本發(fā)明屬于瀝青改性技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種抗紫外光老化瀝青及其制備方法。
背景技術(shù)：
瀝青路面具有行車(chē)舒適、噪音低、抗滑性好、車(chē)輛磨損小等優(yōu)點(diǎn)，已成為高等級(jí)公路路面的主要類型，在世界各國(guó)已建公路中瀝青路面已占80％以上。但在自然氣候條件的作用下，瀝青同大氣中的氧發(fā)生反應(yīng)和受紫外線輻射作用易于老化，表現(xiàn)為粘度增大、軟化點(diǎn)升高、針入度減小，導(dǎo)致瀝青路面的抗溫度裂縫和疲勞破壞能力下降，路面容易出現(xiàn)裂縫、坑槽等病害，使瀝青路面的使用壽命縮短。我國(guó)許多高速公路在建成通車(chē)幾年后便不得不進(jìn)行大面積維修，由此而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，提高瀝青的耐老化性對(duì)于延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命、節(jié)約寶貴的石油資源具有重要的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
二氧化鈦具有很強(qiáng)的抗紫外線能力，常被用作光屏蔽劑，但是由于其在瀝青中的分散性不理想而影響了其抗紫外能力的發(fā)揮，因此需對(duì)其進(jìn)行改性；蒙脫土是一種含水的層狀鋁硅酸礦物，已有研究表明，蒙脫土能夠提高瀝青的氣液阻隔性能及耐熱性能。因此，本發(fā)明采用有機(jī)化處理對(duì)蒙脫土進(jìn)行表面改性，再將二氧化鈦柱撐進(jìn)入蒙脫土層間，既可以解決分散性問(wèn)題，還可以提高瀝青的抗紫外光老化以及耐熱性能，從而制備出具有優(yōu)良抗紫外光老化和耐熱性能的瀝青。
具體的，本發(fā)明提供的抗紫外光老化瀝青，包括以下重量份數(shù)的各組分：瀝青100份、有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土4-10份；其中，所述有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土由以下質(zhì)量份的原料組成：蒙脫土0.1-5份、有機(jī)改性劑1-10份、鈦源柱化劑1-20份。
優(yōu)選地，所述有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土由以下質(zhì)量份數(shù)的原料組成：蒙脫土2-4份、有機(jī)改性劑3-8份、鈦源柱化劑4-12份。
更優(yōu)選地，所述有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土由以下質(zhì)量份數(shù)的原料組成：蒙脫土2.5份、有機(jī)改性劑5份、鈦源柱化劑6.25份。
更優(yōu)選地，所述瀝青為道路石油瀝青，軟化點(diǎn)為40-60℃，25℃針入度大于50dmm。
更優(yōu)選地，所述蒙脫土為鈉基蒙脫土，細(xì)度為200-600目。
更優(yōu)選地，所述鈦源柱化劑為鈦酸四丁酯、硫酸鈦、硫酸氧鈦、四氯化鈦中的任意一種。
優(yōu)選地，所述有機(jī)改性劑為十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、α-烯烴磺酸鹽、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基氯化吡啶、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基溴化銨或十八烷基二甲基芐基氯化銨中的任意一種。
優(yōu)選地，本發(fā)明還提供了一種抗紫外光老化瀝青的制備方法，具體步驟如下：
S1：按蒙脫土0.1-5份、有機(jī)改性劑1-10份、鈦源柱化劑1-20份的質(zhì)量份數(shù)比例分別稱取各原料，備用；
S2：將蒙脫土加入一定量的水中，攪拌一定時(shí)間使其充分溶脹，得到蒙脫土溶液；在攪拌作用下將所述鈦源柱化劑逐滴滴入鹽酸溶液中，直至溶液變?yōu)橥该鳎频肨iO2溶膠；
