本發(fā)明屬于瀝青改性技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種抗紫外光老化瀝青及其制備方法。
背景技術(shù)：
瀝青路面具有行車舒適、噪音低、抗滑性好、車輛磨損小等優(yōu)點，已成為高等級公路路面的主要類型，在世界各國已建公路中瀝青路面已占80％以上。但在自然氣候條件的作用下，瀝青同大氣中的氧發(fā)生反應(yīng)和受紫外線輻射作用易于老化，表現(xiàn)為粘度增大、軟化點升高、針入度減小，導(dǎo)致瀝青路面的抗溫度裂縫和疲勞破壞能力下降，路面容易出現(xiàn)裂縫、坑槽等病害，使瀝青路面的使用壽命縮短。我國許多高速公路在建成通車幾年后便不得不進行大面積維修，由此而造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，提高瀝青的耐老化性對于延長瀝青路面的使用壽命、節(jié)約寶貴的石油資源具有重要的意義。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
二氧化鈦具有很強的抗紫外線能力，常被用作光屏蔽劑，但是由于其在瀝青中的分散性不理想而影響了其抗紫外能力的發(fā)揮，因此需對其進行改性；蒙脫土是一種含水的層狀鋁硅酸礦物，已有研究表明，蒙脫土能夠提高瀝青的氣液阻隔性能及耐熱性能。因此，本發(fā)明采用有機化處理對蒙脫土進行表面改性，再將二氧化鈦柱撐進入蒙脫土層間，既可以解決分散性問題，還可以提高瀝青的抗紫外光老化以及耐熱性能，從而制備出具有優(yōu)良抗紫外光老化和耐熱性能的瀝青。
具體的，本發(fā)明提供的抗紫外光老化瀝青，包括以下重量份數(shù)的各組分：瀝青100份、有機-鈦柱撐蒙脫土4-10份；其中，所述有機-鈦柱撐蒙脫土由以下質(zhì)量份的原料組成：蒙脫土0.1-5份、有機改性劑1-10份、鈦源柱化劑1-20份。
優(yōu)選地，所述有機-鈦柱撐蒙脫土由以下質(zhì)量份數(shù)的原料組成：蒙脫土2-4份、有機改性劑3-8份、鈦源柱化劑4-12份。
更優(yōu)選地，所述有機-鈦柱撐蒙脫土由以下質(zhì)量份數(shù)的原料組成：蒙脫土2.5份、有機改性劑5份、鈦源柱化劑6.25份。
更優(yōu)選地，所述瀝青為道路石油瀝青，軟化點為40-60℃，25℃針入度大于50dmm。
更優(yōu)選地，所述蒙脫土為鈉基蒙脫土，細(xì)度為200-600目。
更優(yōu)選地，所述鈦源柱化劑為鈦酸四丁酯、硫酸鈦、硫酸氧鈦、四氯化鈦中的任意一種。
優(yōu)選地，所述有機改性劑為十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、α-烯烴磺酸鹽、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基氯化吡啶、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基溴化銨或十八烷基二甲基芐基氯化銨中的任意一種。
優(yōu)選地，本發(fā)明還提供了一種抗紫外光老化瀝青的制備方法，具體步驟如下：
S1：按蒙脫土0.1-5份、有機改性劑1-10份、鈦源柱化劑1-20份的質(zhì)量份數(shù)比例分別稱取各原料，備用；
S2：將蒙脫土加入一定量的水中，攪拌一定時間使其充分溶脹，得到蒙脫土溶液；在攪拌作用下將所述鈦源柱化劑逐滴滴入鹽酸溶液中，直至溶液變?yōu)橥该?，制得TiO2溶膠；
S3：將所述TiO2溶膠滴入所述蒙脫土溶液中，室溫下攪拌0.5-1h，再在60℃下回流2-3h，離心分離后，反復(fù)水洗，至無Cl-檢出為止，去除上層清液后，將剩余物質(zhì)在55-60℃下干燥18-24h，然后在450-500℃焙燒3-5h，即得鈦柱撐蒙脫土；
S4：將所述鈦柱撐蒙脫土加入一定量的水中，攪拌使其充分溶脹；在劇烈攪拌下，加入所述有機改性劑，70-80℃水浴中保溫4-6h進行離子交換反應(yīng)，再經(jīng)洗滌、離心分離后，在70-80℃下干燥18-24h，經(jīng)研磨后即得有機-鈦柱撐蒙脫土；
S5：按照瀝青100份、有機-鈦柱撐蒙脫土4-10份的比例，分別稱取瀝青和有機-鈦柱撐蒙脫土；加熱瀝青至150-180℃，開動剪切攪拌機，在2000-6000rpm的轉(zhuǎn)速下剪切攪拌1-2小時，保持溫度為150-180℃，在攪拌的過程中慢慢加入所述有機-鈦柱撐蒙脫土；隨后將攪拌轉(zhuǎn)速降低至500-1000rpm，保持溫度為150-180℃，繼續(xù)攪拌1-4小時，得到所述抗紫外光老化瀝青。
本發(fā)明的有益效果如下：
基于自然氣候條件的作用下，瀝青同大氣中的氧發(fā)生反應(yīng)和受紫外線輻射作用易于老化，本發(fā)明利用蒙脫土在極性分子作用下層間距所具有的可膨脹性及層間陽離子的可交換性，將大的羥基鈦離子引入蒙脫土層間，再利用灼燒的方式使TiO2像“柱子”一樣嵌在蒙脫土層間，再利用有機化改性劑對蒙脫土進行有機化處理，得到有機-鈦柱撐蒙脫土，然后再與瀝青進行熔融插層，制得瀝青/有機-鈦柱撐蒙脫土復(fù)合材料。本發(fā)明綜合了TiO2優(yōu)異的紫外線屏蔽能力和蒙脫土優(yōu)異的氣液阻隔性能以及耐熱性能，最后利用有機化改性劑對柱撐蒙脫土進行有機化處理，使柱撐蒙脫土在瀝青中分散更加均勻，綜合提高瀝青的耐紫外光老化性能，延長瀝青路面的使用壽命。
具體實施方式
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案能予以實施，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限定。
以下實施例中，所用到的原料和試劑若無特殊說明，均為市售商品，均可在市場上夠買得到，所涉及的制備方法若無特殊說明，均為常規(guī)方法。
一種抗紫外光老化瀝青，包括以下重量份數(shù)的各組份：瀝青100份、有機-鈦柱撐蒙脫土4-10份；其中，所述有機-鈦柱撐蒙脫土由以下質(zhì)量份的原料組成：蒙脫土0.1-5份、有機改性劑1-10份、鈦源柱化劑1-20份。
具體的，上述瀝青為道路石油瀝青，軟化點為40-60℃，25℃針入度大于50dmm，上述蒙脫土為細(xì)度為200-600目的鈉基蒙脫土，上述鈦源柱化劑為鈦酸四丁酯、硫酸鈦、硫酸氧鈦、四氯化鈦中的任意一種，上述有機改性劑為十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、α-烯烴磺酸鹽、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基氯化吡啶、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基溴化銨或十八烷基二甲基芐基氯化銨中的任意一種。
利用蒙脫土的膨脹性、離子交換性和吸附性將聚合羥基鈦離子引入蒙脫土層間，增大蒙脫土的層間距，使蒙脫土片層的表面由親水性變?yōu)橛H油性，以利于瀝青進入蒙脫土片層中，形成納米剝離復(fù)合物，綜合二氧化鈦優(yōu)越的抗紫外線能力和蒙脫土的優(yōu)點，顯著提高瀝青的耐紫外老化及耐熱性能，延長瀝青路面的使用壽命。
基于同樣的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種抗紫外光老化瀝青的制備方法，具體步驟如下：
S1：按蒙脫土0.1-5份、有機改性劑1-10份、鈦源柱化劑1-20份的質(zhì)量份數(shù)比例分別稱取各原料，備用；
S2：將蒙脫土加入一定量的水中，攪拌一定時間使其充分溶脹，得到蒙脫土溶液；在攪拌作用下將所述鈦源柱化劑逐滴滴入鹽酸溶液中，直至溶液變?yōu)橥该?，制得TiO2溶膠；
S3：將所述TiO2溶膠滴入所述蒙脫土溶液中，室溫下攪拌0.5-1h，再在60℃下回流2-3h，離心分離后，反復(fù)水洗，至無Cl-檢出為止，去除上層清液后，將剩余物質(zhì)在55-60℃下干燥18-24h，然后在450-500℃焙燒3-5h，即得鈦柱撐蒙脫土；
S4：將所述鈦柱撐蒙脫土加入一定量的水中，攪拌使其充分溶脹；在劇烈攪拌下，加入上述有機改性劑，70-80℃水浴中保溫4-6h進行離子交換反應(yīng)，再經(jīng)洗滌、離心分離后，在70-80℃下干燥18-24h，經(jīng)研磨后即得有機-鈦柱撐蒙脫土；
S5：按照瀝青100份、有機-鈦柱撐蒙脫土4-10份的比例，分別稱取瀝青和有機-鈦柱撐蒙脫土；加熱瀝青至150-180℃，開動剪切攪拌機，在2000-6000rpm的轉(zhuǎn)速下剪切攪拌1-2小時，保持溫度為150-180℃，在攪拌的過程中慢慢加入所述有機-鈦柱撐蒙脫土；隨后將攪拌轉(zhuǎn)速降低至500-1000rpm，保持溫度為150-180℃，繼續(xù)攪拌1-4小時，得到所述抗紫外光老化瀝青。
以下就本發(fā)明提供的抗紫外光老化瀝青進行具體的舉例說明。
實施例1：
將10g細(xì)度為200目的鈉基蒙脫土加適量水?dāng)嚢?4h，使其充分溶脹，得到蒙脫土溶液；在劇烈攪拌下將25g鈦酸四丁酯逐滴滴入鹽酸溶液中，攪拌3h后變?yōu)橥该魅芤?，得到TiO2溶膠；
將TiO2溶膠滴入溶脹后的蒙脫土懸浮液中，攪拌1h，再在60℃下回流3h，離心分離后、沉淀物反復(fù)水洗至無Cl-檢出，去除上層清液后，將剩余物質(zhì)在60℃下干燥24h，充分研細(xì)后于500℃焙燒5h，即得鈦柱撐蒙脫土；
再將獲得的鈦柱撐蒙脫土加入適量水中，攪拌一定時間使其充分溶脹，在劇烈攪拌下加入20g十二烷基硫酸鈉，80℃水浴中保溫4h進行離子交換反應(yīng)，再經(jīng)洗滌、離心分離后，在80℃下干燥24h，再經(jīng)研磨后即得有機-鈦柱撐蒙脫土；
取400g瀝青，加熱至150℃，添加16g有機-鈦柱撐蒙脫土，開動剪切攪拌機，在6000rpm的轉(zhuǎn)速下高速剪切攪拌1小時，保持溫度為150℃；將攪拌速度降低至1000rpm，保持溫度為150℃，繼續(xù)攪拌1小時，得到抗紫外光老化瀝青。
對實施例1所制得的抗紫外老化瀝青進行室內(nèi)UV加速老化，測得其粘度老化指數(shù)為1.41，軟化點增量為4.3℃。
對比例1：
取400g瀝青，加熱至150℃，添加16g二氧化鈦，開動剪切攪拌機，在6000rpm的轉(zhuǎn)速下高速攪拌1小時，保持溫度為150℃；將攪拌速度降低至1000rpm，保持溫度為150℃，繼續(xù)攪拌1小時，制成二氧化鈦改性瀝青。
對對比例1所制得的二氧化鈦改性瀝青進行室內(nèi)UV加速老化，測得其粘度老化指數(shù)為1.95，軟化點增量為8.7℃。
對比例2：
將10g鈉基蒙脫土攪拌24h，使其充分溶脹；在劇烈攪拌下加入一定量的十二烷基硫酸鈉，80℃水浴中保溫4h進行離子交換反應(yīng)，再經(jīng)洗滌、離心分離后在80℃下干燥24h，再經(jīng)研磨后，即得有機改性蒙脫土；
取400g瀝青，加熱至150℃，添加16g有機改性蒙脫土，開動剪切攪拌機，在6000rpm的轉(zhuǎn)速下高速攪拌1小時，保持溫度為150℃；將攪拌速度降低至1000rpm，保持溫度為150℃，繼續(xù)攪拌1小時，制成有機化蒙脫土改性瀝青。
對對比例2所制得的有機化蒙脫土改性瀝青進行室內(nèi)UV加速老化，測得其粘度老化指數(shù)為1.72，軟化點增量為7.1℃。
對比例3
將10g鈉基蒙脫土攪拌24h，使其充分溶脹，得到蒙脫土溶液；在劇烈攪拌下將25g十二烷基硫酸鈉逐滴滴入鹽酸溶液中，攪拌3h后變?yōu)橥该魅芤?，得到TiO2溶膠；將此TiO2溶膠滴入溶脹后的蒙脫土懸浮液中，攪拌1h，再在60℃下回流3h，離心、水洗至無Cl-檢出，去除上層清液后，將剩余物質(zhì)在60℃下干燥24h，充分研細(xì)后于500℃焙燒5h即得二氧化鈦柱撐蒙脫土；
取400g瀝青，加熱至150℃，添加16g二氧化鈦柱撐蒙脫土，開動剪切攪拌機，在6000rpm的轉(zhuǎn)速下高速攪拌1小時，保持溫度為150℃；將攪拌速度降低至1000rpm，保持溫度為150℃，繼續(xù)攪拌1小時，制成二氧化鈦柱撐蒙脫土改性瀝青。
對對比例3所制得的二氧化鈦柱撐蒙脫土改性瀝青進行室內(nèi)UV加速老化，測得其粘度老化指數(shù)為1.56，軟化點增量為6.2℃。
實施例1和對比例1-3相比，實施例1的粘度老化指數(shù)和軟化點增量均小于對比例1、對比例2和對比例3，表明經(jīng)實施例1制備的改性瀝青具有較好的抗紫外光老化性能。
實施例2：
將10g鈉基蒙脫土加適量水?dāng)嚢?8h，使其充分溶脹，得到蒙脫土溶液；在劇烈攪拌下將30g四氯化鈦逐滴滴入鹽酸溶液中，攪拌2.5h后變?yōu)橥该魅芤?，得到TiO2溶膠；
將TiO2溶膠滴入溶脹后的蒙脫土懸浮液中，攪拌0.5h，再在60℃下回流2.5h，離心分離后、沉淀物反復(fù)水洗至無Cl-檢出，去除上層清液后，將剩余物質(zhì)在60℃下干燥20h，充分研細(xì)后于480℃焙燒4h，即得鈦柱撐蒙脫土；
再將獲得的鈦柱撐蒙脫土加入適量水中，攪拌一定時間使其充分溶脹，在劇烈攪拌下加入20g十六烷基氯化吡啶，75℃水浴中保溫5h進行離子交換反應(yīng)，再經(jīng)洗滌、離心分離后，在75℃下干燥20h，再經(jīng)研磨后即得有機-鈦柱撐蒙脫土；
取400g瀝青，加熱至160℃，添加20g有機-鈦柱撐蒙脫土，開動剪切攪拌機，在4000rpm的轉(zhuǎn)速下高速攪拌1.5小時，保持溫度為160℃；將攪拌速度降低至1000rpm，保持溫度為160℃，繼續(xù)攪拌1.5小時，得到抗紫外光老化瀝青。
對實施例2所制得的抗紫外老化瀝青進行室內(nèi)UV加速老化，測得其粘度老化指數(shù)為1.27，軟化點增量為3.5℃。
實施例3：
將10g鈉基蒙脫土加適量水?dāng)嚢?0h，使其充分溶脹，得到蒙脫土溶液；在劇烈攪拌下將20g硫酸氧鈦逐滴滴入鹽酸溶液中，攪拌2h后變?yōu)橥该魅芤?，得到TiO2溶膠；
將TiO2溶膠滴入溶脹后的蒙脫土懸浮液中，攪拌50min，再在60℃下回流2h，離心分離后、沉淀物反復(fù)水洗至無Cl-檢出，去除上層清液后，將剩余物質(zhì)在55℃下干燥18h，充分研細(xì)后于500℃焙燒3h，即得鈦柱撐蒙脫土；
再將獲得的鈦柱撐蒙脫土加入適量水中，攪拌一定時間使其充分溶脹，在劇烈攪拌下加入15g十二烷基三甲基溴化銨，70℃水浴中保溫6h進行離子交換反應(yīng)，再經(jīng)洗滌、離心分離后，在70℃下干燥22h，再經(jīng)研磨后即得有機-鈦柱撐蒙脫土；
取400g瀝青，加熱至180℃，添加24g有機-鈦柱撐蒙脫土，開動剪切攪拌機，在2000rpm的轉(zhuǎn)速下高速攪拌2小時，保持溫度為180℃；將攪拌速度降低至500rpm，保持溫度為180℃，繼續(xù)攪拌2小時，得到抗紫外光老化瀝青。
對實施例3所制得的抗紫外老化瀝青進行室內(nèi)UV加速老化，測得其粘度老化指數(shù)為1.36，軟化點增量為4.2℃。
實施例4
一種抗紫外光老化瀝青，具體包括瀝青100份、有機-鈦柱撐蒙脫土10份；其中，有機-鈦柱撐蒙脫土由以下質(zhì)量份的原料組成：鈉基蒙脫土1份、十六烷基氯化吡啶2份、硫酸鈦4份。
具體的制備方法和實施例1相同，在此就不作詳細(xì)描述。
實施例5
一種抗紫外光老化瀝青，具體包括瀝青100份、有機-鈦柱撐蒙脫土7份；其中，有機-鈦柱撐蒙脫土由以下質(zhì)量份的原料組成：鈉基蒙脫土1份、α-烯烴磺酸鹽10份、鈦酸四丁酯10份。
具體的制備方法和實施例2相同，在此就不作詳細(xì)描述。
對實施例4和實施例5的所制得的抗紫外光老化瀝青同樣進行了室內(nèi)UV加速老化試驗，測試結(jié)果顯示，實施例4和實施例5的粘度老化指數(shù)和軟化點增量與實施例1的結(jié)果相近，略大于實施例1的結(jié)果，可見，實施例4-5制備的改性瀝青同樣具有較好的抗紫外光老化性能。
以上所述實施例僅是為充分說明本發(fā)明而所舉的較佳的實施例，其保護范圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。