一種改性路用煤瀝青及其制備方法
【專利摘要】一種改性路用煤瀝青的重量份組成為煤瀝青10～95份，改性納米材料0.2～10份，復合界面改性劑1～25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】一種改性路用煤瀝青及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種改性路用煤浙青及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米材料作為二十一世紀最有前途的材料，日益得到人們的廣泛關(guān)注，目前在不同行業(yè)的應(yīng)用如涂料、塑料、纖維、橡膠等均取得了成功。近年來，在我國乃至全世界，納米技術(shù)研究非常熱門，各種納米材料層出不窮，在各個領(lǐng)域的應(yīng)用研究報道也很多。各種納米材料除了具有自身的物理、化學性質(zhì)以外，還具有納米粒子的四大效應(yīng)，利用納米材料的特殊性能，將納米材料應(yīng)用于道路浙青的改性過程中，是將高新技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的產(chǎn)物。
[0003]將煤浙青改性為道路浙青并進行實際路面的鋪設(shè)，是目前剛剛興起的研究熱潮。其中中南大學呂曉軍等(CN102051060A)，利用無機粒子TiB2粉、AlF3粉、SiC粉和Al2O3溶膠，改性煤浙青制備鋁電解用碳素電極。車春玲(CN101705003A)利用SBS、廢塑料和星狀芴類聚合物為改性劑，制備出了用于高等級路用的改性煤浙青材料，其中所用的高分子聚合物價格昂貴，改性煤浙青耐老化性差。任真等(CN102070910)，成功地利用納米材料和表面活性劑技術(shù)對煤浙青進行了改性，產(chǎn)品的三大指標軟化點、針入度以及延度均達到并超過了重交石油浙青指標，并應(yīng)用于實際道路的鋪設(shè)過程。其中所用的納米材料分別是納米氧化物ZnO、MgO、Zn-Mg復合氧化物、Zn-Al復合氧化物并利用一些表面活性劑進行改性，這幾種納米材料制備工藝復雜、價格高，致使改性路用煤浙青價格偏高，影響產(chǎn)品的大規(guī)模推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種成本低，使用壽命長，性能優(yōu)異的路用改性煤浙青及其制備方法。
[0005]納米材料因其獨特的四大效應(yīng)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用已取得了良好的效果，本發(fā)明利用了納米材料和復合界面改性劑技術(shù)對煤浙青進行了改性，納米粒子經(jīng)表面改性后于煤浙青體系中分散性更好，所得納米改性煤浙青其性能發(fā)生了很大的變化，達到了路用浙青的使用要求，耐候性增強、彈性、耐磨性、抗重載能力也增強，特別是加入的納米材料具有抗紫外線及抗氧化性能，使得改性浙青的抗老化性能明顯增強，這種產(chǎn)品的應(yīng)用將增大高等級公路的使用周期和壽命，而且所加的納米材料和復合界面改性劑用量小、制備工藝簡單，價格低，可使路用浙青的成本明顯降低。同時也充分地利用了煤浙青資源，避免了其燃燒過程中對環(huán)境的污染，達到了充分利用資源的目的。
[0006]本發(fā)明的納米材料改性路用煤浙青重量份組成如下:
[0007]煤浙青10~95份
[0008]改性納米材料 0.2~10份
[0009]復合界面改性劑I~25份[0010]如上所述的改性納米材料是由如下方法制備的:
[0011](1)制金屬鹽的水溶液，其摩爾濃度為0.02~1.0mol/L ；
[0012](2)配制堿水溶液，其摩爾濃度為0.04~2.0mol/L堿溶液；
[0013](3)稱取改性劑加入步驟(1)金屬鹽水溶液，改性劑加入量為金屬鹽中金屬離子量的 1.5wt%o~ lwt% ；
[0014](4)步驟(2)配制的堿溶液加入到步驟(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；
[0015](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。
[0016]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合。
[0017]所述的堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉的一種或兩種復合。
[0018]所述的改性劑為鈦酸酯、鋁酸酯、硬脂酸的一種或幾種復合。
[0019]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、鋅鎂復合堿式碳酸鹽或鎂鋁復合堿式碳酸鹽。
[0020]所述的改性納米材料的粒徑在3nm~90nm。
[0021]如上所述的復合界面改性劑是由如下方法制備的:
[0022]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，即得到自制復合界面改性劑。
