專利名稱：一種公路瀝青增強(qiáng)纖維改性劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無機(jī)纖維改性劑，具體涉及一種公路瀝青增強(qiáng)纖維改 性劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸事業(yè)得到快速發(fā)展，全國已 形成四通八達(dá)的高速公路網(wǎng)。但隨之重載交通也日益嚴(yán)重，特別是超重交 通的日益增長，瀝青混凝土路面即使采用改性瀝青仍抵抗不了超重交通的 負(fù)荷， 一些高速公路局部路段通車運(yùn)營不到一年就出現(xiàn)車轍、坑槽等早期 病害。有些高速公路不得不在長陡坡或車輛繁忙的路段采用水泥混凝土路 面以避免出現(xiàn)車轍，但這樣又加大了高速公路的修建成本。從目前我國交 通發(fā)展?fàn)顩r看，瀝青混凝土路面由于其行車安全、舒適、噪音低、維護(hù)迅 速便利等特點(diǎn)，今后仍將是高速公路的主要路面結(jié)構(gòu)形式。但瀝青混凝土 路面受瀝青基本性質(zhì)的影響，如不改善瀝青的物理化學(xué)性質(zhì)，要提高瀝青 混凝土的性能是非常不易的。瀝青作為一種溫感性很強(qiáng)的高分子化學(xué)材料， 在溫度的影響下其力學(xué)性能差別很大，隨溫度的降低，瀝青會(huì)逐步脆化， 導(dǎo)致瀝青混凝土低溫收縮裂縫及早期水蝕損壞；隨溫度的升高，瀝青粘度 呈指數(shù)下降，抗變形能力大大降低而形成高溫車轍變形。另一方面，瀝青 隨時(shí)間的增長而老化，其結(jié)果是瀝青精含量越來越高，而油性成份越來越 低，瀝青因此失去粘聚力而愈來愈脆，將形成疲勞裂縫，并造成水蝕損壞。 如何提高瀝青混合料的抗高、低溫穩(wěn)定性，以及抗老化、耐疲勞性，成為眾多路面工程師、材料工程師共同努力的方向。目前比較常用的方法，一 是對(duì)瀝青本身進(jìn)行化學(xué)改性，二是在瀝青集料中加入諸如植物木質(zhì)素纖 維、合成纖維或礦物無機(jī)纖維等加筋材料。前兩者中植物木質(zhì)素纖維原料 不易獲得，耐磨性和耐老化性較差，不可再生；而合成纖維價(jià)格較高，難
以經(jīng)受高溫拌和條件，同時(shí)也存在耐老化問題，因此最好的瀝青增強(qiáng)材料
是礦物無機(jī)纖維。因?yàn)?1)礦物纖維作為一種無機(jī)纖維，與其他纖維明 顯不同，具有良好的抗老化性能，利于再生利用，在集料中具有良好的 分散性和很高的吸油能力，具有良好的耐熱性，是其他纖維所不能比擬的； (2)礦物纖維不受瀝青混合料高溫拌合影響，適應(yīng)路面的各種高低溫工作 環(huán)境，能顯著提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和低溫性能，并增加動(dòng)態(tài)穩(wěn)定 性，提高抵抗車轍的能力；(3)可提高瀝青混合料的抗水害能力；(4)礦物 纖維具有優(yōu)異的抗酸、抗堿和抗鹽等抗腐蝕的能力，不老化，不變質(zhì)退化， 因此瀝青混合料可100%再生利用；(5)礦物纖維具有阻燃性能，可減緩
路面特別是隧道內(nèi)的事故燃燒性，因此礦物纖維是公路瀝青增強(qiáng)的首選材 料。美國福倍安道路專用礦物纖維，就是以特選的玄武巖為原料，經(jīng)過特
定的預(yù)處理后，在160(TC高溫熔融提煉抽絲制成。由于我國沒有此類公路 專用無機(jī)纖維，故每年以每噸上萬元的價(jià)格進(jìn)口用于修^[高等級(jí)公路。
礦物無機(jī)纖維包括了物理處理或通過熱熔噴絲法生產(chǎn)的各種無機(jī)纖 維材料，如玄武巖纖維、硅灰石纖維、粉煤灰纖維以及玻璃纖維等。無機(jī) 礦物纖維具有良好的尺寸穩(wěn)定性、耐熱性、抗化學(xué)性、阻燃性和電絕緣性， 防火、吸濕變型性小、防腐耐酸堿和抗鹽等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。但無機(jī)礦物纖維 脆性大，剛性強(qiáng)，表面極性基團(tuán)少，只可與水產(chǎn)生潤濕，而與瀝青有機(jī)材 料相容性差，在拌合時(shí)難以混合均勻。因此必須通過化學(xué)改性，采用表面包覆等技術(shù)，在無機(jī)礦物纖維表面引入電解質(zhì)、表面活性劑或其它有機(jī)活 性基團(tuán)，使作用在其表面的界面力發(fā)生變化，使礦物纖維和瀝青等基質(zhì)接 觸時(shí)發(fā)生電鍵親和作用，發(fā)生吸附、聯(lián)結(jié)和附集作用，從而使礦纖大量、 均勻融混在瀝青材料中，在路面鋪設(shè)時(shí)與瀝青一起相互交織形成網(wǎng)狀的路 面結(jié)構(gòu)。