S3：將所述TiO2溶膠滴入所述蒙脫土溶液中，室溫下攪拌0.5-1h，再在60℃下回流2-3h，離心分離后，反復(fù)水洗，至無(wú)Cl-檢出為止，去除上層清液后，將剩余物質(zhì)在55-60℃下干燥18-24h，然后在450-500℃焙燒3-5h，即得鈦柱撐蒙脫土；
S4：將所述鈦柱撐蒙脫土加入一定量的水中，攪拌使其充分溶脹；在劇烈攪拌下，加入所述有機(jī)改性劑，70-80℃水浴中保溫4-6h進(jìn)行離子交換反應(yīng)，再經(jīng)洗滌、離心分離后，在70-80℃下干燥18-24h，經(jīng)研磨后即得有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土；
S5：按照瀝青100份、有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土4-10份的比例，分別稱取瀝青和有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土；加熱瀝青至150-180℃，開(kāi)動(dòng)剪切攪拌機(jī)，在2000-6000rpm的轉(zhuǎn)速下剪切攪拌1-2小時(shí)，保持溫度為150-180℃，在攪拌的過(guò)程中慢慢加入所述有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土；隨后將攪拌轉(zhuǎn)速降低至500-1000rpm，保持溫度為150-180℃，繼續(xù)攪拌1-4小時(shí)，得到所述抗紫外光老化瀝青。
本發(fā)明的有益效果如下：
基于自然氣候條件的作用下，瀝青同大氣中的氧發(fā)生反應(yīng)和受紫外線輻射作用易于老化，本發(fā)明利用蒙脫土在極性分子作用下層間距所具有的可膨脹性及層間陽(yáng)離子的可交換性，將大的羥基鈦離子引入蒙脫土層間，再利用灼燒的方式使TiO2像“柱子”一樣嵌在蒙脫土層間，再利用有機(jī)化改性劑對(duì)蒙脫土進(jìn)行有機(jī)化處理，得到有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土，然后再與瀝青進(jìn)行熔融插層，制得瀝青/有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土復(fù)合材料。本發(fā)明綜合了TiO2優(yōu)異的紫外線屏蔽能力和蒙脫土優(yōu)異的氣液阻隔性能以及耐熱性能，最后利用有機(jī)化改性劑對(duì)柱撐蒙脫土進(jìn)行有機(jī)化處理，使柱撐蒙脫土在瀝青中分散更加均勻，綜合提高瀝青的耐紫外光老化性能，延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命。
具體實(shí)施方式
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案能予以實(shí)施，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
以下實(shí)施例中，所用到的原料和試劑若無(wú)特殊說(shuō)明，均為市售商品，均可在市場(chǎng)上夠買(mǎi)得到，所涉及的制備方法若無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法。
一種抗紫外光老化瀝青，包括以下重量份數(shù)的各組份：瀝青100份、有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土4-10份；其中，所述有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土由以下質(zhì)量份的原料組成：蒙脫土0.1-5份、有機(jī)改性劑1-10份、鈦源柱化劑1-20份。
