作為插層劑，使層狀硅酸鹽片層(如普通的鈉基蒙脫土或普通的累脫石)的表面由親水轉化為親油，以利于瀝青和聚合物分子進入硅酸鹽片層中，促使硅酸鹽層片剝離，實現普通層狀硅酸鹽與聚合物改性瀝青形成剝離納米復合，顯著提高聚合物改性瀝青耐老化性能，延長瀝青路面的使用壽命。
其二.由于在有機胺插層助劑作用下，僅需使用普通層狀硅酸鹽即可與聚合物改性瀝青形成剝離型納米復合，較之有機化層狀硅酸鹽，成本顯著降低，因而所制備的耐老化改性瀝青具有較高的性價比。
圖1為本發明的實施例1的蒙脫土改性瀝青的XRD圖譜圖中a-普通蒙脫土；b-未加有機胺的蒙脫土改性瀝青；c-加入有機胺的蒙脫土改性瀝青；2θ，0是XRD測試時的掃描角度。
具體實施例方式
為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。
實施例1將4.8份(質量份，以下相同)丁苯橡膠(SBR)加到92.9份已升溫至160℃的瀝青(軟化點47℃，針入度75dmm)中，保持溫度為160～170℃，在5000rpm的轉速下攪拌1h，加入0.2份十二烷胺和0.1份己內酰胺，保持溫度為160～170℃，在3000rpm的轉速下攪拌反應0.5小時，再加入2份普通鈉基蒙脫土(粒徑為325目)，保持溫度為160～170℃繼續攪拌1h，然后將攪拌速度調至1000rpm，保持溫度為160～170℃，攪拌2h，即得到一種耐老化改性瀝青。對該改性瀝青進行壓力老化容器試驗(PAV)，改性瀝青老化前后的135℃粘度由2130cp增加到2650cp，增加了520cp，5℃延度由42.3cm降低到27.8cm，減少了14.5cm。而未加有機胺插層助劑的普通鈉基蒙脫土改性瀝青，PAV老化前后，135℃粘度由2430cp增加到3300cp，增加了870cp，5℃延度由45.7cm降低為26.5cm，減少了21cm。兩相比較，加入有機胺插層助劑的改性瀝青在PAV老化前后，粘度增加和延度減少均明顯低于未加有機胺插層助劑的改性瀝青，因而具有更為優良的耐老化性。
為進一步驗證有機胺插層助劑的效果，對普通蒙脫土、使用或未使用有機胺插層助劑的蒙脫土改性瀝青分別進行了X射線衍射分析(XRD)，結果示于圖1。由圖1可見，普通蒙脫土的層間距為1.91nm，未加有機胺插層助劑的改性瀝青中的蒙脫土層間距增加到4.24nm，形成了插層納米復合，而加入有機胺插層助劑的改性瀝青中的蒙脫土片層已被剝離。
實施例2將3.5份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段熱塑性彈性體(SBS)加到94.2份已升溫至180℃的瀝青(軟化點47℃，針入度75dmm)中，保持溫度為170～180℃，在5000rpm的轉速下攪拌1h，加入0.3份十八烷胺，保持溫度為170～180℃，在3000rpm的轉速下攪拌反應1小時，再加入2份普通鈉基蒙脫土(粒徑為325目)，保持溫度為170～180℃，繼續高速攪拌1h，然后將攪拌速度調至1000rpm，保持溫度為170～180℃，攪拌2h，即得到一種耐老化改性瀝青。該改性瀝青PAV老化前后的135℃粘度由2490cp增加到3020cp，增加了530cp，軟化點由67.1℃降低到64.2℃，減少了2.9℃。而未加有機胺插層助劑的鈉基蒙脫土改性瀝青，PAV老化前后，135℃粘度由2170cp增加到2950cp，增加了780cp，軟化點由66.4℃降低到61.6℃，減少了4.8℃。與實施例1相類似，加入有機胺插層助劑的改性瀝青具有更優良的耐老化性。
實施例3將4份SBS和2份SBR加到88.5份已升溫至180℃的瀝青(軟化點47℃，針入度75dmm)中，保持溫度為170～180℃，在5000rpm的轉速下攪拌1h；加入0.5份十六烷胺，保持溫度為170～180℃，在3000rpm的轉速下攪拌反應1小時；再加入5份普通累脫石(粒徑為400目)，保持溫度為170～180℃，繼續高速攪拌1h；然后將攪拌速度調至1000rpm，保持溫度為170～180℃，攪拌2h，即得到一種耐老化改性瀝青。將該改性瀝青在70℃熱空氣老化箱中進行30天熱老化，老化前后的135℃粘度由5900cp增加到6720cp，增加了820cp，5℃延度由25.7cm降低到18.4cm，減少了7.3cm。而未加有機胺插層助劑的普通累脫石改性瀝青，熱老化前后，135℃粘度由5420cp增加到6635cp，增加了1215cp，5℃延度由30cm降低為16cm，減少了14cm。與實施例1相類似，加入有機胺插層助劑的改性瀝青具有更優良的耐老化性。
