一種二異氰酸酯改性蒙脫土及其改性瀝青的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及改性蒙脫土及改性瀝青的制備領(lǐng)域，具體涉及一種二異氰酸酯改性蒙 脫土及其改性瀝青的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 瀝青材料具有優(yōu)良的路用性能而且資源豐富，價(jià)格低廉，因此是現(xiàn)代鋪設(shè)高等級(jí) 路面的必需品。但由于其力學(xué)性能對(duì)溫度敏感性大(低溫易變脆，高溫易流淌），彈性和耐老 化性能也較差，且隨著交通運(yùn)輸量的不斷增大，對(duì)瀝青的性能要求也越來(lái)越高。因此，人們 開始在瀝青中摻加各種性能優(yōu)良的改性劑。
[0003] 納米層狀硅酸鹽具有獨(dú)特的二維層狀納米結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，摻入瀝青中可 以在納米尺度上改善瀝青性能。納米層狀硅酸鹽包括蒙脫土 (MMT)、膨潤(rùn)土 (BT)、膨脹蛭石 (EVMT)、水滑石(LDHs)等，具有良好的熱穩(wěn)定性和阻隔性，能提高瀝青材料的熱穩(wěn)定性、抗 老化性。專利CN1775865公開了一種層狀硅酸鹽粘土納米改性瀝青及其制備方法，選用200 ~600目的層狀硅酸鹽粘土作為道路石油瀝青的改性劑，將過(guò)篩后的層狀硅酸鹽粘土加入 到熔融的瀝青中，高速攪拌使其共混均勻而制得層狀硅酸鹽粘土納米改性瀝青，此發(fā)明具 有較高的性能價(jià)格比，所制得的層狀娃酸鹽粘土納米改性瀝青不僅能夠顯著提高瀝青的抗 車轍能力，而且能有效降低瀝青的溫度敏感性，使瀝青能適用于環(huán)境溫度更高的地區(qū)。
[0004] 在當(dāng)前存在的眾多的瀝青改性劑中，選擇何種改性劑制備出性能優(yōu)良且儲(chǔ)存穩(wěn)定 的改性瀝青仍然是瀝青材料研究工作者力求攻克的技術(shù)難點(diǎn)，人們由此開始嘗試復(fù)合改 性。專利CN102020861A公開了一種包裝廢棄聚合物/納米復(fù)合改性瀝青及其制備方法:首先 將基質(zhì)瀝青加熱熔化，再依次加入包裝廢棄聚合物PE和納米蒙脫土，人工攪拌和剪切機(jī)攪 拌，使其充分溶脹，剪切直至包裝廢棄聚合物PE和納米蒙脫土均勻分散于瀝青中。此發(fā)明利 用回收的包裝廢棄聚合物PE以及納米蒙脫土作為改性劑，結(jié)合各自的特點(diǎn)，采用復(fù)合改性 的技術(shù)方法，通過(guò)"二步法"的改性工藝對(duì)基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性，在降低改性成本的同時(shí)，提高 了瀝青的綜合性能。專利CN104356661A公開了一種復(fù)配型SBS改性瀝青熱儲(chǔ)存穩(wěn)定劑，將含 一個(gè)長(zhǎng)鏈烷基及一個(gè)或多個(gè)烯基和芳基的多乙烯多胺鹽、抗氧化劑和促進(jìn)劑混合制備得到 穩(wěn)定劑，通過(guò)穩(wěn)定劑使基質(zhì)瀝青和SBS有機(jī)的結(jié)合在一起，使改性瀝青具有持久的熱儲(chǔ)存穩(wěn) 定性，降低了改性瀝青的制備及熱儲(chǔ)存過(guò)程中的老化和降解，提高了改性瀝青的使用性能。
[0005] 傳統(tǒng)的改性劑大多以物理改性為主，其在儲(chǔ)存與使用過(guò)程中容易出現(xiàn)改性劑的團(tuán) 聚沉積而降低路用性能。而本發(fā)明采用改性后的蒙脫土對(duì)瀝青進(jìn)行化學(xué)改性，使瀝青的化 學(xué)成分發(fā)生一些改變，從本質(zhì)上提升其穩(wěn)定性。選用價(jià)廉易得的二異氰酸酯對(duì)蒙脫土進(jìn)行 改性，使蒙脫土層間距擴(kuò)大并接枝上活性-NC0基團(tuán)，再與瀝青中的極性分子反應(yīng)形成化學(xué) 鍵而穩(wěn)定地分散于瀝青體系中，為改性劑優(yōu)良性能的充分發(fā)揮提供了保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種二異氰酸酯改性蒙脫土及其改性瀝青的制備方法。通過(guò) 加入自制改性蒙脫土提高瀝青的高溫物理性能、抗老化和抗疲勞開裂等性能，采用化學(xué)改 性制備出存儲(chǔ)穩(wěn)定、性能優(yōu)越的改性瀝青材料。
[0007] 本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0008] 一種二異氰酸酯改性蒙脫土的制備方法，包括以下步驟：
[0009] (1)按各組分質(zhì)量份數(shù)計(jì)為:N，N-二甲基甲酰胺(DMF)IOO份；蒙脫土(MMT)5~15 份;二異氰酸酯4~8份；
[0010] (2)按步驟（1)各組分質(zhì)量份數(shù)計(jì)將N，N-二甲基甲酰胺、蒙脫土、二異氰酸酯混合 后升溫至80~90°C，以500~800r/min的速率攪拌反應(yīng)4~6h，過(guò)濾后用無(wú)水甲苯洗滌濾物6 ~8次，濾物干燥后得到改性蒙脫土。
[0011]進(jìn)一步地，所述蒙脫土為鈉基蒙脫土、鈣基蒙脫土、鎂基蒙脫土或經(jīng)過(guò)有機(jī)化處理 的蒙脫土。
[0012] 進(jìn)一步地，所述經(jīng)過(guò)有機(jī)化處理的蒙脫土為購(gòu)買于浙江豐虹粘土化工有限公司的 陽(yáng)離子改性DKl、DK2、DK3、DK4SDKir^L
