本發(fā)明涉及改性劑、耐紫外老化瀝青及其制備方法，具體涉及一種木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑、耐紫外老化瀝青及其制備方法。
背景技術：
瀝青路面因其路用性能優(yōu)良、行車舒適、對路基地基變形或不均勻沉降的適應性強、易于維修等優(yōu)點而得到廣泛應用。然而，瀝青作為一種有機材料，在服役期間極易受光、熱、氧等自然環(huán)境因素的作用而發(fā)生老化，導致瀝青路面的抗溫縮裂縫和抗疲勞破壞能力下降，使瀝青路面易產生諸如裂縫、車轍、松散等病害，瀝青路面的抗疲勞開裂等使用性能大幅度降低，服役年限大大縮短。其中紫外光波長短、能量高，對瀝青路面的破壞作用最為嚴重。
利用添加劑對瀝青進行改性是提高瀝青耐紫外老化性能的有效途經(jīng)之一。專利CN102181161A公開了一種鎂鋁基層狀雙氫氧化物耐老化瀝青，所用的鎂鋁基層狀雙氫氧化物對紫外線具有優(yōu)異的屏蔽作用，能夠提高瀝青的抗紫外老化能力。但由于鎂鋁基層狀雙氫氧化物是無機粉體，與瀝青相容性較差，鎂鋁基層狀雙氫氧化物在瀝青中易發(fā)生沉降，因而嚴重影響了鎂鋁基層狀雙氫氧化物對瀝青的紫外防護作用。同時，在高原強紫外線地區(qū)瀝青的耐紫外老化能力還有待進一步提高。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的主要目的在于提供一種木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑及其制備方法，該改性劑與瀝青相容性好、并能穩(wěn)定分散在瀝青中。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種的耐紫外老化瀝青及其制備方法，該耐紫外老化瀝青具有優(yōu)良物理性能和耐紫外老化性能。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是：木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑，其特征是通過木質素與鎂鋁基層狀雙氫氧化物接枝制備得到。所述鎂鋁基層狀雙氫氧化物是采用專利CN 102181161 A公開的方法制備得到。
上述木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑的制備方法，其特征是包括如下步驟：先將乙酰苯胺、甲苯二異氰酸酯與無水甲苯按質量比13:10:77配制成溶液，在70℃下攪拌反應1小時，得到甲苯二異氰酸酯‐乙酰苯胺溶液；再將在120℃干燥2小時后冷卻至室溫的鎂鋁基層狀雙氫氧化物與無水甲苯按質量比為40:60配制成鎂鋁基層狀雙氫氧化物‐甲苯混合溶液，然后與甲苯二異氰酸酯‐乙酰苯胺溶液按質量比90:10的比例相混合，在70℃下攪拌反應2小時，得到溶液；最后按質量份數(shù)將20份木質素加入到80份所得溶液中，在100℃下攪拌反應2小時；在反應結束后將反應產物減壓抽濾洗滌3次，然后置于溫度為100℃的烘箱中干燥，取出干燥固體在高速粉碎機中粉碎，即得到木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑(或稱木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物；木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑與瀝青相容性好、并能穩(wěn)定分散在瀝青中)。
所述的木質素為有機溶劑木質素。
一種耐紫外老化瀝青，其特征是由瀝青、木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑組成，各原料所占質量百分比為：瀝青90％～99％、木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑1～10％。
所述的瀝青為道路石油瀝青，其25℃針入度為60～120dmm，軟化點大于45℃，10℃延度大于10cm。
上述的耐紫外老化瀝青的制備方法，其特征是包括如下步驟：
(1)按各原料所占質量百分比為：瀝青90％～99％、木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑1～10％，選取瀝青、木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑；
(2)將瀝青加熱至160℃，添加木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑，開動高速剪切機，在4000rpm的轉速下高速攪拌1小時，保持溫度為160℃±5℃(即155℃～165℃)，即制得耐紫外老化瀝青。
本發(fā)明的有益效果如下：
其一，采用甲苯二異氰酸酯將木質素與鎂鋁基層狀雙氫氧化物進行接枝。首先，在70℃溫度下使乙酰苯胺與甲苯二異氰酸酯中一端的異氰酸根反應，得到一端封閉的甲苯二異氰酸酯，然后加入鎂鋁基層狀雙氫氧化物，甲苯二異氰酸酯未被封端的異氰酸根與鎂鋁基層狀雙氫氧化物表面的羥基發(fā)生反應，形成化學結合。當溫度升高至100℃后，乙酰苯胺封端劑達到解封溫度，甲苯二異氰酸酯封閉的一端解封，重新具備反應活性，此時再加入木質素，甲苯二異氰酸酯解封一側的異氰酸根與木質素表面的羥基發(fā)生反應，形成化學結合，最終得到木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物。木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物擁有較多的疏水結構(苯環(huán)、碳鏈等)、較少的親水基團(羥基等)，與瀝青有較好的相容性。因此，木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物在瀝青基體中能具有更好的分散性，解決了無機鎂鋁基層狀雙氫氧化物在瀝青中容易發(fā)生離析的難題。
其二，木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物中的鎂鋁基層狀雙氫氧化物具有優(yōu)異的紫外反射能力，同時木質素含有的芳環(huán)具有紫外吸收能力，因此木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑可以提供紫外反射和吸收雙重耐紫外老化作用，從而對瀝青抗紫外老化性能的改善更為顯著。
其三，木質素是含有芳基化合物的可再生非石油資源，來源豐富，其數(shù)量僅次于纖維素的天然高分子材料。木質素主要源于工業(yè)制漿的副產物，其自然降解時間較長，排放掉對環(huán)境有不利影響。隨著近年來環(huán)境、資源問題的日益突出，對木質素的利用越來越受到人們的重視。將鎂鋁基層狀雙氫氧化物與木質素通過化學鍵結合，不僅改善了鎂鋁基層狀雙氫氧化物與瀝青的相容性，而且擴大了木質素的應用領域。
其四，本發(fā)明將木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑加入到瀝青中，能夠顯著提高瀝青的耐紫外老化能力，實現(xiàn)鎂鋁基層狀雙氫氧化物在瀝青中的長期穩(wěn)定分散，制備的改性瀝青具有優(yōu)異的耐紫外光老化能力。
具體實施方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結合實施例進一步闡明本發(fā)明的內容，但本發(fā)明的內容不僅僅局限于下面的實施例。
以下實施例中所采用的木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑的制備方法為：先將乙酰苯胺、甲苯二異氰酸酯與無水甲苯按質量比13:10:77配制成溶液，在70℃下攪拌反應1小時，得到甲苯二異氰酸酯‐乙酰苯胺溶液；再將在120℃干燥2小時后冷卻至室溫的鎂鋁基層狀雙氫氧化物與無水甲苯按質量比為40:60配制成鎂鋁基層狀雙氫氧化物‐甲苯混合溶液，然后與甲苯二異氰酸酯‐乙酰苯胺溶液按質量比90:10的比例相混合，在70℃下攪拌反應2小時，得到溶液；最后按質量份數(shù)將20份(質量)木質素加入到80份所得溶液中，在100℃下攪拌反應2小時；在反應結束后將反應產物減壓抽濾洗滌3次，然后置于溫度為100℃的烘箱中干燥，取出干燥固體在高速粉碎機中粉碎，即得到木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑。
所述的鎂鋁基層狀雙氫氧化物是按照專利CN 102181161A公開的制備方法制備得到。
所述的木質素為有機溶劑木質素。
實施例1：
將97份(質量份，下同)道路石油瀝青(25℃針入度為78dmm、軟化點為48.5℃)加熱至160℃，添加上述木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑3份，開動高速剪切機，在4000rpm的轉速下高速攪拌1小時，保持溫度為160℃±5℃，即制得耐紫外老化瀝青。
對該耐紫外老化瀝青和未改性瀝青(對比樣)進行紫外加速老化試驗(紫外光強度為1200μW/cm2，溫度為60℃，老化時間為9天，下同)，然后，分別測試其針入度(反映瀝青軟硬程度和稠度、抵抗剪切破壞的能力)、軟化點(反映瀝青高溫抗變形性)和10℃延度(反映瀝青低溫抗裂性)，測試結果列于表1。
表1耐紫外老化瀝青及對比樣紫外老化前后性能變化
兩相比較，紫外老化后，耐紫外老化瀝青針入度降低值、軟化點增大值和10℃延度降低值均小于對比樣，因而耐紫外老化瀝青具有比對比樣更為優(yōu)異的耐紫外老化性能。
實施例2：
按質量份，將94份道路石油瀝青(25℃針入度為112dmm，軟化點為46.0℃)加熱至160℃，添加上述木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑6份，開動高速剪切機，在4000rpm的轉速下高速攪拌1小時，保持溫度為160℃±5℃，即制得耐紫外老化瀝青。
對該耐紫外老化瀝青和未改性瀝青(對比樣)進行紫外加速老化試驗，然后，分別測試其針入度、軟化點和10℃延度，測試結果列于表2。
表2耐紫外老化瀝青及對比樣紫外老化前后性能變化
通過比較可知，紫外老化后，耐紫外老化瀝青針入度降低值、軟化點增大值和10℃延度降低值均小于對比樣。與實施例1類似，木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑顯著改善了瀝青的耐紫外老化性能。
實施例3：
按質量份，將95份道路石油瀝青(25℃針入度為78dmm，軟化點為48.5℃)加熱至160℃，添加上述木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑5份，開動高速剪切機，在4000rpm的轉速下高速攪拌1小時，保持溫度為160℃±5℃，即制得耐紫外老化瀝青。
對該耐紫外老化瀝青和未改性瀝青(對比樣)進行紫外加速老化試驗，然后，分別測試其針入度、軟化點和10℃延度，測試結果列于表3。
表3耐紫外老化瀝青及對比樣紫外老化前后性能變化
通過比較可知，紫外老化后，耐紫外老化瀝青針入度降低值、軟化點增大值和10℃延度降低值均小于對比樣。與實施例1類似，木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑顯著改善了瀝青的耐紫外老化性能。
實施例4：
按質量份，將93份道路石油瀝青(25℃針入度為87dmm，軟化點為48.0℃)加熱至160℃，添加上述木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑7份，開動高速剪切機，在4000rpm的轉速下高速攪拌1小時，保持溫度為160℃±5℃，即制得耐紫外老化瀝青。
對該耐紫外老化瀝青和未改性瀝青(對比樣)進行紫外加速老化試驗，然后，分別測試其針入度、軟化點和10℃延度，測試結果列于表4。
表4耐紫外老化瀝青及對比樣紫外老化前后性能變化
通過比較可知，紫外老化后，耐紫外老化瀝青針入度降低值、軟化點增大值和10℃延度降低值均小于對比樣。與實施例1類似，木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑顯著改善了瀝青的耐紫外老化性能。
實施例5：
按質量份，將96份道路石油瀝青(25℃針入度為87dmm，軟化點為48.0℃)加熱至160℃，添加上述木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑4份，開動高速剪切機，在4000rpm的轉速下高速攪拌1小時，保持溫度為160℃±5℃，即制得耐紫外老化瀝青。
對該耐紫外老化瀝青和未改性瀝青(對比樣)進行紫外加速老化試驗，然后，分別測試其針入度、軟化點和10℃延度，測試結果列于表5。
表5耐紫外老化瀝青及對比樣紫外老化前后性能變化
通過比較可知，紫外老化后，耐紫外老化瀝青針入度降低值、軟化點增大值和10℃延度降低值均小于對比樣。與實施例1類似，木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑顯著改善了瀝青的耐紫外老化性能。
實施例6：
一種耐紫外老化瀝青的制備方法，按如下步驟進行：
按質量份，將90份道路石油瀝青加熱至160℃，添加上述木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑10份，開動高速剪切機，在4000rpm的轉速下高速攪拌1小時，保持溫度為160℃±5℃，即制得耐紫外老化瀝青。
所述的道路石油瀝青，其25℃針入度為60～120dmm，軟化點大于45℃，10℃延度大于10cm。
與實施例1類似，木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑顯著改善了瀝青的耐紫外老化性能。
實施例7：
一種耐紫外老化瀝青的制備方法，按如下步驟進行：
將99份道路石油瀝青加熱至160℃，添加上述木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑1份，開動高速剪切機，在4000rpm的轉速下高速攪拌1小時，保持溫度為160℃±5℃，即制得耐紫外老化瀝青。
所述的道路石油瀝青，其25℃針入度為60～120dmm，軟化點大于45℃，10℃延度大于10cm。
與實施例1類似，木質素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑顯著改善了瀝青的耐紫外老化性能。