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(zhì)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(shù)：
瀝青路面因其路用性能優(yōu)良、行車舒適、對(duì)路基地基變形或不均勻沉降的適應(yīng)性強(qiáng)、易于維修等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。然而，瀝青作為一種有機(jī)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(dǎo)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(chǎn)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(duì)瀝青路面的破壞作用最為嚴(yán)重。
利用添加劑對(duì)瀝青進(jìn)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(duì)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(jī)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(yán)重影響了鎂鋁基層狀雙氫氧化物對(duì)瀝青的紫外防護(hù)作用。同時(shí)，在高原強(qiáng)紫外線地區(qū)瀝青的耐紫外老化能力還有待進(jìn)一步提高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的主要目的在于提供一種木質(zhì)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(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：木質(zhì)素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑，其特征是通過木質(zhì)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(zhì)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(zhì)量比13:10:77配制成溶液，在70℃下攪拌反應(yīng)1小時(shí)，得到甲苯二異氰酸酯‐乙酰苯胺溶液；再將在120℃干燥2小時(shí)后冷卻至室溫的鎂鋁基層狀雙氫氧化物與無水甲苯按質(zhì)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(zhì)量比90:10的比例相混合，在70℃下攪拌反應(yīng)2小時(shí)，得到溶液；最后按質(zhì)量份數(shù)將20份木質(zhì)素加入到80份所得溶液中，在100℃下攪拌反應(yīng)2小時(shí)；在反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)產(chǎn)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(jī)中粉碎，即得到木質(zhì)素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑(或稱木質(zhì)素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物；木質(zhì)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(zhì)素為有機(jī)溶劑木質(zhì)素。
一種耐紫外老化瀝青，其特征是由瀝青、木質(zhì)素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑組成，各原料所占質(zhì)量百分比為：瀝青90％～99％、木質(zhì)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(diǎn)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(zhì)量百分比為：瀝青90％～99％、木質(zhì)素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑1～10％，選取瀝青、木質(zhì)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(zhì)素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑，開動(dòng)高速剪切機(jī)，在4000rpm的轉(zhuǎn)速下高速攪拌1小時(shí)，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(zhì)素與鎂鋁基層狀雙氫氧化物進(jìn)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(yīng)，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(yīng)，形成化學(xué)結(jié)合。當(dāng)溫度升高至100℃后，乙酰苯胺封端劑達(dá)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(yīng)活性，此時(shí)再加入木質(zhì)素，甲苯二異氰酸酯解封一側(cè)的異氰酸根與木質(zhì)素表面的羥基發(fā)生反應(yīng)，形成化學(xué)結(jié)合，最終得到木質(zhì)素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物。木質(zhì)素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物擁有較多的疏水結(jié)構(gòu)(苯環(huán)、碳鏈等)、較少的親水基團(tuán)(羥基等)，與瀝青有較好的相容性。因此，木質(zhì)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(jī)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(zhì)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(shí)木質(zhì)素含有的芳環(huán)具有紫外吸收能力，因此木質(zhì)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(duì)瀝青抗紫外老化性能的改善更為顯著。
其三，木質(zhì)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(zhì)素主要源于工業(yè)制漿的副產(chǎn)物，其自然降解時(shí)間較長，排放掉對(duì)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(duì)木質(zhì)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(zhì)素通過化學(xué)鍵結(jié)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(kuò)大了木質(zhì)素的應(yīng)用領(lǐng)域。
其四，本發(fā)明將木質(zhì)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(shí)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(shí)施方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