實施例4將6份SBR加到90.6份已升溫至160℃的瀝青(軟化點47℃，針入度75dmm)中，保持溫度為160～170℃，在5000rpm的轉速下攪拌1h；加入0.2份己內酰胺、0.1份十六烷胺和加入0.1份十二烷胺，保持溫度為160～170℃，在3000rpm的轉速下攪拌反應1小時；再加入3份普通累脫石(粒徑為300目)，保持溫度為160～170℃，繼續高速攪拌1h；然后將攪拌速度調至1000rpm，保持溫度為160～170℃，攪拌2h，即得到一種耐老化改性瀝青。該改性瀝青在70℃熱空氣老化箱中熱老化30天前后的135℃粘度由2910cp增加到3786cp，增加了876cp，5℃延度由47.5cm降低到37cm，減少了10.5cm。而未加有機胺插層助劑的普通累脫石改性瀝青，熱老化前后，135℃粘度由3660cp增加到4852cp，增加了1192cp，5℃延度由48cm降低為27cm，減少了21cm。
實施例5耐老化改性瀝青的制備方法，按如下步驟進行(1)按各原料所占質量百分比為瀝青84、聚合物改性劑10、層狀硅酸鹽粘土5、有機胺插層助劑1，選取瀝青、聚合物改性劑、層狀硅酸鹽粘土和有機胺插層助劑；所述的瀝青是道路石油瀝青，其軟化點為40～65℃，25℃針入度大于40dmm；所述的聚合物改性劑是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段熱塑性彈性體；所述的層狀硅酸鹽粘土為鈉基蒙脫土，鈉基蒙脫土的細度為200目；所述的有機胺插層助劑為十二烷胺；(2)加熱瀝青至150℃，添加聚合物改性劑，開動剪切機，在2000rpm的轉速下高速攪拌0.5小時，保持溫度為150℃；(3)加入有機胺插層助劑，保持溫度為150℃，攪拌反應0.5小時；(4)加入層狀硅酸鹽粘土，保持溫度為150℃，在2000rpm的轉速下高速攪拌0.5小時；(5)將攪拌速度降低至500rpm，保持溫度為150℃，繼續攪拌2小時，制成耐老化改性瀝青。
實施例6耐老化改性瀝青的制備方法，按如下步驟進行(1)按各原料所占質量百分比為瀝青88、聚合物改性劑8、層狀硅酸鹽粘土3.5、有機胺插層助劑0.5，選取瀝青、聚合物改性劑、層狀硅酸鹽粘土和有機胺插層助劑，備用；所述的瀝青是道路石油瀝青，其軟化點為40～65℃，25℃針入度大于40dmm；所述的聚合物改性劑是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段熱塑性彈性體和丁苯橡膠，其中苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段熱塑性彈性體所占質量百分比為4，丁苯橡膠所占質量百分比為4；所述的層狀硅酸鹽粘土為累脫石，累脫石的細度為200目；所述的有機胺插層助劑為十八烷胺和己內酰胺，十八烷胺所占質量百分比為0.3，己內酰胺所占質量百分比為0.2；(2)加熱瀝青至150℃，添加聚合物改性劑，開動剪切機，在2000rpm的轉速下高速攪拌0.5小時，保持溫度為150℃；(3)加入有機胺插層助劑，保持溫度為150℃，攪拌反應0.5小時；(4)加入層狀硅酸鹽粘土，保持溫度為150℃，在2000rpm的轉速下高速攪拌0.5小時；(5)將攪拌速度降低至500rpm，保持溫度為150℃，繼續攪拌2小時，制成耐老化改性瀝青。
實施例7
耐老化改性瀝青的制備方法，按如下步驟進行(1)按各原料所占質量百分比為瀝青94、聚合物改性劑3、層狀硅酸鹽粘土2.6、有機胺插層助劑0.4選取瀝青、聚合物改性劑、層狀硅酸鹽粘土和有機胺插層助劑；所述的瀝青是道路石油瀝青，其軟化點為40～65℃，25℃針入度大于40dmm；所述的聚合物改性劑是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段熱塑性彈性體和丁苯橡膠，其中苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段熱塑性彈性體所占質量百分比為1，丁苯橡膠所占質量百分比為2；所述的層狀硅酸鹽粘土為累脫石，累脫石的細度為600目；所述的有機胺插層助劑為十二烷胺、十六烷胺、十八烷胺和己內酰胺，其中十二烷胺所占質量百分比為0.1，十六烷胺所占質量百分比為0.1，十八烷胺所占質量百分比為0.1，己內酰胺所占質量百分比為0.1；(2)加熱瀝青至180℃，添加聚合物改性劑，開動剪切機，在6000rpm的轉速下高速攪拌1小時，保持溫度為180℃；(3)加入有機胺插層助劑，保持溫度為180℃，攪拌反應1小時；(4)加入層狀硅酸鹽粘土，保持溫度為180℃，在6000rpm的轉速下高速攪拌1小時；(5)將攪拌速度降低至1000rpm，保持溫度為180℃，繼續攪拌3小時，制成耐老化改性瀝青。