[0013] 進(jìn)一步地，所述蒙脫土的陽(yáng)離子交換容量為60~120mmol/100g，含水量小于3%。 [0014]進(jìn)一步地，所述二異氰酸酯為4，4'_二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、甲苯-2，4_二異 氰酸酯(TDI)、異佛爾酮二異氰酸酯（iroi)、4,4'_二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯(HMDI)等。
[0015] 一種以改性蒙脫土為改性劑的改性瀝青的制備方法，選用改性蒙脫土為改性劑， 采用熔融共混法制備，具體制備步驟如下：
[0016] (1)按各組分所占質(zhì)量份數(shù)為:基質(zhì)瀝青100份;改性蒙脫土 2~10份；
[0017] (2)按步驟（1)各組分所占質(zhì)量份數(shù)計(jì)將基質(zhì)瀝青加熱至120~150°C直到充分熔 融，分3~5次緩慢加入改性蒙脫土，以3000~5000r/min的速率剪切混合60~120min，最終 制得改性瀝青材料。
[0018]進(jìn)一步地，所述改性蒙脫土為上述所述制備方法制備得到的改性蒙脫土。
[0019] 進(jìn)一步地，所述基質(zhì)瀝青為石油瀝青、煤瀝青或湖瀝青。
[0020] 進(jìn)一步地，所述剪切混合所使用的設(shè)備為高速剪切乳化機(jī)。
[0021 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0022] 1)選用二異氰酸酯來(lái)改性蒙脫土，由于二異氰酸酯和蒙脫土都具有來(lái)源廣泛和價(jià) 格低廉的特點(diǎn)，可以節(jié)約成本，而且二異氰酸酯能夠在擴(kuò)大蒙脫土層間距的同時(shí)使蒙脫土 片層接枝上-NC0基團(tuán)從而具有化學(xué)反應(yīng)活性，有助于對(duì)瀝青的化學(xué)改性。
[0023] 2)使用改性后的蒙脫土對(duì)瀝青進(jìn)行化學(xué)改性，改性后的蒙脫土在熔融共混過(guò)程中 與瀝青分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使層間距擴(kuò)大直至剝離，并以化學(xué)鍵的形式穩(wěn)定而均勻地分散 于瀝青體系中，從納米尺度上改善瀝青內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使瀝青性能穩(wěn)步提升。
[0024] 3)制備所得的改性瀝青材料具有良好的物理性能和熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性，并且制備工藝 簡(jiǎn)單、成本低廉，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，可大批量生產(chǎn)推廣應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中蒙脫土改性前后的FT-IR譜圖。
[0026] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中瀝青改性前后的FT-IR譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面借助于具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但所列的實(shí)施例均不是對(duì)本發(fā) 明的限制。
[0028]【實(shí)施例1】
[0029]將100g N，N-二甲基甲酰胺、10g鈉基蒙脫土和4g異佛爾酮二異氰酸酯混合后，升 溫至90°C，以500r/min的速率攪拌反應(yīng)6h，過(guò)濾后用無(wú)水甲苯洗滌濾物6次，濾物干燥后得 到改性蒙脫土 A。
[0030] 將盛裝100g基質(zhì)瀝青（茂名石化AH 90#)的不銹鋼罐置于恒溫油浴鍋中，升溫至 120°C加熱，使基質(zhì)瀝青充分熔融。待基質(zhì)瀝青完全熔融，摻入10g改性蒙脫土 A，使用高速剪 切乳化機(jī)以4000r/min的速率剪切混合90min，最終制得改性瀝青材料。
[0031] 【實(shí)施例2】
[0032] 將100g N，N-二甲基甲酰胺、10g DK3型有機(jī)化蒙脫土和6g 4,4'_二環(huán)己基甲烷二 異氰酸酯混合后，升溫至85°C，以600r/min的速率攪拌反應(yīng)6h，過(guò)濾后用無(wú)水甲苯洗滌濾物 8次，濾物干燥后得到改性蒙脫土 B。
[0033]將盛裝100g基質(zhì)瀝青(美國(guó)殼牌70#)的不銹鋼罐置于恒溫油浴鍋中，升溫至150°C 加熱，使基質(zhì)瀝青充分熔融。待基質(zhì)瀝青完全熔融，摻入8g改性蒙脫土 B，使用高速剪切乳化 機(jī)以4000r/min的速率剪切混合60min，最終制得改性瀝青材料。
[0034]【實(shí)施例3】
[0035] 將100g N，N-二甲基甲酰胺、15g DK3型有機(jī)化蒙脫土和8g 4,4'_二苯基甲烷二異 氰酸酯混合后，升溫至80°C，以800r/min的速率攪拌反應(yīng)4h，過(guò)濾后用無(wú)水甲苯洗滌濾物8 次，濾物干燥后得到改性蒙脫土 C。
[0036]將盛裝100g基質(zhì)瀝青（茂名石化AH 90#)的不銹鋼罐置于恒溫油浴鍋中，升溫至 140°C加熱，使基質(zhì)瀝青充分熔融。待基質(zhì)瀝青完全熔融，摻入6g改性蒙脫土C，使用高速剪 切乳化機(jī)以5000r/min的速率剪切混合60min，最終制得改性瀝青材料。
[0037]