具體的，上述瀝青為道路石油瀝青，軟化點(diǎn)為40-60℃，25℃針入度大于50dmm，上述蒙脫土為細(xì)度為200-600目的鈉基蒙脫土，上述鈦源柱化劑為鈦酸四丁酯、硫酸鈦、硫酸氧鈦、四氯化鈦中的任意一種，上述有機(jī)改性劑為十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、α-烯烴磺酸鹽、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基氯化吡啶、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基溴化銨或十八烷基二甲基芐基氯化銨中的任意一種。
利用蒙脫土的膨脹性、離子交換性和吸附性將聚合羥基鈦離子引入蒙脫土層間，增大蒙脫土的層間距，使蒙脫土片層的表面由親水性變?yōu)橛H油性，以利于瀝青進(jìn)入蒙脫土片層中，形成納米剝離復(fù)合物，綜合二氧化鈦優(yōu)越的抗紫外線能力和蒙脫土的優(yōu)點(diǎn)，顯著提高瀝青的耐紫外老化及耐熱性能，延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命。
基于同樣的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種抗紫外光老化瀝青的制備方法，具體步驟如下：
S1：按蒙脫土0.1-5份、有機(jī)改性劑1-10份、鈦源柱化劑1-20份的質(zhì)量份數(shù)比例分別稱取各原料，備用；
S2：將蒙脫土加入一定量的水中，攪拌一定時(shí)間使其充分溶脹，得到蒙脫土溶液；在攪拌作用下將所述鈦源柱化劑逐滴滴入鹽酸溶液中，直至溶液變?yōu)橥该鳎频肨iO2溶膠；
S3：將所述TiO2溶膠滴入所述蒙脫土溶液中，室溫下攪拌0.5-1h，再在60℃下回流2-3h，離心分離后，反復(fù)水洗，至無(wú)Cl-檢出為止，去除上層清液后，將剩余物質(zhì)在55-60℃下干燥18-24h，然后在450-500℃焙燒3-5h，即得鈦柱撐蒙脫土；
S4：將所述鈦柱撐蒙脫土加入一定量的水中，攪拌使其充分溶脹；在劇烈攪拌下，加入上述有機(jī)改性劑，70-80℃水浴中保溫4-6h進(jìn)行離子交換反應(yīng)，再經(jīng)洗滌、離心分離后，在70-80℃下干燥18-24h，經(jīng)研磨后即得有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土；
S5：按照瀝青100份、有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土4-10份的比例，分別稱取瀝青和有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土；加熱瀝青至150-180℃，開(kāi)動(dòng)剪切攪拌機(jī)，在2000-6000rpm的轉(zhuǎn)速下剪切攪拌1-2小時(shí)，保持溫度為150-180℃，在攪拌的過(guò)程中慢慢加入所述有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土；隨后將攪拌轉(zhuǎn)速降低至500-1000rpm，保持溫度為150-180℃，繼續(xù)攪拌1-4小時(shí)，得到所述抗紫外光老化瀝青。
以下就本發(fā)明提供的抗紫外光老化瀝青進(jìn)行具體的舉例說(shuō)明。
實(shí)施例1：
將10g細(xì)度為200目的鈉基蒙脫土加適量水?dāng)嚢?4h，使其充分溶脹，得到蒙脫土溶液；在劇烈攪拌下將25g鈦酸四丁酯逐滴滴入鹽酸溶液中，攪拌3h后變?yōu)橥该魅芤海玫絋iO2溶膠；
將TiO2溶膠滴入溶脹后的蒙脫土懸浮液中，攪拌1h，再在60℃下回流3h，離心分離后、沉淀物反復(fù)水洗至無(wú)Cl-檢出，去除上層清液后，將剩余物質(zhì)在60℃下干燥24h，充分研細(xì)后于500℃焙燒5h，即得鈦柱撐蒙脫土；
再將獲得的鈦柱撐蒙脫土加入適量水中，攪拌一定時(shí)間使其充分溶脹，在劇烈攪拌下加入20g十二烷基硫酸鈉，80℃水浴中保溫4h進(jìn)行離子交換反應(yīng)，再經(jīng)洗滌、離心分離后，在80℃下干燥24h，再經(jīng)研磨后即得有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土；
