一種納米改性路用石油瀝青及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】一種納米改性路用石油瀝青的質(zhì)量份組成為石油瀝青90-100份，改性納米材料0.2－10份，復(fù)合界面改性劑1－10份。本發(fā)明具有成本低，使用壽命長，性能優(yōu)異的優(yōu)點。
【專利說明】一種納米改性路用石油瀝青及其制備工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種道路改性浙青，具體涉及一種納米改性路用石油浙青及其制備工藝 。
【背景技術(shù)】
[0002]石油浙青是一種由正或異構(gòu)烷烴、膠質(zhì)及浙青物質(zhì)組成，成分復(fù)雜，并且具有某些有機高分子的特征。在紫外線、氧氣、水分、某些活性物質(zhì)、溫度及微生物等因素作用下，會發(fā)生一系列的物理及化學(xué)變化。此時，浙青中除含氧官能團(tuán)增多外，其它的化學(xué)組成也有變化(如:C-C或C-H鍵的斷開和變化，大分子的鏈或環(huán)和分子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造會被破壞，裂解為小分子)，最后使浙青逐漸硬化變脆開裂，不能繼續(xù)發(fā)揮其原有的作用。
[0003]目前對于石油浙青的應(yīng)用主要是在筑路建設(shè)中的應(yīng)用，基于石油浙青存在的一些不穩(wěn)定性和其在軟化點、含蠟量、針入度、延度等方面存在的不足，所以對其改性研究是非常必要的。特別是近幾十年來，隨著公路等級的不斷提高，對浙青材料提出了更高的要求，促使改性浙青研究工作進(jìn)一步深入開展。
[0004]目前國內(nèi)外對石油浙青的改性比較成功的是有機高分子聚合物SBS系列產(chǎn)品，盡管改性后道路石油浙青的性能有了很大的提高，但因其結(jié)構(gòu)中含有-C=C-不飽和鍵，在空氣中長時間暴露會被空氣中的氧氣和紫外線等氧化，使浙青發(fā)生老化現(xiàn)象，影響了道路的使用壽命。同時因加入的有機聚合物橡膠、樹脂和熱塑性橡膠類等用量大，價格昂貴，對于路用材料來說性價比低，所以就限制了它們的廣泛應(yīng)用。
[0005]納米材料和技術(shù)因其獨特的四大效應(yīng)，使其在各領(lǐng)域的應(yīng)用已表現(xiàn)出了優(yōu)異的改性性能。這也為解決石油浙青在道路應(yīng)用中存在的問題提供了新的思路，納米材料及技術(shù)在浙青改性中的應(yīng)用目前在國內(nèi)外也有相關(guān)報道。中國專利CN101050309A利用納米ZnO/SBS改性浙青，但其加入大量的水對煤浙青進(jìn)行了乳化研究；CN101230199A以納米蒙脫土和環(huán)氧樹脂為交聯(lián)劑制備了浙青基納米蒙脫土復(fù)合材料，納米材料利用蒙脫土二維改性，納米粒子不易均勻分散，制備工藝方法復(fù)雜；CN101481504A利用納米碳酸鈣及SBS復(fù)合改性石油浙青，但難以解決SBS易老化的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種成本低，使用壽命長，性能優(yōu)異的納米改性路用石油浙青及其制備工藝。
