一種抗紫外老化瀝青及其製備方法與流程

2023-09-16 10:46:15

本發明涉及一種改性瀝青及其製備方法，特別涉及一種道路用抗紫外老化瀝青及其製備方法。
背景技術：
：瀝青路面具有優良的路用性能和舒適的行車性能，是公路建設的主要路面結構形式。但在紫外線輻射下，瀝青會發生一系列物理和化學變化，導致硬化變脆，破壞應變變小，易於開裂，逐漸老化，嚴重影響了瀝青的使用性能。特別是在紫外線較強的地區，極大的縮短了瀝青路面的使用壽命。為解決瀝青路面的紫外老化問題，可通過向道路瀝青中添加納米粉體，如二氧化鈦粉、CeO2粉等；還可添加光吸收劑，如二苯甲酮類和受阻胺類衍生物等。CN103880336A公開了一種具有抗紫外線老化性能的瀝青混合料。該瀝青混合料中添加有抗紫外老化劑，抗紫外老化劑為納米二氧化鈦粉末，納米二氧化鈦粉末對提高瀝青混合料的抗紫外老化性能有限。CN101434472A公開了一種提高改性瀝青抗紫外老化性能的方法。該方法為了提高瀝青的抗紫外老化性能，向瀝青中加添加劑，添加劑為具有吸收紫外線功能的CeO2納米材料或抗紫外線吸收劑UV-531。該方法所用紫外吸收劑在高溫混合時容易出現揮發等損失問題，而且CeO2納米材料與瀝青的相容性非常差，容易出現離析分層，影響了其抗紫外性能的發揮，提高瀝青混合料的抗紫外老化性能有限。綜上，現有技術只是簡單地將納米粉體或光穩定劑添加到瀝青中，這樣會導致納米粉體與瀝青出現離析分層問題，以及光穩定劑發生物理遷移和揮發問題，致使抗紫外老化性能有限。技術實現要素：針對現有技術的不足，本發明提供了一種抗紫外老化瀝青及其製備方法。本發明改性瀝青具有非常優異的抗紫外老化性能，不會發生物理遷移和揮發，同時瀝青與添加劑具有很好的相容性。本發明提供了一種抗紫外老化瀝青，按重量份計包括以下原料組分：（1）基質瀝青：100份；（2）所述有機-無機複合材料：1.0～5.0份，優選為1.5～3.5份；其中，所述有機-無機複合材料由正矽酸乙酯與含有三嗪三酮基團的有機矽烷共水解和縮聚反應形成。所述含有三嗪三酮基團的有機矽烷為1,3,5-三[3-（三甲氧基甲矽烷基）丙基]-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮，可以由下述化學式表示：式（Ⅰ）。所述有機-無機複合材料的原料包括聚乙烯醚-聚丙烯醚-聚乙烯醚三嵌段共聚物、鹽酸、正矽酸乙酯、含有三嗪三酮基團的有機矽烷和水，所述聚乙烯醚-聚丙烯醚-聚乙烯醚三嵌段共聚物、鹽酸、正矽酸乙酯、含有三嗪三酮基團的有機矽烷和水的重量比為（25～35）:（130～200）:（35～55）:（30～50）:1000，優選為（28～32）:（150～180）:（85-X）:X:1000，其中X=30～50，鹽酸的濃度為8～12mol/L。所述共水解和縮聚反應的溫度為90～120℃，優選為100～110℃，時間為36～48h。所述基質瀝青可以為本領域常規使用的各種瀝青，可以為石油瀝青、煤焦油瀝青、油砂瀝青、天然瀝青中的一種或幾種。所述基質瀝青的針入度可以為80～1001/10mm。石油瀝青可以選自直餾瀝青、溶劑脫油瀝青、氧化瀝青、半氧化瀝青中的一種或幾種，直餾瀝青可以是原油常壓蒸餾得到的常壓渣油，也可以是原油經減壓蒸餾得到的減壓渣油。本發明還提供了一種如上述的抗紫外老化瀝青的製備方法，其包括如下步驟：（1）將聚乙烯醚-聚丙烯醚-聚乙烯醚三嵌段共聚物和鹽酸溶於水中，不斷攪拌至完全溶解，再加入正矽酸乙酯和含有三嗪三酮基團的有機矽烷，攪拌均勻，然後進行共水解和縮聚反應，反應結束後過濾、洗滌和第一乾燥，然後再加入乙醇和鹽酸的混合溶液中，加熱回流，然後洗滌、第二乾燥，即得到有機-無機複合材料；（2）將有機-無機複合材料加入到熔融的基質瀝青中，加熱並攪拌均勻，即得到所述的抗老化改性瀝青。