取400g瀝青，加熱至150℃，添加16g有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土，開(kāi)動(dòng)剪切攪拌機(jī)，在6000rpm的轉(zhuǎn)速下高速剪切攪拌1小時(shí)，保持溫度為150℃；將攪拌速度降低至1000rpm，保持溫度為150℃，繼續(xù)攪拌1小時(shí)，得到抗紫外光老化瀝青。
對(duì)實(shí)施例1所制得的抗紫外老化瀝青進(jìn)行室內(nèi)UV加速老化，測(cè)得其粘度老化指數(shù)為1.41，軟化點(diǎn)增量為4.3℃。
對(duì)比例1：
取400g瀝青，加熱至150℃，添加16g二氧化鈦，開(kāi)動(dòng)剪切攪拌機(jī)，在6000rpm的轉(zhuǎn)速下高速攪拌1小時(shí)，保持溫度為150℃；將攪拌速度降低至1000rpm，保持溫度為150℃，繼續(xù)攪拌1小時(shí)，制成二氧化鈦改性瀝青。
對(duì)對(duì)比例1所制得的二氧化鈦改性瀝青進(jìn)行室內(nèi)UV加速老化，測(cè)得其粘度老化指數(shù)為1.95，軟化點(diǎn)增量為8.7℃。
對(duì)比例2：
將10g鈉基蒙脫土攪拌24h，使其充分溶脹；在劇烈攪拌下加入一定量的十二烷基硫酸鈉，80℃水浴中保溫4h進(jìn)行離子交換反應(yīng)，再經(jīng)洗滌、離心分離后在80℃下干燥24h，再經(jīng)研磨后，即得有機(jī)改性蒙脫土；
取400g瀝青，加熱至150℃，添加16g有機(jī)改性蒙脫土，開(kāi)動(dòng)剪切攪拌機(jī)，在6000rpm的轉(zhuǎn)速下高速攪拌1小時(shí)，保持溫度為150℃；將攪拌速度降低至1000rpm，保持溫度為150℃，繼續(xù)攪拌1小時(shí)，制成有機(jī)化蒙脫土改性瀝青。
對(duì)對(duì)比例2所制得的有機(jī)化蒙脫土改性瀝青進(jìn)行室內(nèi)UV加速老化，測(cè)得其粘度老化指數(shù)為1.72，軟化點(diǎn)增量為7.1℃。
對(duì)比例3
將10g鈉基蒙脫土攪拌24h，使其充分溶脹，得到蒙脫土溶液；在劇烈攪拌下將25g十二烷基硫酸鈉逐滴滴入鹽酸溶液中，攪拌3h后變?yōu)橥该魅芤?，得到TiO2溶膠；將此TiO2溶膠滴入溶脹后的蒙脫土懸浮液中，攪拌1h，再在60℃下回流3h，離心、水洗至無(wú)Cl-檢出，去除上層清液后，將剩余物質(zhì)在60℃下干燥24h，充分研細(xì)后于500℃焙燒5h即得二氧化鈦柱撐蒙脫土；
取400g瀝青，加熱至150℃，添加16g二氧化鈦柱撐蒙脫土，開(kāi)動(dòng)剪切攪拌機(jī)，在6000rpm的轉(zhuǎn)速下高速攪拌1小時(shí)，保持溫度為150℃；將攪拌速度降低至1000rpm，保持溫度為150℃，繼續(xù)攪拌1小時(shí)，制成二氧化鈦柱撐蒙脫土改性瀝青。
對(duì)對(duì)比例3所制得的二氧化鈦柱撐蒙脫土改性瀝青進(jìn)行室內(nèi)UV加速老化，測(cè)得其粘度老化指數(shù)為1.56，軟化點(diǎn)增量為6.2℃。
實(shí)施例1和對(duì)比例1-3相比，實(shí)施例1的粘度老化指數(shù)和軟化點(diǎn)增量均小于對(duì)比例1、對(duì)比例2和對(duì)比例3，表明經(jīng)實(shí)施例1制備的改性瀝青具有較好的抗紫外光老化性能。
實(shí)施例2：
將10g鈉基蒙脫土加適量水?dāng)嚢?8h，使其充分溶脹，得到蒙脫土溶液；在劇烈攪拌下將30g四氯化鈦逐滴滴入鹽酸溶液中，攪拌2.5h后變?yōu)橥该魅芤?，得到TiO2溶膠；
將TiO2溶膠滴入溶脹后的蒙脫土懸浮液中，攪拌0.5h，再在60℃下回流2.5h，離心分離后、沉淀物反復(fù)水洗至無(wú)Cl-檢出，去除上層清液后，將剩余物質(zhì)在60℃下干燥20h，充分研細(xì)后于480℃焙燒4h，即得鈦柱撐蒙脫土；
再將獲得的鈦柱撐蒙脫土加入適量水中，攪拌一定時(shí)間使其充分溶脹，在劇烈攪拌下加入20g十六烷基氯化吡啶，75℃水浴中保溫5h進(jìn)行離子交換反應(yīng)，再經(jīng)洗滌、離心分離后，在75℃下干燥20h，再經(jīng)研磨后即得有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土；