[0007]本發(fā)明旨在利用納米材料和表面活性劑復(fù)合技術(shù)。來提高石油浙青溶膠體的膠聯(lián)密度和強度，增強拉伸強度、斷裂伸長率、硬度、耐磨性，利用復(fù)合表面活性劑改變石油浙青中膠質(zhì)等的表面性質(zhì)，解決石油浙青溫度敏感性及延度差等問題，特別是加入的納米材料能均勻分布于浙青體系中，含有的納米材料具有防紫外線及抗氧化性能，解決了其它有機物改性而易老化的問題，同時也增加了路用浙青的耐磨性，延長了道路的使用壽命，而且加入的復(fù)合表面活性劑和納米材料均為自制所以價格便宜，可以大大地降低路用改性石油浙青的成本，所得的改性石油浙青是一種性價比很高的路用浙青產(chǎn)品。
[0008]本發(fā)明的納米改性路用石油浙青的質(zhì)量份組成如下:
[0009]石油浙青90-100份
[0010]改性納米材料0.2 — 10份
[0011]復(fù)合界面改性劑I 一 10份
[0012]如上所述的改性納米材料是由如下方法制備的:
[0013](I)配制金屬鹽的水溶液，其摩爾濃度為0.02~1.0mol/L ；
[0014](2)配制堿水溶液，其摩爾濃度為0.04~2.0mol/L ；
[0015](3)稱取改性劑加入步驟(1)金屬鹽的水溶液中，加入量為金屬鹽中金屬離子量的
1.5wt%o~lwt% ；
[0016](4)將步驟(2)堿水溶液加入到步驟(3)的溶液中，以500°C~10000r/min的轉(zhuǎn)速在40°C~105°C反應(yīng)30min~Ihr得沉淀，其中堿的用量是步驟(1)金屬鹽水溶液中金屬離子的I~4倍摩爾的量；
[0017](5)將步驟(4)的沉淀過濾、洗滌、100~250°C干燥，即得改性納米材料。
[0018]所述的金屬鹽為硫酸鎂、硫酸鋅、硫酸鋁、硫酸鐵的一種或兩種復(fù)合。
[0019]所述的堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉的一種或兩種復(fù)合。
[0020]所述的改性劑為鈦酸酯、鋁酸酯、硬脂酸的一種或幾種復(fù)合。
[0021 ] 所述的改性納米材料為氫氧化鎂、氫氧化鋁、氫氧化鐵、堿式碳酸鋅、堿式碳酸鎂、鋅鎂復(fù)合堿式碳酸鹽、鎂鋁復(fù)合堿式碳酸鹽。
[0022]所述的改性納米材料的粒徑在3nm~90nm。
[0023]如上所述的復(fù)合界面改性劑是由如下方法制備的:
[0024]稱取40~60份烷基苯磺酸鈉，再稱取20~40份非離子表面活性劑AE0-9，加入到80~120份溶劑油中，加熱到70~80°C，混合攪拌均勻，即得到復(fù)合界面改性劑。
[0025]所述的溶劑油為質(zhì)量比為脂肪酸甲酯:蒽油:重油=1:1:1混合物。
[0026]本發(fā)明所提供的納米改性路用石油浙青的制備工藝，其實施步驟如下:
[0027](I)將石油浙青于60°C— 140°C加熱熔化；
[0028](4)將改性納米材料和復(fù)合界面改性劑加入到熔化的石油浙青中，在60°C —140°C下，以1500 - 4000r/min的轉(zhuǎn)速下，利用高分散剪切儀迅速攪拌10 — 60min,即得納
米改性路用石油浙青。
[0029]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0030]1，所用的納米材料為經(jīng)過表面活性劑改性的納米材料，使納米粒子根據(jù)其應(yīng)用環(huán)境而改性為親油性或親水性。
[0031]2，所用的納米材料具有防紫外線及抗老化性能，其工藝方法簡便易行，易于工業(yè)
化生產(chǎn)。
[0032]3，用本方法改性的石油浙青完全克服石油浙青的不足、性價比高、能應(yīng)用于筑路建設(shè)中，可以有效地防止石油浙青老化問題，延長道路的使用壽命?！揪唧w實施方式】
[0033]下面通過具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