目前國內(nèi)大多無機(jī)材料表面改性研究多集中在無機(jī)粉體的改性方 面，而進(jìn)行無機(jī)礦物纖維表面改性的研究甚少，沒有專用的無機(jī)礦物纖維 改性劑。即是使用的改性劑也是僅限于借用其它行業(yè)的現(xiàn)成的技術(shù)，且?guī)?乎不涉及改性劑的離子性質(zhì)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種易合成、成本低而改性效果好的公路瀝青 增強(qiáng)纖維改性劑及其制備方法。為達(dá)到上述目的，本明采用的技術(shù)方案是1) 堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物的制備首先按質(zhì)量份數(shù)取1份堿式氯化鋁加入1. 5份水中攪拌至堿式氯化鋁完全溶解，然后在溶解后的堿式氯化鋁中滴加0.2-0.3份的濃鹽酸，控制 溫度不超過5(TC，然后再加入2. 0-2. 3份的甲醇加熱80'C回流，最后加 入0. 1-0. 2份的丙二醇反應(yīng)，反應(yīng)完成后減壓抽出溶劑甲醇，剩余物于100 'C烘干得到堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物；2) 增強(qiáng)纖維改性劑的制備按質(zhì)量份數(shù)取1-1. 5份的氧氯化鋯、8. 5-9. 5份的丙二醇和2. 0-2. 5 份的硬脂酸、油酸或丙烯酸加熱至7(TC,反應(yīng)30min，然后加入1.7-1.9 份的堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物保持溫度反應(yīng)lh，減壓抽出溶劑丙二醇， 得淡黃色粘稠狀液體即為增強(qiáng)纖維改性劑。按照本發(fā)明的制備方法得到的公路瀝青增強(qiáng)纖維改性劑，其分子結(jié)構(gòu) 由無機(jī)金屬鋁、鋯和有機(jī)配位基兩部分組成，其中鋁鋯摩爾比為6: 1 1. 5: 1，有機(jī)金屬配位基與金屬摩爾比為0.25 1;其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為<formula>formula see original document page 6</formula> 其中x，y，z二l 100; 2a+b+c二4; d+e=z; -0R,0-是含有雙官能團(tuán)的有機(jī)配為基，-0R20-配位基帶有陰離子基團(tuán)；分子結(jié)構(gòu)中的R2是丙烯酸、脂肪酸或油酸。本發(fā)明適用于通過物理或熱熔法生產(chǎn)的公路瀝青增強(qiáng)用無機(jī)纖維材 料的有機(jī)改性，其包括玄武巖纖維、硅灰石纖維、海泡石纖維、石膏纖維、粉煤灰纖維以及玻璃纖維；是一類具有一個(gè)以上能與無機(jī)礦物表面的官能 團(tuán)和一個(gè)以上與有機(jī)基質(zhì)官能團(tuán)結(jié)合的偶聯(lián)型結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。其分子的結(jié)構(gòu)為<formula>formula see original document page 6</formula>R是一有機(jī)功能基，可提供改性劑優(yōu)良的有機(jī)親和性和反應(yīng)性。其分子結(jié) 構(gòu)中的無機(jī)偶聯(lián)基團(tuán)可與礦物纖維表面的各種官能團(tuán)反應(yīng)，形成強(qiáng)有力的 化學(xué)鍵合，另一部分具有機(jī)親和能力的有機(jī)基團(tuán)可與瀝青有機(jī)基質(zhì)發(fā)生親 和力，從而在礦物無機(jī)纖維和瀝青有機(jī)基質(zhì)兩種性質(zhì)差異很大的材料之間 產(chǎn)生具有特殊功能的"分子橋"，使兩者產(chǎn)生均勻的混融，當(dāng)路面鋪設(shè)成 型時(shí)從而形成均勻的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大大提高瀝青路面抗龜裂性和抗老化性.抵抗車轍和水蝕損害的能力，抗高、低溫穩(wěn)定性，大大延長路面的使用壽 命。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l: 1)堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物的制備首先按質(zhì)量份數(shù)取1份堿式氯化鋁加入1. 5份水中攪拌至堿式氯化鋁 完全溶解，然后在溶解后的堿式氯化鋁中滴加0.2份的濃鹽酸，控制溫度不超過50°C，然后再加入2. 32份的甲醇加熱8(TC回流，最后加入0. 