實施例8耐老化改性瀝青的制備方法，按如下步驟進行(1)按各原料所占質量百分比為瀝青98.4、聚合物改性劑1、層狀硅酸鹽粘土0.5、有機胺插層助劑0.1選取瀝青、聚合物改性劑、層狀硅酸鹽粘土和有機胺插層助劑；所述的瀝青是道路石油瀝青，其軟化點為40～65℃，25℃針入度大于40dmm；所述的聚合物改性劑是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段熱塑性彈性體；所述的層狀硅酸鹽粘土為鈉基蒙脫土，鈉基蒙脫土的細度為600目；所述的有機胺插層助劑為十六烷胺；(2)加熱瀝青至180℃，添加聚合物改性劑，開動剪切機，在6000rpm的轉速下高速攪拌1小時，保持溫度為180℃；(3)加入有機胺插層助劑，保持溫度為180℃，攪拌反應1小時；(4)加入層狀硅酸鹽粘土，保持溫度為180℃，在6000rpm的轉速下高速攪拌1小時；(5)將攪拌速度降低至1000rpm，保持溫度為180℃，繼續攪拌3小時，制成耐老化改性瀝青。
權利要求
1.一種耐老化改性瀝青，其特征是它由瀝青、聚合物改性劑、層狀硅酸鹽粘土和有機胺插層助劑組成；各原料所占質量百分比為瀝青84～98.4、聚合物改性劑1～10、層狀硅酸鹽粘土0.5～5、有機胺插層助劑0.1～1。
2.根據權利要求1所述的一種耐老化改性瀝青，其特征在于所述的瀝青是道路石油瀝青，其軟化點為40～65℃，25℃針入度大于40dmm。
3.根據權利要求1所述的一種耐老化改性瀝青，其特征在于所述的聚合物改性劑是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段熱塑性彈性體、丁苯橡膠中的一種或二種的混合物，混合時為任意比。
4.根據權利要求1所述的一種耐老化改性瀝青，其特征在于所述的層狀硅酸鹽粘土為鈉基蒙脫土或累脫石，鈉基蒙脫土的細度為200～600目，累脫石的細度為200～600目。
5.根據權利要求1所述的一種耐老化改性瀝青，其特征在于所述的有機胺插層助劑為十二烷胺、十六烷胺、十八烷胺、己內酰胺中的任意一種或任意一種以上的混合物，混合時為任意比。
6.根據權利要求1所述的一種耐老化改性瀝青，其特征在于各原料所占質量百分比為瀝青88～94、聚合物改性劑3～8、層狀硅酸鹽粘土1～4、有機胺插層助劑0.3～0.8。
7.如權利要求1所述的耐老化改性瀝青的制備方法，其特征是按如下步驟進行(1)按各原料所占質量百分比為瀝青84～98.4、聚合物改性劑1～10、層狀硅酸鹽粘土0.5～5、有機胺插層助劑0.1～1選取瀝青、聚合物改性劑、層狀硅酸鹽粘土和有機胺插層助劑，備用；(2)加熱瀝青至150～180℃，添加聚合物改性劑，開動剪切攪拌機，在2000～6000rpm的轉速下高速攪拌0.5～1小時，保持溫度為150～180℃；(3)加入有機胺插層助劑，保持溫度為150～180℃，攪拌反應0.5～1小時；(4)加入層狀硅酸鹽粘土，保持溫度為150～180℃，在2000～6000rpm的轉速下高速攪拌0.5～1小時；(5)將攪拌速度降低至500～1000rpm，保持溫度為150～180℃，繼續攪拌2～3小時，制成耐老化改性瀝青。
全文摘要
本發明涉及一種改性瀝青及其制備方法。一種耐老化改性瀝青，其特征是它由瀝青、聚合物改性劑、層狀硅酸鹽粘土和有機胺插層助劑組成；各原料所占質量百分比為瀝青84～98.4、聚合物改性劑1～10、層狀硅酸鹽粘土0.5～5、有機胺插層助劑0.1～1。本發明通過使用有機胺插層助劑，可以實現普通層狀硅酸鹽與聚合物改性瀝青形成剝離結構的納米復合，所制得的耐老化改性瀝青能夠顯著提高瀝青的抗老化能力，具有較高的性價比。
文檔編號C08K9/04GK1935905SQ20061012467
公開日2007年3月28日 申請日期2006年9月30日 優先權日2006年9月30日
發明者余劍英, 吳少鵬, 曾旋, 汪林, 況棟梁, 劉剛, 李斌 申請人:武漢理工大學