[0034]實施例1
[0035](I)制備改性納米材料:配制濃度為0.02mol/L的硫酸鋅溶液500ml加熱到60°C，再加入1.SwtXf5Zn2+量的鈦酸酯，攪拌；再配制濃度為0.04mol/L的碳酸鈉溶液500ml，慢慢滴加到上述溶液并以500r/min的速度不斷攪拌，攪拌30min后，趁熱過濾，用自來水不斷洗滌，至S042_離子完全消失為止。在鼓風(fēng)干燥箱中于120°C烘干，即得平均粒徑為35nm的堿式碳酸鋅。
[0036](2)制備復(fù)合表面改性劑:稱取40份烷基苯磺酸鈉，再稱取20份非離子表面活性劑AE0-9，加入到120份溶劑油(脂肪酸甲酯:蒽油:重油=1:1:1混合物)中，加熱到70。。，混合攪拌均勻，即得到自制復(fù)合界面改性劑。
[0037](3)改性路用石油浙青的制備:稱取100份的石油浙青加熱熔化，加入10份復(fù)合界面改性劑，在攪拌情況下，加入8份上述由鈦脂酸改性的納米堿式碳酸鋅，在60°C反應(yīng)溫度下，利用高剪切分散儀以1500r/mim速度攪拌反應(yīng)30min,即得納米改性石油浙青。其性能表征結(jié)果為:軟化點45°C，針入度86mm (25°C，100g)，延度> 100cm (15°C)，達(dá)到路用浙青指標(biāo)。TFOT后質(zhì)量變化±0.2，抗老化性能明顯增強。[0038]實施例2
[0039](I)制備改性納米材料:配制濃度為0.04mol/L的硫酸鋁溶液500ml加熱到50°C，再加入3wt%。Al3+量的硬脂酸，攪拌；再配制濃度為0.12mol/L的氫氧化鈉溶液500ml，慢慢滴加并以10000r/min的速度不斷攪拌,攪拌30min后,趁熱過濾,用自來水不斷洗漆,至S042_離子完全消失為止。在鼓風(fēng)干燥箱中于110°C烘干，即得平均粒徑為63nm的氫氧化鋁。
[0040](2)制備復(fù)合界面改性劑:稱取60份烷基苯磺酸鈉，再稱取40份非離子表面活性劑AE0-9，加入到120份溶劑油(脂肪酸甲酯:蒽油:重油=1:1:1混合物)中，加熱到80。。，混合攪拌均勻，即得到自制復(fù)合界面改性劑。
[0041](3)改性路用石油浙青的制備:稱取100份的石油浙青加熱熔化，加入8份復(fù)合界面改性劑，在攪拌情況下，加入0.2份由硬脂酸改性的納米Al (OH) 3，在80°C反應(yīng)溫度下，利用高剪切分散儀以2500r/mim速度攪拌反應(yīng)40min,即得納米改性石油浙青。其性能表征結(jié)果為:軟化點44.1°C，針入度74mm (25°C，100g)，延度> 100cm (15°C )，達(dá)到路用浙青指標(biāo)，TFOT后質(zhì)量變化±0.1，抗老化性能增強。
[0042]實施例3
[0043](I)制備改性納米材料:配制濃度為0.08mol/L的硫酸鎂溶液500ml加熱到70°C，再加入lwt%Mg2+量的硬脂酸和鈦酸酯(質(zhì)量比1:1)，攪拌；再配制濃度為0.16mol/L的氫氧化鉀溶液650ml，慢慢滴加并以5000r/min的速度不斷攪拌，攪拌30min后，趁熱過濾，用自來水不斷洗滌，至SO/—離子完全消失為止。在鼓風(fēng)干燥箱中于130°C烘干，即得平均粒徑為70nm的氫氧化鎂。
[0044](2)制備復(fù)合表面改性劑:稱取50份烷基苯磺酸鈉，再稱取20份非離子表面活性劑AE0-9，加入到100份溶劑油(脂肪酸甲酯:蒽油:重油=1:1:1混合物)中，加熱到75。。，混合攪拌均勻，即得到自制復(fù)合界面改性劑。
