本發(fā)明涉及瀝青改性劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種木質(zhì)基瀝青改性劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)，國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資大大增加，公路作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，得到了國(guó)家和各地政府的高度重視。瀝青混凝土因其良好的材料性能、路面舒適性、可機(jī)械化施工且便于維修養(yǎng)護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，成為中國(guó)高速公路面層的主要材料類型。

近年來，隨著人們對(duì)路面服務(wù)水平要求的不斷提高與路面使用環(huán)境不同而引發(fā)的差異性需求，對(duì)其在功能方面提出更多的要求，在這種背景下，眾多功能型瀝青得到了快速發(fā)展，諸如SBS改性瀝青、膠粉改性瀝青、PE改性瀝青、EVA改性瀝青等。盡管目前眾多功能性瀝青能緩解道路工程所承受的壓力，但是，許多改性瀝青，諸如SBS改性瀝青，生產(chǎn)成本高，操作復(fù)雜，生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境污染也比較大，不利于大規(guī)模推廣。同時(shí)，隨著國(guó)內(nèi)外道路的不斷新建、翻修，以及瀝青混凝土的不斷推廣，也給瀝青對(duì)道路工程的供給帶來了巨大壓力。而道路工程中所使用的瀝青基本可分為天然瀝青、焦油瀝青、石油瀝青三大類，且石油瀝青是道路工程中使用瀝青的主要來源。隨著化石能源、天然資源的日趨枯竭，以及環(huán)境污染嚴(yán)重等因素，瀝青供給日趨緊張。面對(duì)瀝青供給日趨緊張及功能性瀝青難推廣的雙重壓力之下，尋找新的高效功能性瀝青已迫不及待。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種木質(zhì)基瀝青改性劑及其制備方法，該木質(zhì)基瀝青改性劑的成本低廉、制備方法簡(jiǎn)單易行，且以其為改性劑的改性瀝青的性能良好。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

(一)一種木質(zhì)基瀝青改性劑，其特征在于，包括以下原料成分：廢木材的液化產(chǎn)物和甲醛。

優(yōu)選地，所述廢木材的液化產(chǎn)物和甲醛的質(zhì)量比為1∶(1.8-2.2)。

優(yōu)選地，所述廢木材的液化產(chǎn)物的原料包含廢木材、苯酚和濃硫酸。

優(yōu)選地，所述廢木材、苯酚和濃硫酸的質(zhì)量比為1∶(2-3)∶(0.05-0.07)。

優(yōu)選地，所述苯酚為市售的分析純苯酚。

優(yōu)選地，所述濃硫酸為市售的濃度98％的分析純濃硫酸。

(二)一種木質(zhì)基瀝青改性劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，粉碎廢木材，得木屑，將所述木屑過篩子，并將通過篩子的木屑烘干冷卻后，備用；

步驟2，將烘干后的木屑裝入反應(yīng)釜中，并向反應(yīng)釜中加入苯酚，混合均勻后，加入濃硫酸，調(diào)節(jié)反應(yīng)釜的溫度至140-160℃，均勻攪拌2.0-3.0h，得黑色粘稠狀產(chǎn)物；

步驟3，將所述黑色粘稠狀產(chǎn)物取出，并冷卻至室溫，得廢木材的液化產(chǎn)物；

步驟4，取所述廢木材的液化產(chǎn)物加入反應(yīng)釜中，并加入水，攪拌并調(diào)節(jié)反應(yīng)釜的溫度至40-46℃時(shí)，加入NaOH溶液，攪拌15-20分鐘后再加入甲醛溶液，并將反應(yīng)釜的溫度調(diào)節(jié)至80-92℃，反應(yīng)1.5小時(shí)后，冷卻至室溫，即得。

優(yōu)選地，步驟1中，所述篩子的篩孔為30-60目。

優(yōu)選地，步驟2中，所述廢木材、苯酚和濃硫酸的質(zhì)量比為1∶(2-3)∶(0.05-0.07)。

優(yōu)選地，步驟4中，所述廢木材的液化產(chǎn)物、水、NaOH溶液中的NaOH和甲醛溶液中的甲醛的摩爾比為1∶(7-9)∶(1.8-2.2)∶(0.4-0.6)。

優(yōu)選地，步驟4包括以下子步驟：

子步驟4a，加入甲醛溶液后，首先將反應(yīng)釜的溫度調(diào)節(jié)至80-85℃，恒溫反應(yīng)1小時(shí)；

子步驟4b，反應(yīng)結(jié)束后，再將反應(yīng)釜的溫度調(diào)節(jié)至88-92℃，恒溫反應(yīng)40分鐘后，冷卻至室溫，即得。

優(yōu)選地，步驟4中，所述NaOH溶液的質(zhì)量濃度為40％。

優(yōu)選地，步驟4中，所述甲醛溶液的質(zhì)量濃度為37％。

(三)一種改性瀝青，其特征在于，原材料包括：道路工程用瀝青和上述木質(zhì)基瀝青改性劑。

優(yōu)選地，所述木質(zhì)基瀝青改性劑與所述道路工程用瀝青的質(zhì)量比為1∶(19-7)。

(四)上述改性瀝青的制備方法，其特征在于，使用所述木質(zhì)基瀝青改性劑對(duì)道路工程用瀝青進(jìn)行改性，改性溫度為140-180℃，改性時(shí)間為40-80℃，發(fā)育溫度為140-160℃，發(fā)育時(shí)間為60-120分鐘。

本發(fā)明中的廢木材是一種廢棄的生態(tài)環(huán)境材料，加工能耗少，環(huán)境污染少，具有天然降解性和易回收利用等環(huán)境協(xié)調(diào)性，木質(zhì)材料含有豐富的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，含有大量以羥基為代表的活性基團(tuán)，在一定條件下，將其在高溫件下與苯酚和濃硫酸反應(yīng)，木質(zhì)材料中的纖維素、木質(zhì)素等在酸催化條件下，纖維素等分子鏈上的醚鍵與親核試劑苯酚發(fā)生了親電取代反應(yīng)，發(fā)生斷裂，生成了低聚糖和葡萄糖單元，使得廢木材轉(zhuǎn)化為具有一定反應(yīng)活性的粘稠狀液態(tài)物質(zhì)，即廢木材的液化產(chǎn)物。

本發(fā)明的廢木材的液化產(chǎn)物常溫狀態(tài)下為黑色，質(zhì)硬但可塑，具有一定的流動(dòng)性但流動(dòng)性較低；同時(shí)其較為粘稠，加熱后會(huì)軟化且流動(dòng)性加大，冷卻至常溫后又回復(fù)原狀。將廢木材的液化產(chǎn)物與甲醛在堿性條件下發(fā)生反應(yīng)，即將廢木材的液化產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為樹脂產(chǎn)物，即得本發(fā)明的木質(zhì)基瀝青改性劑。

道路工程用瀝青屬于一種組成復(fù)雜的有極高粘度液體，將本發(fā)明的木質(zhì)基瀝青改性劑用于道路工程用瀝青的改性，不僅成本低廉、易推廣，而且也解決了廢棄木材利用難或利用率低等問題，大大提高了廢舊木質(zhì)材料的綜合利用率，提高了木材的使用價(jià)值和適用性，有利于環(huán)境保護(hù)。

同時(shí)，本發(fā)明中廢木材的液化、樹脂化過程簡(jiǎn)單、易行，重現(xiàn)性好，且加工成本低，設(shè)備要求低，大大促進(jìn)了本發(fā)明的環(huán)保型瀝青改性劑的推廣應(yīng)用，可有效緩解道路工程對(duì)石油瀝青、天然瀝青的依賴，緩解瀝青資源匱乏的現(xiàn)狀。

另外，使用本發(fā)明的木質(zhì)基瀝青改性劑對(duì)道路工程用瀝青進(jìn)行改性，改性瀝青的路用性能有顯著的提升。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。

廢舊木材是一種大量存在且難以再利用的廢棄物。本發(fā)明從節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境以及廢物再利用的角度出發(fā)，同時(shí)降低瀝青改性劑的成本，選擇廢木材、苯酚、濃硫酸、甲醛等為原料，經(jīng)過液化、樹脂化方式開發(fā)性能優(yōu)良且價(jià)格低廉的木質(zhì)基瀝青改性劑。