在步驟（1）中，所述聚乙烯醚-聚丙烯醚-聚乙烯醚三嵌段共聚物、鹽酸、正矽酸乙酯、含有三嗪三酮基團的有機矽烷和水的重量比為（25～35）:（130～200）:（35～55）:（30～50）:1000，優選為（28～32）:（150～180）:（85-X）:X:1000，其中X=30～50，鹽酸的濃度為8～12mol/L。在步驟（1）中，所述攪拌的溫度為30℃～50℃，所述攪拌的時間為18～24h。在步驟（1）中，所述共水解和縮聚反應的溫度為90～120℃，優選為100～110℃，時間為36～48h。在步驟（1）中，所述有機-無機複合材料與乙醇和鹽酸混合溶液的重量比例為1:（50～200），在所述乙醇和鹽酸混合溶液中鹽酸與乙醇的重量比例為1:（50～70），所述鹽酸的濃度為8～12mol/L。在步驟（1）中，所述的過濾、洗滌、乾燥均可以採用常規方法。乾燥使溶劑揮發掉即可，所述第一乾燥的溫度可以為80℃～120℃，時間為5～12h。所述第二乾燥的溫度可以為80℃～120℃，時間為5～12h。在步驟（1）中，所述加熱回流的溫度為60～90℃，優選為70～80℃，時間為6～10h。在步驟（2）中，所述加熱攪拌的溫度為130℃～150℃，時間為0.5～1.0h。與現有技術相比，本發明的抗紫外老化瀝青及其製備方法具有如下優點：（1）本發明通過正矽酸乙酯和含有三嗪三酮基團的有機矽烷共縮聚-水解反應，從而將有機矽烷的有機基團引入到有機-無機複合材料中，並在有機-無機複合材料中分布均勻，從而防止了有機基團的物理遷移或揮發損失，這樣有機基團具有紫外線吸收、捕獲自由基、分解氫過氧化物等作用，而且無機成分對紫外線具有較強的屏蔽作用，兩者作用互相協調、相互影響，其綜合作用大幅度地提高了瀝青的抗紫外老化性能。（2）本發明有機-無機複合材料，兼具有機基團和無機納米材料的特點，打破了有機物和無機物的界限，與瀝青具有優良的相容性。（3）本發明有機-無機複合材料呈顆粒（或粉末）狀，便於儲存和運輸。具體實施方式下面通過實施例進一步描述本發明的技術特點，但這些實施例不能限制本發明。本發明所述的「共水解和縮聚」是指有機矽烷和正矽酸乙脂共同發生水解反應和縮聚反應，從而一步合成含有不同有機基團的有機-無機複合材料。實施例1（1）將29.14重量份聚乙烯醚-聚丙烯醚-聚乙烯醚三嵌段共聚物（P123）和168.40重量份濃鹽酸（12mol/L）溶於1000重量份水中，不斷攪拌至完全溶解，量取35重量份正矽酸乙酯和50重量份1,3,5-三[3-（三甲氧基甲矽烷基）丙基]-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮，加入上述溶液中，同時40℃不斷攪拌24h，然後裝入反應釜中，在烘箱中100℃靜置48h，從而完成共水解和縮聚反應，過濾並用水洗滌，100℃乾燥12h後，加入到600重量份無水乙醇和10重量份濃鹽酸（12mol/L）的混合溶液中，80℃加熱回流8h，然後水洗至中性，乙醇洗滌後，100℃乾燥8h，即得到約37.4重量份有機-無機複合材料。（2）將3.5重量份有機-無機複合材料加入到100重量份熔融的基質瀝青（減壓渣油，25℃針入度為931/10mm）中，在140℃下，持續攪拌1h，使其均勻的分散於基質瀝青中，即得到所述的抗紫外老化瀝青。實施例2（1）將29.14重量份聚乙烯醚-聚丙烯醚-聚乙烯醚三嵌段共聚物（P123）和168.40重量份濃鹽酸（12mol/L）溶於1000重量份水中，不斷攪拌至完全溶解，量取45重量份正矽酸乙酯和40重量份1,3,5-三[3-（三甲氧基甲矽烷基）丙基]-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮，加入上述溶液中，同時40℃不斷攪拌20h，然後裝入反應釜中，在烘箱中100℃靜置48h，冷卻後抽濾並用水洗滌，100℃乾燥12h後，加入到540重量份無水乙醇和9重量份濃鹽酸（12mol/L）的混合溶液中，80℃加熱回流8h，然後水洗至中性，乙醇洗滌後，100℃乾燥8h，即得到約34.8重量份有機-無機複合材料。