[0045](3)改性路用石油浙青的制備:稱取90份的石油浙青加熱熔化，加入1份復(fù)合界面改性劑，在攪拌情況下，加入0.4份由硬脂酸和鈦酸酯復(fù)合改性的納米Mg (0102，在90°C反應(yīng)溫度下，利用高剪切分散儀以4000r/mim速度攪拌反應(yīng)50min,即得納米改性石油浙青。其性能表征結(jié)果為:軟化點46.1°C，針入度70mm (25°C，100g)，延度> 100cm (15°C)，達(dá)到路用浙青指標(biāo)，TFOT后質(zhì)量變化±0.3，抗老化性能明顯增強。[0046]實施例4
[0047](I)制備改性納米材料:配制濃度為0.1OmoI/L的硫酸鋅溶液250ml和0.1Omol/L的硫酸鎂溶液250ml混合加熱到80°C，再加入6wt%。Mg2+和Zn2+量的硬脂酸，攪拌；再配制濃度為0.20mol/L的碳酸鈉溶液700ml，慢慢滴加并以4000r/min的速度不斷攪拌，攪拌30min后，趁熱過濾，用自來水不斷洗滌，至SO/—離子完全消失為止。在鼓風(fēng)干燥箱中于140°C烘干，即得平均粒徑為SOnm的鋅鎂復(fù)合堿式碳酸鹽。
[0048](2)制備復(fù)合界面改性劑:稱取50份烷基苯磺酸鈉，再稱取30份非離子表面活性劑AE0-9，加入到100份溶劑油(脂肪酸甲酯:蒽油:重油=1:1:1混合物)中，加熱到70°C，混合攪拌均勻，即得到自制復(fù)合界面改性劑。
[0049](3)改性路用石油浙青的制備:稱取100份的石油浙青加熱熔化，加入5份復(fù)合界面改性劑，在攪拌情況下，加入4份由硬脂酸改性的鋅鎂復(fù)合堿式碳酸鹽，在140°C反應(yīng)溫度下，利用高剪切分散儀以4000r/mim速度攪拌反應(yīng)60min,即得納米改性石油浙青。其性能表征結(jié)果為:軟化點45.8°C，針入度90mm (25°C，100g)，延度> 100cm (15°C)，達(dá)到路用浙青指標(biāo)，TFOT后質(zhì)量變化±0.1，抗老化性能增強。
[0050]實施例5
[0051](I)制備改性納米材料:配制濃度為0.02mol/L的硫酸鎂溶液300ml和濃度為
0.02mol/L的硫酸鋁200ml混合加熱到105°C，再加入8wt%。Mg2+和Al3+量的鈦酸酯和硬脂酸(按質(zhì)量比為1:1)，攪拌；再配制濃度為0.04mol/L的碳酸鈉溶液660ml，慢慢滴加并以6000r/min的速度不斷攪拌,攪拌30min后,趁熱過濾,用自來水不斷洗漆,至S042_離子完全消失為止。在鼓風(fēng)干燥箱中于250°C烘干，即得平均粒徑為85nm的鎂鋁復(fù)合堿式碳酸鹽。
[0052](2)制備復(fù)合表面改性劑:稱取60份烷基苯磺酸鈉，再稱取30份非離子表面活性劑AE0-9，加入到120份溶劑油(脂肪酸甲酯:蒽油:重油=1:1:1混合物)中，加熱到75。。，混合攪拌均勻，即得到自制復(fù)合界面改性劑。
[0053](3)改性路用石油浙青的制備:稱取95份的石油浙青加熱熔化，加入6份復(fù)合界面改性劑，在攪拌情況下，加入2份由鈦酸酯和硬脂酸改性的納米鎂鋁復(fù)合堿式碳酸鹽，在120°C反應(yīng)溫度下，利用高剪切分散儀以3500r/mim速度攪拌反應(yīng)30min，即得納米改性石油浙青。其性能表征結(jié)果為:軟化點43.8°C，針入度76mm (25°C，100g)，延度> IOOcm(15°C)，達(dá)到路用浙青指標(biāo)，TFOT后質(zhì)量變化±0.1，抗老化性能明顯增強。
[0054]實施例6
[0055](I)制備改性納米材料:配制濃度為0.03mol/L的硫酸鋅溶液500ml加熱到90°C，再加入2wt%。Zn2+量的鈦酸酯，攪拌；再配制濃度為2.0mol/L的碳酸溶液7.5ml，慢慢滴加并以8000r/min的速度不斷攪拌,攪拌30min后,趁熱過濾,用自來水不斷洗漆，至S042_離子完全消失為止。在鼓風(fēng)干燥箱中于120°C烘干，即得平均粒徑為68nm的堿式碳酸鋅，
[0056](2)制備復(fù)合界面改性劑:稱取40份烷基苯磺酸鈉，再稱取20份非離子表面活性劑AE0-9，加入到100份溶劑油(脂肪酸甲酯:蒽油:重油=1:1:1混合物)中，加熱到70°C，混合攪拌均勻，即得到自制復(fù)合界面改性劑。
[0057](3)改性路用石油浙青的制備:稱取100份的石油浙青加熱熔化，加入8份復(fù)合表面改性劑，在攪拌情況下，加入10份由鈦酸酯改性的納米堿式碳酸鋅，在120°C反應(yīng)溫度下，利用高剪切分散儀以3500r/mim速度攪拌反應(yīng)30min,即得納米改性石油浙青。其性能表征結(jié)果為:軟化點43.3°C，針入度70mm (25°C，100g)，延度> 100cm (15°C)，達(dá)到路用浙青指標(biāo)，TFOT后質(zhì)量變化±0.2，抗老化性能明顯增強。
[0058]實施例7:
[0059](I)制備改性納米材料:配制濃度為0.02mol/L的硫酸鐵溶液500ml加熱到60°C，再加入4wt%Fe3+量的鈦酸酯和鋁酸酯，攪拌；加入到該硫酸鐵溶液，再配制濃度為2mol/L的氫氧化鉀溶液20ml,慢慢滴加并以6000r/min的速度不斷攪拌,攪拌30min后,趁熱過濾,用自來水不斷洗滌，至SO/—離子完全消失為止。在鼓風(fēng)干燥箱中于180°C烘干，即得平均粒徑為40nm的氫氧化鐵。[0060](2)制備復(fù)合表面改性劑:稱取40份烷基苯磺酸鈉，再稱取30份非離子表面活性劑AE0-9，加入到120份溶劑油(脂肪酸甲酯:蒽油:重油=1:1:1混合物)中，加熱到70。。，混合攪拌均勻，即得到自制復(fù)合界面改性劑。
[0061](3)改性路用石油浙青的制備:稱取100份的石油浙青加熱熔化，加入6份復(fù)合界面改性劑，在攪拌情況下，加入0.8份由鈦酸酯和鋁酸酯改性的氫氧化鐵，在120°C反應(yīng)溫度下，利用高剪切分散儀以3500r/mim速度攪拌反應(yīng)30min,即得納米改性石油浙青。其性能表征結(jié)果為:軟化點44.(TC，針入度81mm (25°C，100g)，延度> 100cm (15°C)，達(dá)到路用浙青指標(biāo)，TFOT后質(zhì)量變化±0.1，抗老化性能明顯增強。
[0062]實施例8:
[0063](I)制備改性納米材料:配制濃度為0.02mol/L的硫酸鎂溶液500ml加熱到600C，再加入9wt%。Mg2+量的鈦酸酯和鋁酸酯，攪拌；加入到該硫酸鎂溶液，再配制濃度為0.04mol/L的碳酸鈉溶液600ml，慢慢滴加并以1000r/min的速度不斷攪拌，攪拌30min后，趁熱過濾，用自來水不斷洗滌，至S042_離子完全消失為止。在鼓風(fēng)干燥箱中于180°C烘干，即得平均粒徑為IOnm的堿式碳酸鎂，該材料加入路用煤浙青的改性體系中，可以大幅度地提高改性煤浙青的軟化點和針入度，是一良好的改性劑。
[0064](2)制備復(fù)合表面改性劑:稱取60份烷基苯磺酸鈉，再稱取20份非離子表面活性劑AE0-9，加入到120份溶劑油(脂肪酸甲酯:蒽油:重油=1:1:1混合物)中，加熱到80V,混合攪拌均勻，即得到自制復(fù)合界面改性劑。