實(shí)施例1

一種木質(zhì)基瀝青改性劑，按照以下步驟制備：

步驟1，將廢木材初步粉碎，得到木材碎屑，再將初步處理的木材碎屑加入至植物粉碎機(jī)中二次粉碎，再將二次粉碎得到的木屑通過30目的篩孔過篩，并將過篩的木屑在105℃的烘箱中烘干24小時(shí)后，冷卻至常溫，備用；

步驟2，將烘干后的木屑裝入反應(yīng)釜中，并向反應(yīng)釜中加入苯酚，混合均勻后，加入濃硫酸，在150℃條件下均勻攪拌2.5h，得黑色粘稠狀產(chǎn)物；其中，苯酚的質(zhì)量為木屑質(zhì)量的2倍，濃硫酸的質(zhì)量為木屑質(zhì)量的6％；

步驟3，將所述黑色粘稠狀產(chǎn)物取出，并冷卻至25℃，即得廢木材的液化產(chǎn)物；

步驟4，取所述廢木材的液化產(chǎn)物加入反應(yīng)釜中，并加入蒸餾水，攪拌并調(diào)節(jié)反應(yīng)釜的溫度至40℃時(shí)，加入質(zhì)量濃度為40％的NaOH溶液，攪拌15分鐘后再加入質(zhì)量濃度為37％的甲醛溶液，并將反應(yīng)釜的溫度升高至80-85℃，控溫反應(yīng)1小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，再將反應(yīng)釜的溫度升高至88-92℃，控溫反應(yīng)40分鐘，反應(yīng)結(jié)束后，取出產(chǎn)物，冷卻至30℃，即得；其中，廢木材的液化產(chǎn)物、水、NaOH溶液中的NaOH和甲醛溶液中的甲醛的摩爾比為1∶8∶2∶0.6；廢木材的液化產(chǎn)物的分子量以苯酚的分子量計(jì)算。

實(shí)施例2

為了驗(yàn)證本發(fā)明的木質(zhì)基瀝青改性劑的改性效果，本實(shí)施例選用90#基質(zhì)瀝青作為道路工程用瀝青進(jìn)行了以下一系列的應(yīng)用試驗(yàn)，各試驗(yàn)的試驗(yàn)條件如表1所示，對(duì)得到的改性瀝青進(jìn)行針入度、軟化點(diǎn)、延度和粘度等性能的測(cè)試，并與基質(zhì)瀝青的各項(xiàng)性能相比較，結(jié)果如表2所示。

表1系列改性試驗(yàn)的試驗(yàn)條件

由表2中的實(shí)驗(yàn)4結(jié)果可知，采用本發(fā)明的木質(zhì)基瀝青改性劑對(duì)基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性，具有顯著的改性效果：與未改性的90#基質(zhì)瀝青相比，使用本發(fā)明的木質(zhì)基瀝青改性劑對(duì)基質(zhì)瀝青改性后改性瀝青的軟化點(diǎn)和粘度與基質(zhì)瀝青基本一致，其針入度有明顯提升，其5℃延度、15℃延度提高了50-70％，說明本發(fā)明的木質(zhì)基瀝青改性劑能同時(shí)提升瀝青的高溫性能和低溫性能，并不影響瀝青的其他性能，而且對(duì)瀝青的低溫抗裂性能有大幅度地提升。

表2改性瀝青的各項(xiàng)性能測(cè)試結(jié)果

表中，“-”表示測(cè)試時(shí)試件瞬間斷裂，無法得到數(shù)據(jù)。

綜上，本發(fā)明的木質(zhì)基瀝青改性劑以廢舊木材為主要原料，成本低廉，制備方法簡(jiǎn)單，易推廣，在解決了廢棄木材利用難或利用率低等環(huán)保問題的同時(shí)，對(duì)道路用瀝青具有良好的改性效果，尤其在瀝青的低溫抗裂性能方面。

雖然，本說明書中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。