取400g瀝青，加熱至160℃，添加20g有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土，開(kāi)動(dòng)剪切攪拌機(jī)，在4000rpm的轉(zhuǎn)速下高速攪拌1.5小時(shí)，保持溫度為160℃；將攪拌速度降低至1000rpm，保持溫度為160℃，繼續(xù)攪拌1.5小時(shí)，得到抗紫外光老化瀝青。
對(duì)實(shí)施例2所制得的抗紫外老化瀝青進(jìn)行室內(nèi)UV加速老化，測(cè)得其粘度老化指數(shù)為1.27，軟化點(diǎn)增量為3.5℃。
實(shí)施例3：
將10g鈉基蒙脫土加適量水?dāng)嚢?0h，使其充分溶脹，得到蒙脫土溶液；在劇烈攪拌下將20g硫酸氧鈦逐滴滴入鹽酸溶液中，攪拌2h后變?yōu)橥该魅芤?，得到TiO2溶膠；
將TiO2溶膠滴入溶脹后的蒙脫土懸浮液中，攪拌50min，再在60℃下回流2h，離心分離后、沉淀物反復(fù)水洗至無(wú)Cl-檢出，去除上層清液后，將剩余物質(zhì)在55℃下干燥18h，充分研細(xì)后于500℃焙燒3h，即得鈦柱撐蒙脫土；
再將獲得的鈦柱撐蒙脫土加入適量水中，攪拌一定時(shí)間使其充分溶脹，在劇烈攪拌下加入15g十二烷基三甲基溴化銨，70℃水浴中保溫6h進(jìn)行離子交換反應(yīng)，再經(jīng)洗滌、離心分離后，在70℃下干燥22h，再經(jīng)研磨后即得有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土；
取400g瀝青，加熱至180℃，添加24g有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土，開(kāi)動(dòng)剪切攪拌機(jī)，在2000rpm的轉(zhuǎn)速下高速攪拌2小時(shí)，保持溫度為180℃；將攪拌速度降低至500rpm，保持溫度為180℃，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，得到抗紫外光老化瀝青。
對(duì)實(shí)施例3所制得的抗紫外老化瀝青進(jìn)行室內(nèi)UV加速老化，測(cè)得其粘度老化指數(shù)為1.36，軟化點(diǎn)增量為4.2℃。
實(shí)施例4
一種抗紫外光老化瀝青，具體包括瀝青100份、有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土10份；其中，有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土由以下質(zhì)量份的原料組成：鈉基蒙脫土1份、十六烷基氯化吡啶2份、硫酸鈦4份。
具體的制備方法和實(shí)施例1相同，在此就不作詳細(xì)描述。
實(shí)施例5
一種抗紫外光老化瀝青，具體包括瀝青100份、有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土7份；其中，有機(jī)-鈦柱撐蒙脫土由以下質(zhì)量份的原料組成：鈉基蒙脫土1份、α-烯烴磺酸鹽10份、鈦酸四丁酯10份。
具體的制備方法和實(shí)施例2相同，在此就不作詳細(xì)描述。
對(duì)實(shí)施例4和實(shí)施例5的所制得的抗紫外光老化瀝青同樣進(jìn)行了室內(nèi)UV加速老化試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果顯示，實(shí)施例4和實(shí)施例5的粘度老化指數(shù)和軟化點(diǎn)增量與實(shí)施例1的結(jié)果相近，略大于實(shí)施例1的結(jié)果，可見(jiàn)，實(shí)施例4-5制備的改性瀝青同樣具有較好的抗紫外光老化性能。
以上所述實(shí)施例僅是為充分說(shuō)明本發(fā)明而所舉的較佳的實(shí)施例，其保護(hù)范圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。