[0023]所述的溶劑油為重量比為脂肪酸甲酯:蒽油:重油=1:1:1混合物
[0024]如上所述的煤浙青為中溫煤浙青或低溫煤浙青。
[0025]本發(fā)明的制備方法包括如下步驟:
[0026]( I)將煤浙青加熱熔化；
[0027](4)將改性納米材料和復合界面改性劑，加入到煤浙青中，在60°C~140°C下，以1500~5000r/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
煤浙青。
[0028]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0029]1，利用經(jīng)鈦酸酯、鋁酸酯、硬脂酸一種或兩種復合改性的納米材料在煤浙青中分散性好，使納米材料的特殊性能在煤浙青體系中得到更好地發(fā)揮。
[0030]2，所用的改性納米材料制備工藝簡便，性能優(yōu)越，可以顯著地降低改性路用煤浙青成本。
[0031]3，改性路用煤浙青制備工藝方法簡便，可以直接利用改性路用石油浙青設(shè)備進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
[0032]4，所得改性路用煤浙青耐候性增強、彈性、耐磨性、抗重載能力也增強，特別是加入的納米材料具有抗紫外線及抗氧化性能，使得改性浙青的抗老化性能明顯增強，這種產(chǎn)品的應(yīng)用將增大高等級公路的使用周期和壽命使改性煤浙青能達到性價比很高的筑路材料。
【具體實施方式】
[0033]實施例1:[0034](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1.5被％。2112+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。在鼓風干燥箱中于120°C烘干，即得平均粒徑為35nm的堿式碳酸鋅。
[0035](2)制備復合表面改性劑: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，即得到自制復合界面改性劑。
[0036](3)納米改性路用煤浙青的制備:稱95份中溫煤浙青加熱熔化，再將8份鈦酸酯改性的納米堿式碳酸鋅和10份自制復合界面改性劑加入到熔化的煤浙青中，攪拌混合均勻后，控制混合浙青改性反應(yīng)溫度為90°C，利用高分散剪切儀迅以4000r/min的轉(zhuǎn)速下，攪拌改性反應(yīng)50min，即得納米改性路用煤浙青。其性能表征結(jié)果為:軟化點43.8°C，針入度74mm(25°C，100g)，延度> 100cm( 15°C )，達到路用浙青性能指標。TFOT后質(zhì)量變化±0.1，抗老化性能明顯增強。[0037]實施例2:
[0038]納米改性路用煤浙青制備步驟如下:(1)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+量的鋁酸酯，攪拌；再配制濃度為0.12mol/L的氫氧化鈉溶液600ml，慢慢滴加并以10000r/min的速度不斷攪拌，攪拌30min后，趁熱過濾，用自來水不斷洗滌，至SO/—離子完全消失為止。在鼓風干燥箱中于110°C烘干，即得平均粒徑為63nm的氫氧化鋁，該材料加入路用煤浙青的改性體系中，可提高改性煤浙青的軟化點5°C。
[0039](2)制備復合表面改性劑: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，即得到自制復合界面改性劑。
[0040](3)納米改性路用煤浙青的制備:稱取10份低溫煤浙青加熱熔化，再將0.2份鋁酸酯改性的氫氧化鋁和自制復合界面改性劑3份加入到熔化煤浙青中，攪拌混合均勻后，控制混合浙青改性反應(yīng)溫度為60°C，利用高分散剪切儀迅以1500r/min的轉(zhuǎn)速下，攪拌改性反應(yīng)20min,即得納米改性路用混合浙青。其性能表征結(jié)果為:軟化點45.8°C,針入度87mm(251:，10(^)，延度> 100cm(15°C)，達到路用浙青性能指標。TFOT后質(zhì)量變化±0.3，抗老化性能明顯增強。
[0041]實施例3:
[0042]納米改性路用煤浙青制備步驟如下:(1)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的氫氧化鈉溶液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。在鼓風干燥箱中于130°C烘干，即得平均粒徑為70nm的氫氧化鎂。
[0043](2)制備復合界面改性劑: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，即得到自制復合界面改性劑。[0044](3)納米改性路用煤浙青的制備:稱取95份中溫煤浙青加熱熔化，再將5份硬脂酸和鈦酸酯復合改性的納米氫氧化鎂和25份自制復合界面改性劑加入到熔化煤浙青中，攪拌混合均勻后，控制混合浙青改性反應(yīng)溫度為140°C，利用高分散剪切儀迅以3000r/min的轉(zhuǎn)速下，攪拌改性反應(yīng)30min，即得納米改性路用混合浙青。其性能表征結(jié)果為:軟化點44.(TC，針入度76mm (25。。，100g),延度> 100cm (15°C )，達到路用浙青性能指標。TFOT后質(zhì)量變化±0.2，抗老化性能明顯增強。
[0045]實施例4:
[0046]納米改性路用煤浙青制備步驟如下:(1)制備改性納米材料:配制濃度為0.1OmoI/L的硫酸鋅溶液250ml和0.1OmoI/L的硫酸鎂溶液250ml混合加熱到80°C，再加入6wt%0 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,用自來水不斷洗漆，至S042_離子完全消失為止。在鼓風干燥箱中于140°C烘干，即得平均粒徑為SOnm的鋅鎂復合堿式碳酸鹽。
[0047](2)制備復合表面改性劑: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，即得到自制復合界面改性劑。
[0048](3)納米改性路用煤浙青的制備:稱取50份低溫煤浙青加熱熔化，再將0.2份硬脂酸改性的鋅鎂復合堿式碳酸鹽和15份自制復合界面改性劑加入到熔化煤浙青中，攪拌混合均勻后，控制煤浙青改性反應(yīng)溫度為60°C，利用高分散剪切儀迅以1500r/min的轉(zhuǎn)速下，攪拌改性反應(yīng)30min，即得納米改性路用煤浙青。其性能表征結(jié)果為:軟化點43.2°C，針入度90mm (25°C，10 0g)，延度> 100cm (15°C )，達到路用浙青性能指標。TFOT后質(zhì)量變化±0.1，抗老化性能明顯增強。
[0049]實施例5:
[0050]納米改性路用煤浙青制備步驟如下:(1)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60°C，再加入4wt%。Mg2+量的鋁酸酯，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SO/—離子完全消失為止。在鼓風干燥箱中于180°C烘干，即得平均粒徑為IOnm的堿式碳酸鎂。
[0051](2)制備復合界面改性劑: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，即得到自制復合界面改性劑。
[0052](3)納米改性路用煤浙青的制備:稱取低溫煤浙青20份加熱熔化，再將0.2份由鋁酸酯改性的納米堿式碳酸鎂和3份自制復合界面改性劑加入到熔化煤浙青中，攪拌混合均勻后，控制混合浙青改性反應(yīng)溫度為80°C，利用高分散剪切儀迅以1500r/min的轉(zhuǎn)速下，改性反應(yīng)60min，即得納米改性路用混合浙青。其性能表征結(jié)果為:軟化點43.4°C，針入度77mm(25°C，100g)，延度> 100cm( 15°C )，達到路用浙青性能指標。TFOT后質(zhì)量變化±0.2，抗老化性能明顯增強。
[0053]實施例6:
[0054]納米改性路用煤浙青制備步驟如下:(1)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SwtXf5Mg2+和Al3+量的鈦酸酯和硬脂酸混合物(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，用自來水不斷洗滌，至SO/—離子完全消失為止。在鼓風干燥箱中于250°C烘干，即得平均粒徑為85nm的鎂鋁復合堿式碳酸鹽。
[0055](2)制備復合表面改性劑: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，即得到自制復合界面改性劑。
[0056](3)納米改性路用煤浙青的制備:稱取低溫煤浙青80份加熱熔化，再將10份鈦酸酯和硬脂酸改性的納米鎂鋁復合堿式碳酸鹽和18份自制復合界面改性劑加入到熔化的煤浙青中，攪拌混 合均勻后，控制混合浙青改性反應(yīng)溫度為130°C，利用高分散剪切儀迅以2500r/min的轉(zhuǎn)速下，攪拌改性反應(yīng)40min，即得納米改性路用煤浙青。其性能表征結(jié)果為:軟化點45.2°C，針入度80mm (25°C，100g)，延度> 100cm (15°C )，達到路用浙青性能指標。TFOT后質(zhì)量變化±0.1，抗老化性能明顯增強。
[0057]實施例7:
[0058]納米改性路用煤浙青制備步驟如下:(1)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+量的硬酸酯和鋁酸酯混合物(質(zhì)量比為1:1)，攪拌；再配制濃度為2.0mol/L的碳酸鈉溶液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，用自來水不斷洗滌，至S042—離子完全消失為止。在鼓風干燥箱中于120°C烘干，即得平均粒徑為68nm的堿式碳酸鋅。