（2）將2.5重量份有機-無機複合材料加入到100重量份熔融的基質瀝青（減壓渣油，25℃針入度為931/10mm）中，在140℃下，持續攪拌1h，使其均勻的分散於基質瀝青中，即得到所述的抗紫外老化瀝青。實施例3（1）將31重量份聚乙烯醚-聚丙烯醚-聚乙烯醚三嵌段共聚物（P123）和160重量份濃鹽酸（12mol/L）溶於1000重量份水中，不斷攪拌至完全溶解，量取55重量份正矽酸乙酯和30重量份1,3,5-三[3-（三甲氧基甲矽烷基）丙基]-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮，加入上述溶液中，同時40℃不斷攪拌18h，然後裝入反應釜中，在烘箱中100℃靜置36h，冷卻後抽濾並用水洗滌，100℃乾燥12h後，加入到480重量份無水乙醇和8重量份濃鹽酸（12mol/L）的混合溶液中，80℃加熱回流8h，然後水洗至中性，乙醇洗滌後，100℃乾燥8h，即得到約32.2重量份有機-無機複合材料。（2）將1.5重量份有機-無機複合材料加入到100重量份熔融的基質瀝青（減壓渣油，25℃針入度為931/10mm）中，在140℃下，持續攪拌0.75h，使其均勻的分散於基質瀝青中，即得到所述的抗紫外老化瀝青。對比例1將3.45重量份納米二氧化鈦、0.05重量份矽烷偶聯劑KH-550加入到100重量份熔融的基質瀝青中，在140℃下，持續攪拌0.75h，使其均勻的分散於基質瀝青中，即可得到所述的改性瀝青。對比例2將3.45重量份納米CeO2和0.05重量份抗紫外線吸收劑UV-531（2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮）加入到100重量份熔融的基質瀝青中，在140℃下，持續攪拌0.75h，使其均勻的分散於基質瀝青中，即可得到所述的改性瀝青。對比例3（1）將29.14重量份聚乙烯醚-聚丙烯醚-聚乙烯醚三嵌段共聚物（P123）和168.40重量份濃鹽酸（12mol/L）溶於1000重量份水中，不斷攪拌至完全溶解，量取45重量份正矽酸乙酯，加入上述溶液中，同時40℃不斷攪拌20h，然後裝入反應釜中，在烘箱中100℃靜置48h，冷卻後抽濾並用水洗滌，100℃乾燥12h後，加入540重量份無水乙醇和9重量份濃鹽酸（12mol/L）的混合溶液中，80℃加熱回流8h，然後水洗至中性，乙醇洗滌後，100℃乾燥8h，即得到約13.0重量份無機材料。（2）將1.0重量份無機材料和2.5重量份1,3,5-三[3-（三甲氧基甲矽烷基）丙基]-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮加入到100重量份熔融的基質瀝青（減壓渣油，25℃針入度為931/10mm）中，在140℃下，持續攪拌1h，使其均勻的分散於基質瀝青中，即得到所述的抗紫外老化瀝青。測試例紫外老化試驗在紫外老化箱中進行，紫外線強度為1200μw/cm2，老化溫度為60℃，老化時間為6天，試驗結果如下見表1。表1本發明基質瀝青與改性瀝青紫外老化後的性質對比基質瀝青實施例1實施例2實施例3對比例1對比例2對比例3針入度比/%55605857565657軟化點增量/℃1771011151412老化後10℃延度/cm24494442293235殘留延度比/10℃，%28555048353840由表1中可見，與對比例1、2和3相比，本發明的改性瀝青，在紫外老化試驗後，針入度比和殘留延度比均明顯較高，具有更小的軟化點增量，這表明本發明採用的有機-無機複合材料能夠顯著地提高瀝青的抗紫外老化性能。由對比例1-3可以看出，其抗紫外老化效果不如實施例1-3，主要原因在於：對比例1、2和3隻是簡單地加入納米二氧化鈦、納米CeO2或無機材料，與瀝青不能很好的相容，且有機矽烷和/或紫外吸收劑存在揮發、物理遷移等現象，造成損失。因此，其抗紫外老化效果不如本發明的改性瀝青。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp