一种纳米改性路用煤沥青的方法

摘要

一种纳米改性路用煤沥青的方法是将表面活性剂溶于水或乙醇中，配制1wt％-20wt％溶液，得到改性剂，按改性剂用量为纳米材料重量的1％-50％的配比，将改性剂加入纳米材料中，混合均匀，干燥去除水或乙醇，制成改性纳米材料；将煤沥青于60℃～140℃加热熔化，加入改性纳米材料，和高分子增溶剂，在300-1500r/min，最好1000-1500转/min的转速下，利用高剪切分散机迅速搅拌10-30min，即得改性路用煤沥青。本发明具有工艺简单，改性效果明显，能够进行工业化生产，改性路用煤沥青各项性能指标均达90#石油沥青的指标的优点。

说明书

技术领域

本发明属于一种道路改性沥青，具体地说涉及一种纳米改性路用煤沥青。的方法 

背景技术

由于煤沥青的组成和结构与石油沥青不同，所以导致它们的路用性能有较大的差别。上世纪煤沥青曾在我国道路沥青中大规模使用，但用未改性煤沥青铺筑的路面具有致命的弱点：热敏性差，在炎热的夏天易软化出油，在寒冷的冬天易脆裂，易老化，延展性差，与石油沥青相比，施工时有味道，对人体有一定的危害，而煤沥青的路用优点是：对石料有较好的润湿和粘附性能，路面摩擦系数大，耐重压，抗油侵蚀性能好。要解决煤沥青的性能问题，就必须对煤沥青进行改性，改善其热敏性能，提高粘附弹性温度范围，增加抗老化性，以满足高等级公路的要求。 

目前国内外关于沥青的改性研究已早有报导，而对于煤沥青的研究主要着力于与石油沥青的混合和添加有机聚合物橡胶、树脂和热塑性橡胶类，加入的有机填料与煤沥青根据相似相容原理可以较好地匹配，但是这些有机高分子材料的加入，不能完全改善煤沥青在路用过程中热敏性差、抗老化性弱等问题，同时因为其添加量大、价格昂贵，对于路用材料来说性价比低，所以就限制了它们的广泛应用。 

纳米材料和技术因其独特的四大效应，使其在各领域的应用已表现出了优异的改性性能。这也为解决煤沥青在道路应用中存在的问题提供了新的思路，纳米材料及技术在沥青改性中的应用目前在国内外也有相关报道。 

刘大梁等(纳米碳酸钙改性沥青研究刘大梁等公路，2005(6)：145～148)利用纳米碳酸钙对石油沥青进行改性研究，；张金生等(纳米Fe₃O₄粒子对改性沥青三大指标的影响，张金升等山东交通学院学报，2004，2(4)：10～14)利用纳米Fe₃O₄粒子对石油沥青进行改性研究，他们均采用石油沥青为改性材料，且其改性效果综合性能不是很好。其后肖鹏等(CN101050309A)利用纳米ZnO/SBS改性沥青。陈宪宏等(CN101143967A)利用无机纳米粒子与聚合物复合改性乳化石油沥青，郭燕生等(CN101230199A)以纳米蒙脱土和环氧树脂为交联剂制备了沥青基纳米蒙脱土复合材料，纳米材料利用蒙脱土二维改性，纳米粒子不 易均匀分散，制备工艺方法复杂。 

综上可见，利用纳米材料对煤沥青的改性的改性效果不是很好，且制备工艺方法复杂，而且大部分仍在实验室阶段。 

发明内容

本发明的目的是提供制备工艺简单，改性效果好的一种纳米改性煤沥青的制备方法。 

本发明所提供的一种纳米改性煤沥青的方法，其实施步骤如下： 

(1)将表面活性剂溶于水或乙醇中，配制1wt％-20wt％溶液，得到改性剂，按改性剂用量为纳米材料重量的1％-50％的配比，将改性剂加入纳米材料中，混合均匀，干燥去除水或乙醇，制成改性纳米材料； 

(2)将煤沥青于60℃～140℃加热熔化，加入改性纳米材料，和高分子增溶剂，在300-1500r/min，最好1000-1500转/min的转速下，利用高剪切分散机迅速搅拌10-30min，即得改性路用煤沥青； 

其中各组成的重量比为： 

煤沥青∶改性纳米材料∶高分子增溶剂＝20--95∶0.1--10∶0.1-10。 

所述的纳米材料为纳米ZnO、纳米MgO、纳米Zn-Mg氧化物复合物、纳米Zn-Al氧化物复合物中的一种或几种。 

所述的表面活性剂是阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂。其中阳离子表面活性剂可以是1831、D1821、1227、CTAB的一种或两种混合。阴离子表面活性剂可以是AES、AOS、LAS、MES的一种或几种混合。非离子表面活性剂可以是AEO3-9、TX-10的一种或两种混合。 

所述的煤沥青为中温煤沥青或低温煤沥青。 

所述的高分子增溶剂为石油树脂、聚氨酯、ABS或橡胶等。 

本发明的优点如下： 

采用新型复合纳米材料进行煤沥青改性，所得煤沥青各项性能指标均达90#石油沥青的指标，该方法工艺简单，改性效果明显，能够进行工业化生产，能应用于筑路建设中。 

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步说明： 

表1：90#石油沥青性能指标 

实施例1 

采用软化点50，针入度10mm，20度延度≤5mm的中温煤沥青为原料。将纳米ZnO和MgO按1∶1质量比混合，称取10g，加入浓度为1wt％阳离子表面活性剂1831水溶液5g，混合均匀，干燥，制成改性纳米材料，再称取95g的中温煤沥青于80℃加热熔化，将改性后的纳米材料称取1g，加入已经熔融的煤沥青中，同时加入1g高分子材料SBS，利用高剪切分散机以1000r/mim速度搅拌30min，即得纳米改性煤沥青。其性能表征结果为：软化点55，针入度70mm，20度延度110。 

实施例2 

采用软化点55℃，针入度8mm，20度延度≤5mm的中温煤沥青为原料。将ZnO、MgO、Zn-Mg氧化物复合物、Zn-Al氧化物复合物按2∶1∶2∶3质量比混合，称取10g，加入浓度为5wt％阴离子表面活性剂AOS∶LAS为1∶1水溶液0.1g，混合均匀，干燥，制成改性纳米材料。再称取50g的中温煤沥青于120℃加热熔化，将改性后的纳米材料称取0.5g，加入已经熔融的煤沥青中，同时加入5g高分子材料石油树脂，利用高剪切分散机以1000r/mim速度搅拌30min，即得纳米改性煤沥青。其性能表征结果为：软化点52，针入度63，20度延度110。 

实施例3 

采用软化点60℃，针入度2mm，20度延度≤2mm的中温煤沥青为原料称取20g的煤沥青于160℃加热熔化，将ZnO、MgO、Zn-Mg氧化物复合物、Zn-Al氧化物复合物按5∶1∶1∶5质量比混合，称取10g，加入14％阴离子表面活性剂AES、AOS、LAS、MES按2∶3∶1∶1水溶液3g，混合均匀，干燥，制成改性纳米材料，将改性后的纳米材料称取0.1g，加入已经熔融的煤沥青中，同时加入0.3g高分子材料聚氨酯，利用高剪切分散机以1500r/mim速度搅拌15min，即得纳米改性煤沥青。其性能表征结果为：软化点54，针入度65，20度延度104。 

实施例4 

采用软化点65℃，针入度1mm，20度延度≤2mm的中温煤沥青为原料。称取80g的煤沥青于90℃加热熔化，将ZnO、MgO、Zn-A1氧化物复合物按1∶4∶2质量比混合，称取5g，加入20％非离子表面活性剂AEO3-9、TX-10 1∶1水溶液0.5g，混合均匀，干燥，制成改性纳米材料，将改性后的纳米材料称取8g，加入已经熔融的煤沥青中，同时加入6g高分子材料橡胶，利用高剪切分散机以1300r/mim速度搅拌30min，即得纳米改性煤沥青。其性能表征结果为：软化点59，针入度61，20度延度130。 