以下實(shí)施例中所采用的木質(zhì)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(zhì)量比13:10:77配制成溶液，在70℃下攪拌反應(yīng)1小時(shí)，得到甲苯二異氰酸酯‐乙酰苯胺溶液；再將在120℃干燥2小時(shí)后冷卻至室溫的鎂鋁基層狀雙氫氧化物與無水甲苯按質(zhì)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(zhì)量比90:10的比例相混合，在70℃下攪拌反應(yīng)2小時(shí)，得到溶液；最后按質(zhì)量份數(shù)將20份(質(zhì)量)木質(zhì)素加入到80份所得溶液中，在100℃下攪拌反應(yīng)2小時(shí)；在反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)產(chǎn)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(jī)中粉碎，即得到木質(zhì)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(zhì)素為有機(jī)溶劑木質(zhì)素。
實(shí)施例1：
將97份(質(zhì)量份，下同)道路石油瀝青(25℃針入度為78dmm、軟化點(diǎn)為48.5℃)加熱至160℃，添加上述木質(zhì)素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑3份，開動(dòng)高速剪切機(jī)，在4000rpm的轉(zhuǎn)速下高速攪拌1小時(shí)，保持溫度為160℃±5℃，即制得耐紫外老化瀝青。
對(duì)該耐紫外老化瀝青和未改性瀝青(對(duì)比樣)進(jìn)行紫外加速老化試驗(yàn)(紫外光強(qiáng)度為1200μW/cm2，溫度為60℃，老化時(shí)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(diǎn)(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(jié)果列于表1。
表1耐紫外老化瀝青及對(duì)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(diǎn)增大值和10℃延度降低值均小于對(duì)比樣，因而耐紫外老化瀝青具有比對(duì)比樣更為優(yōu)異的耐紫外老化性能。
實(shí)施例2：
按質(zhì)量份，將94份道路石油瀝青(25℃針入度為112dmm，軟化點(diǎn)為46.0℃)加熱至160℃，添加上述木質(zhì)素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑6份，開動(dòng)高速剪切機(jī)，在4000rpm的轉(zhuǎn)速下高速攪拌1小時(shí)，保持溫度為160℃±5℃，即制得耐紫外老化瀝青。
對(duì)該耐紫外老化瀝青和未改性瀝青(對(duì)比樣)進(jìn)行紫外加速老化試驗(yàn)，然后，分別測試其針入度、軟化點(diǎn)和10℃延度，測試結(jié)果列于表2。
表2耐紫外老化瀝青及對(duì)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(diǎn)增大值和10℃延度降低值均小于對(duì)比樣。與實(shí)施例1類似，木質(zhì)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(shí)施例3：
按質(zhì)量份，將95份道路石油瀝青(25℃針入度為78dmm，軟化點(diǎn)為48.5℃)加熱至160℃，添加上述木質(zhì)素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑5份，開動(dòng)高速剪切機(jī)，在4000rpm的轉(zhuǎn)速下高速攪拌1小時(shí)，保持溫度為160℃±5℃，即制得耐紫外老化瀝青。
對(duì)該耐紫外老化瀝青和未改性瀝青(對(duì)比樣)進(jìn)行紫外加速老化試驗(yàn)，然后，分別測試其針入度、軟化點(diǎn)和10℃延度，測試結(jié)果列于表3。
表3耐紫外老化瀝青及對(duì)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(diǎn)增大值和10℃延度降低值均小于對(duì)比樣。與實(shí)施例1類似，木質(zhì)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(shí)施例4：
按質(zhì)量份，將93份道路石油瀝青(25℃針入度為87dmm，軟化點(diǎn)為48.0℃)加熱至160℃，添加上述木質(zhì)素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑7份，開動(dòng)高速剪切機(jī)，在4000rpm的轉(zhuǎn)速下高速攪拌1小時(shí)，保持溫度為160℃±5℃，即制得耐紫外老化瀝青。
對(duì)該耐紫外老化瀝青和未改性瀝青(對(duì)比樣)進(jìn)行紫外加速老化試驗(yàn)，然后，分別測試其針入度、軟化點(diǎn)和10℃延度，測試結(jié)果列于表4。
表4耐紫外老化瀝青及對(duì)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(diǎn)增大值和10℃延度降低值均小于對(duì)比樣。與實(shí)施例1類似，木質(zhì)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(shí)施例5：
按質(zhì)量份，將96份道路石油瀝青(25℃針入度為87dmm，軟化點(diǎn)為48.0℃)加熱至160℃，添加上述木質(zhì)素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑4份，開動(dòng)高速剪切機(jī)，在4000rpm的轉(zhuǎn)速下高速攪拌1小時(shí)，保持溫度為160℃±5℃，即制得耐紫外老化瀝青。
對(duì)該耐紫外老化瀝青和未改性瀝青(對(duì)比樣)進(jìn)行紫外加速老化試驗(yàn)，然后，分別測試其針入度、軟化點(diǎn)和10℃延度，測試結(jié)果列于表5。
表5耐紫外老化瀝青及對(duì)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(diǎn)增大值和10℃延度降低值均小于對(duì)比樣。與實(shí)施例1類似，木質(zhì)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(shí)施例6：
一種耐紫外老化瀝青的制備方法，按如下步驟進(jìn)行：
按質(zhì)量份，將90份道路石油瀝青加熱至160℃，添加上述木質(zhì)素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑10份，開動(dòng)高速剪切機(jī)，在4000rpm的轉(zhuǎn)速下高速攪拌1小時(shí)，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(diǎn)大于45℃，10℃延度大于10cm。
與實(shí)施例1類似，木質(zhì)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(shí)施例7：
一種耐紫外老化瀝青的制備方法，按如下步驟進(jìn)行：
將99份道路石油瀝青加熱至160℃，添加上述木質(zhì)素接枝鎂鋁基層狀雙氫氧化物改性劑1份，開動(dòng)高速剪切機(jī)，在4000rpm的轉(zhuǎn)速下高速攪拌1小時(shí)，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(diǎn)大于45℃，10℃延度大于10cm。
與實(shí)施例1類似，木質(zhì)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。