132 份的丙二醇反應(yīng)，反應(yīng)完成后減壓抽出溶劑甲醇，剩余物于IOO'C烘干得 到堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物； 2)增強(qiáng)纖維改性劑的制備按質(zhì)量份數(shù)取12份的氧氯化鋯、9. 52份的丙二醇和2. 32份的硬脂酸 加熱至70°C，反應(yīng)30min，然后加入1. 82份的堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物 保持溫度反應(yīng)lh，減壓抽出溶劑丙二醇，得淡黃色粘稠狀液體即為增強(qiáng)纖 維改性劑。實(shí)施例2: 1)堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物的制備首先按質(zhì)量份數(shù)取1份堿式氯化鋁加入1. 5份水中攪拌至堿式氯化鋁 完全溶解，然后在溶解后的堿式氯化鋁中滴加0.3份的濃鹽酸，控制溫度 不超過5(TC，然后再加入2.1份的甲醇加熱8(TC回流，最后加入O. 17份 的丙二醇反應(yīng)，反應(yīng)完成后減壓抽出溶劑甲醇，剩余物于IO(TC烘干得到 堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物；2)增強(qiáng)纖維改性劑的制備按質(zhì)量份數(shù)取1. 3份的氧氯化鋯、9. 2份的丙二醇和2. 5份的油酸加 熱至70°C，反應(yīng)30min，然后加入1. 9份的堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物保持溫度反應(yīng)lh，減壓抽出溶劑丙二醇，得淡黃色粘稠狀液體即為增強(qiáng)纖維改 性劑。 -實(shí)施例3: 1)堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物的制備首先按質(zhì)量份數(shù)取1份堿式氯化鋁加入1. 5份水中攪拌至堿式氯化鋁完全溶解，然后在溶解后的堿式氯化鋁中滴加0.25份的濃鹽酸，控制溫 度不超過5(TC，然后再加入2.0份的甲醇加熱8(TC回流，最后加入O.l 份的丙二醇反應(yīng)，反應(yīng)完成后減壓抽出溶劑甲醇，剩余物于IO(TC烘干得 到堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物； 2)增強(qiáng)纖維改性劑的制備按質(zhì)量份數(shù)取1. 1份的氧氯化鋯、9. 0份的丙二醇和2. 0份的丙烯酸 加熱至7CTC，反應(yīng)30min，然后加入1. 7份的堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物保 持溫度反應(yīng)lh，減壓抽出溶劑丙二醇，得淡黃色粘稠狀液體即為增強(qiáng)纖維 改性劑。實(shí)施例4: 1)堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物的制備首先按質(zhì)量份數(shù)取1份堿式氯化鋁加入1. 5份水中攪拌至堿式氯化鋁 完全溶解，然后在溶解后的堿式氯化鋁中滴加0.23份的濃鹽酸，控制溫 度不超過50°C，然后再加入2. 2份的甲醇加熱8(TC回流，最后加入0. 15 份的丙二醇反應(yīng)，反應(yīng)完成后減壓抽出溶劑甲醇，剩余物于KKTC烘干得 到^E式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物；2)增強(qiáng)纖維改性劑的制備按質(zhì)量份數(shù)取1. 4份的氧氯化鋯、8. 8份的丙二醇和2. 1份的硬脂酸 加熱至70°C，反應(yīng)30min，然后加入L 75份的堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物 保持溫度反應(yīng)lh，減壓抽出溶劑丙二醇，得淡黃色粘稠狀液體即為增強(qiáng)纖維改性劑。實(shí)施例5: 1)堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物的制備首先按質(zhì)量份數(shù)取1份堿式氯化鋁加入1. 5份水中攪拌至堿式氯化鋁完全溶解，然后在溶解后的堿式氯化鋁中滴加0.28份的濃鹽酸，控制溫 度不超過5(TC，然后再加入2. 0份的甲醇加熱8CTC回流，最后加入0. 2 份的丙二醇反應(yīng)，反應(yīng)完成后減壓抽出溶劑甲醇，剩余物于IOO'C烘干得 到堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物； 2)增強(qiáng)纖維改性劑的制備按質(zhì)量份數(shù)取1. 5份的氧氯化鋯、8. 5份的丙二醇和2. 4份的丙烯酸 加熱至7CTC，反應(yīng)30min，然后加入1. 85份的堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物 保持溫度反應(yīng)lh，減壓抽出溶劑丙二醇，得淡黃色粘稠狀液體即為增強(qiáng)纖 維改性劑。本發(fā)明的公路瀝青增強(qiáng)纖維改性劑在無機(jī)纖維改性時(shí)使用方便，可用 少量酒精水化開，再加入水，即可配成一定濃度的乳液?？稍跓崛鄯ㄉa(chǎn) 無機(jī)纖維噴絲時(shí)，通過噴嘴霧化直接與噴絲纖維接觸進(jìn)行改性，同時(shí)也起 到對(duì)纖維的降溫作用，也可通過浸泡過濾干燥法進(jìn)行改性。纖維經(jīng)改性劑 改性后即變成水中不可潤濕而在油介質(zhì)中可分散型，以利于在瀝青中的充 分分散。其用量為纖維重量的0.1% 1%，可提高纖維的柔軟性，改善無 機(jī)纖維與瀝青有機(jī)材料的相容性，增強(qiáng)其結(jié)合力。利用這種改性劑處理的 無機(jī)纖維可大大改善高速公路瀝青的抗龜裂性和抗老化性，提高公路的使 用壽命。
權(quán)利要求
1、一種公路瀝青增強(qiáng)纖維改性劑的制備方法，其特征在于1)堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物的制備首先按質(zhì)量份數(shù)取1份堿式氯化鋁加入1.5份水中攪拌至堿式氯化鋁完全溶解，然后在溶解后的堿式氯化鋁中滴加0.2-0.3份的濃鹽酸，控制溫度不超過50℃，然后再加入2.0-2.3份的甲醇加熱80℃回流，最后加入0.1-0.2份的丙二醇反應(yīng)，反應(yīng)完成后減壓抽出溶劑甲醇，剩余物于100℃烘干得到堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物；2)增強(qiáng)纖維改性劑的制備按質(zhì)量份數(shù)取1-1.5份的氧氯化鋯、8.5-9.5份的丙二醇和2.0-2.5份的硬脂酸、油酸或丙烯酸加熱至70℃，反應(yīng)30min，然后加入1.7-1.9份的堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物保持溫度反應(yīng)1h，減壓抽出溶劑丙二醇，得淡黃色粘稠狀液體即為增強(qiáng)纖維改性劑。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法得到的公路瀝青增強(qiáng)纖維改性劑， 其特征在于其分子結(jié)構(gòu)由無機(jī)金屬鋁、鋯和有機(jī)配位基兩部分組成，其 中鋁鋯摩爾比為6: 1 1.5: 1，有機(jī)金屬配位基與金屬摩爾比為0.25 1。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法得到的公路瀝青增強(qiáng)纖維改性劑，其特征在于其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為[Al (OR,O) aClb (OH) e] x [OC (R2) 0] y [ZrCld (OH) c] z 其中x，y，z^l 100; 2a+b+c=4; d+e=z; -0R,0-是含有雙官能團(tuán)的有機(jī)配為基-OR刀-配位基帶有陰離子基團(tuán)；分子結(jié)構(gòu)中的R2是丙烯酸、脂肪酸或油酸。
全文摘要
一種公路瀝青增強(qiáng)纖維改性劑及其制備方法，將堿式氯化鋁溶于水中，再加入濃鹽酸、甲醇和丙二醇反應(yīng)，反應(yīng)完成后抽出甲醇，將剩余物烘干得堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物；然后將氧氯化鋯、丙二醇和硬脂酸、油酸或丙烯酸加熱反應(yīng)，然后加入堿式氯化鋁-丙二醇絡(luò)合物反應(yīng)，減壓抽出溶劑即可。通過本發(fā)明改性可提高無機(jī)纖維的柔軟性，改善無機(jī)纖維與瀝青有機(jī)材料的相容性，增強(qiáng)其結(jié)合力。利用這種改性劑處理的無機(jī)纖維可大大改善高速公路瀝青的抗龜裂性和抗老化性，提高公路的使用壽命。
文檔編號(hào)C04B20/00GK101255029SQ20081001768
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月11日
發(fā)明者鄭小鵬, 陳均志 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)