实施例5 

采用软化点55℃，针入度10mm，20度延度≤5mm的中温煤沥青为原料。。称取40g的煤沥青于130℃加热熔化，将ZnO称取10g，加入5％非离子表面活性剂AOS、LAS 3∶1水溶液2g，混合均匀，干燥，制成改性纳米材料，将改性后的纳米材料称取4g，加入已经熔融的煤沥青中，同时加入20g高分子材料石油树脂，利用高剪切分散机以400r/mim速度搅拌30min，即得纳米改性煤沥青。其性能表征结果为：软化点50.5，针入度61，20度延度102。 

实施例6 

采用软化点45℃，针入度50mm，20度延度≤35mm的低温煤沥青为原料。称取60g的煤沥青于60℃加热熔化，将Zn-Mg氧化物复合物、Zn-Al氧化物复合物按2∶3质量比混合，称取10g，加入8％阳离子表面活性剂D1821、1227、1∶4水溶液0.8g，混合均匀，干燥，制成改性纳米材料，将改性后的纳米材料称取10g，加入已经熔融的煤沥青中，同时加入7g高分子材料ABS，利用高剪切分散机以1300r/mim速度搅拌20min，即得纳米改性煤沥青。其性能表征结果为：软化点58，针入度73，20度延度130。 

实施例7 

采用软化点40℃，针入度55mm，20度延度≤45mm的低温煤沥青为原料称取90g的煤沥青于85℃加热熔化，将MgO、Zn-Al氧化物复合物按2∶1：质量比混合，称取10g，加入3％阳离子表面活性剂D1821乙醇溶液10g，混合均匀，干燥，制成改性纳米材料，将改性后的纳米材料称取5g，加入已经熔融的煤沥青中，同时加入1g高分子材料石油树脂，利用高剪切分散机以1000r/mim速度搅拌150min，即得纳米改性煤沥青。其性能表征结果为：软化点52，针入度64，20 度延度110。 

实施例8 

采用软化点35℃，针入度60mm，20度延度≤45mm的中温煤沥青为原料。称取35g的煤沥青于75℃加热熔化，将ZnO、Zn-Mg氧化物复合物、Zn-Al氧化物复合物按2∶1∶3质量比混合，称取10g，加入3％阴离子表面活性剂AOS、LAS 1∶1乙醇溶液1g，混合均匀，干燥，制成改性纳米材料，将改性后的纳米材料称取7g，加入已经熔融的煤沥青中，同时加入1g高分子材料橡胶，利用高剪切分散机以800r/mim速度搅拌25min，即得纳米改性煤沥青。其性能表征结果为：软化点56，针入度61，20度延度101。 

实施例9 

称采用软化点55℃，针入度15mm，20度延度≤10mm的中温煤沥青为原料。取55g的煤沥青于135℃加热熔化，将ZnO、Zn-Al氧化物复合物按1∶2质量比混合，称取7g，加入0.3％阳离子表面活性剂1227、CTAB 1∶4乙醇溶液5g，混合均匀，干燥，制成改性纳米材料，将改性后的纳米材料称取9g，加入已经熔融的煤沥青中，同时加入5g高分子材料石油树脂，利用高剪切分散机以1300r/mim速度搅拌30min，即得纳米改性煤沥青。其性能表征结果为：软化点52，针入度67，20度延度120。 

实施例10 

采用软化点45℃，针入度45mm，20度延度≤55mm的中温煤沥青为原料。称取100g的煤沥青于100℃加热熔化，将Zn-Al氧化物复合物称取4g，加入20％阴离子表面活性剂AOS、MES 3∶1乙醇溶液1g，混合均匀，干燥，制成改性纳米材料，将改性后的纳米材料称取1g，加入已经熔融的煤沥青中，同时加入2g高分子材料石油树脂，利用高剪切分散机以300r/mim速度搅拌30min，即得纳米改性煤沥青。其性能表征结果为：软化点48，针入度62，20度延度101。