[0065](3)改性路用石油浙青的制備:稱取100份的石油浙青加熱熔化，加入10份復(fù)合界面改性劑，在攪拌情況下，加入10份由鈦酸酯和鋁酸酯改性的堿式碳酸鎂，在120°C反應(yīng)溫度下，利用高剪切分散儀以3500r/mim速度攪拌反應(yīng)30min,即得納米改性石油浙青。其性能表征結(jié)果為:軟化點44.5°C，針入度82mm (25°C，100g)，延度> 100cm (15°C)，達(dá)到路用浙青指標(biāo)，TFOT后質(zhì)量變化±0.3，抗老化性能明顯增強。
【權(quán)利要求】
1.一種納米改性路用石油浙青，其特征在于納米改性路用石油浙青的質(zhì)量份組成如下: 石油浙青90-100份 改性納米材料0.2 — 10份 復(fù)合界面改性劑I 一 10份。
2.如權(quán)利要求1所述的一種納米改性路用石油浙青，其特征在于所述的改性納米材料是由如下方法制備的: (1)配制金屬鹽的水溶液，其摩爾濃度為0.02~1.0moI/L ； (2)配制堿水溶液，其摩爾濃度為0.04~2.0mol/L ； (3)稱取改性劑加入步驟(1)金屬鹽的水溶液中，加入量為金屬鹽中金屬離子量的.1.5wt%o~lwt% ； (4)將步驟(2)堿水溶液加入到步驟(3)的溶液中，以500°C~10000r/min的轉(zhuǎn)速在.40°C~105°C反應(yīng)30min~Ihr得沉淀,其中堿的用量是步驟(1)金屬鹽水溶液中金屬離子的I~4倍摩爾的量； (5)將步驟(4)的沉淀過濾、洗滌、100~250°C干燥，即得改性納米材料。
3.如權(quán)利要求2所述的一種納米改性路用石油浙青，其特征在于所述的金屬鹽為硫酸鎂、硫酸鋅、硫酸鋁、硫酸鐵的一種或兩種復(fù)合。
4.如權(quán)利要求2所述的一種納米改性路用石油浙青，其特征在于所述的堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉的一種或兩種復(fù)合。
5.如權(quán)利要求2所述的一種納米改性路用石油浙青，其特征在于所述的改性劑為鈦酸酯、鋁酸酯、硬脂酸的一種或幾種復(fù)合。
6.如權(quán)利要求1所述的一種納米改性路用石油浙青，其特征在于所述的改性納米材料為氫氧化鎂、氫氧化鋁、氫氧化鐵、堿式碳酸鋅、堿式碳酸鎂、鋅鎂復(fù)合堿式碳酸鹽或鎂鋁復(fù)合堿式碳酸鹽。
7.如權(quán)利要求1所述的一種納米改性路用石油浙青，其特征在于所述的改性納米材料的粒徑在3nm~90nm。
8.如權(quán)利要求1所述的一種納米改性路用石油浙青，其特征在于所述的復(fù)合界面改性劑是由如下方法制備的: 稱取40~60份烷基苯磺酸鈉，再稱取20~40份非離子表面活性劑AE0-9，加入到.80~120份溶劑油中，加熱到70~80°C，混合攪拌均勻，即得到復(fù)合界面改性劑。
9.如權(quán)利要求8所述的一種納米改性路用石油浙青，其特征在于所述的溶劑油為質(zhì)量比為脂肪酸甲酯:蒽油:重油=1:1:1混合物。
10.如權(quán)利要求1一 9任一項所述的一種納米改性路用石油浙青的制備工藝，其特征在于包括如下步驟: (I)將石油浙青于60°C — 140°C加熱熔化； (4)將改性納米材料和復(fù)合界面改性劑加入到熔化的石油浙青中，在60°C — 140°C下，以1500 - 4000r/min的轉(zhuǎn)速下，利用高分散剪切儀迅速攪拌10 — 60min,即得納米改性路用石油浙青。
【文檔編號】C08K9/04GK103642255SQ201310606704
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】任真, 郭建平, 李玉霞 申請人:中國日用化學(xué)工業(yè)研究院