[0059](2)制備復合表面改性劑: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80。。，混合攪拌均勻，即得到自制復合界面改性劑。
[0060](3)納米改性路用煤浙青的制備:稱取40份中溫煤浙青加熱熔化，再將5份硬酸酯和鋁酸酯改性的納米堿式碳酸鋅和6份自制復合界面改性劑加入熔化的煤浙青中，攪拌混合均勻后，控制煤浙青改性反應(yīng)溫度為80°C，利用高分散剪切儀迅以1800r/min的轉(zhuǎn)速下，攪拌改性反應(yīng)20min，即得納米改性路用混合浙青。其性能表征結(jié)果為:軟化點43.4°C，針入度90mm (25°C，100g)，延度> 100cm (15°C )，達到路用浙青性能指標。TFOT后質(zhì)量變化±0.3，抗老化性能明顯增強。
[0061]實施例8:
[0062]納米改性路用煤浙青制備步驟如下:(1)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lwt%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S042_離子完全消失為止。在鼓風干燥箱中于180°C烘干，即得平均粒徑為40nm的氫氧化鐵。
[0063](2)制備復合表面改性劑: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，即得到自制復合界面改性劑。
[0064](3)納米改性路用煤浙青的制備:稱取70份中溫煤浙青加熱熔化，再將8份鈦酸酯和鋁酸酯復合改性的納米氫氧化鐵和15份自制復合界面改性劑中，攪拌混合均勻后，控制煤浙青改性反應(yīng)溫度為140°C，利用高分散剪切儀迅速以2000r/min的轉(zhuǎn)速下，攪拌改性反應(yīng)50min，即得納米改性路用煤浙青。其性能表征結(jié)果為:軟化點44.5°C，針入度68mm(25°C，100g)，延度> 100cm(15°C)，達到路用浙青性能指標。TFOT后質(zhì)量變化±0.1，抗老化性能明顯增強。`
【權(quán)利要求】
1.一種改性路用煤浙青，其特征在于改性路用煤浙青的重量份組成如下:煤浙青10~95份 改性納米材料0.2~10份 復合界面改性劑I~25 份。
2.如權(quán)利要求1所述的一種改性路用煤浙青，其特征在于所述的改性納米材料是由如下方法制備的: (O制金屬鹽的水溶液，其摩爾濃度為0.02~1.0mol/L ； (2)配制堿水溶液，其摩爾濃度為0.04~2.0mol/L堿溶液； (3)稱取改性劑加入步驟(1)金屬鹽水溶液，改性劑加入量為金屬鹽中金屬離子量的1.5wt%o~lwt% ； (4)步驟(2)配制的堿溶液加入到步驟(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所述的一種改性路用煤浙青，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合。
4.如權(quán)利要求2所述的一種改性路用煤浙青，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合。
5.如權(quán)利要求2所述的一種改性路用煤浙青，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合。
6.如權(quán)利要求1所述的一種改性路用煤浙青，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、鋅鎂復合堿式碳酸鹽或鎂鋁復合堿式碳酸鹽。
7.如權(quán)利要求1所述的一種改性路用煤浙青，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所述的一種改性路用煤浙青，其特征在于所述的復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，即得到自制復合界面改性劑。
9.如權(quán)利要求8所述的一種改性路用煤浙青，其特征在于所述的溶劑油為重量比為脂肪酸甲酯:蒽油:重油=1:1:1混合物。
10.如權(quán)利要求1所述的一種改性路用煤浙青，其特征在于所述的煤浙青為中溫煤浙青或低溫煤浙青。
11.如權(quán)利要求1一 10任一項所述的一種改性路用煤浙青的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (I)將煤浙青加熱熔化； (4)將改性納米材料和復合界面改性劑，加入到煤浙青中，在60°C~140°C 下，以1500~5000r/min的轉(zhuǎn)速下,利用高分散剪切儀迅速攪拌10~60min,即得納米改性路用煤浙青。
【文檔編號】C08L95/00GK103602085SQ201310601136
【公開日】2014年2月26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:中國日用化學工業(yè)研究院