本發(fā)明涉及道路工程材料領域，特別是涉及一種基于石墨烯抗車轍劑的改性瀝青及其制備方法。
背景技術：
：目前提高瀝青的高溫性能和抗車轍性的改性瀝青方法包括：(1)直接混溶法由于聚合物分子量和化學結(jié)構的不同，與瀝青的溶解度速度差別很大，對于SBS、PE等改性劑，不宜用螺旋葉片攪拌生產(chǎn)改性瀝青，而對于EVA、APP、APAO這樣容易被瀝青溶解的聚合物，從經(jīng)濟的角度考慮，應采用螺旋葉片攪拌的方法生產(chǎn)改性瀝青。對于不宜使用螺旋攪拌法生產(chǎn)改性瀝青的聚合物，需要采用膠體磨將聚合物研磨成很細的顆粒以增加瀝青與聚合物的接觸面積從而促進瀝青與聚合物的溶解。這種生產(chǎn)改性瀝青的方法是目前世界上生產(chǎn)改性瀝青最先進的方法，這種工藝可以在改性瀝青生產(chǎn)廠生產(chǎn)改性瀝青，也可以將設備運到混合料攪拌和現(xiàn)場邊生產(chǎn)邊使用(這種工藝適合于不能得到穩(wěn)定性好的改性瀝青的情況)。采用膠體磨法或高速剪切法生產(chǎn)改性瀝青，一般都需要經(jīng)過聚合物的溶脹、分散磨細、繼續(xù)發(fā)育3個過程。每一個階段的工藝流程和時間隨改性劑、瀝青及加工設備的不同而異，聚合物經(jīng)過溶脹后，剪切分散效果才會更好，剪切分散好的改性瀝青還需儲存一定時間使之繼續(xù)發(fā)育，對不穩(wěn)定的改性瀝青體系，在發(fā)育過程中要繼續(xù)攪拌?，F(xiàn)在，世界各國已經(jīng)有了多種膠體磨或高速剪切改性瀝青生產(chǎn)設備。(2)母料法將濃度很高的改性瀝青預先在工廠中制作好，運到施工現(xiàn)場稀釋以后使用，這種方式稱作改性瀝青的母料制作法。用母料法制作的高濃度改性瀝青一般在常溫下都是固態(tài)，運輸和儲存比較方便，傻瓜現(xiàn)場也不需要配備復雜的、功率很大的膠體磨一類的攪拌設備。母料的制作方法油兩種：一是直接混溶法，二是溶劑法。具有工業(yè)上使用價值的改性瀝青母料在中國有兩類，即SBS改性瀝青和SBR改性瀝青。APP類無規(guī)共聚物改性瀝青沒有作成母料的價值，因為這一類材料本身就很容易溶解在瀝青中間；廢橡膠一類的改性瀝青也沒有作成母料的價值，因為這一類材料基本上不能很均勻的分散在瀝青中間。母料法制作的改性瀝青可以在道路施工現(xiàn)場很方便的應用。中國改性瀝青防水卷材生產(chǎn)廠很少采用母料法制作改性瀝青涂蓋材料，因為這一類生產(chǎn)廠本身具備比較完備的改性瀝青生產(chǎn)設備。對于具有膠體磨的改性瀝青卷材廠，制作高濃度改性瀝青母料是很容易的。SBS和SBR改性瀝青母料的濃度一般答應20％，母料與調(diào)稀用瀝青的混合預拌不再需要特殊的設備，只需在一定的溫度從下通過螺旋葉片攪拌就可以實現(xiàn)母料預瀝青的混溶。母料法生產(chǎn)改性瀝青的過程有兩個關鍵因素，一個是制備母料所用的設備和基質(zhì)瀝青與聚合物的相容性和穩(wěn)定性問題，如果母料中基質(zhì)瀝青與聚合物相容性不好或穩(wěn)定性不好，在母料冷卻、運輸、儲存工程中，改性劑會發(fā)生離析，嚴重影響改性效果。另一個是穆拉瀝青與調(diào)稀用瀝青的相容性和穩(wěn)定性問題。在將母料加熱與其他瀝青調(diào)稀摻配的再加工過程中，如果摻配后的體系相容性或穩(wěn)定性不好，也會影響改性瀝青的性質(zhì)和它使用范圍，也就失去了改性瀝青母料的意義。(3)溶劑法SBS和SBR改性材料都可以找到相近的溶劑將它們?nèi)芙饣蛉苊洝Ｖ袊男詾r青行業(yè)使用膠體磨以前，溶劑法的使用非常廣泛，為中國油氈廠大量采用。用溶劑法生產(chǎn)改性瀝青，其設備簡單、投資少、上馬快，是小型改性瀝青企業(yè)首先選取的工藝流程。隨著石油化工工業(yè)的發(fā)展，中國溶劑的生產(chǎn)也產(chǎn)生了很大的變化，現(xiàn)在選用能夠和橡膠相容的溶劑不是很困難。對普通橡膠具有良好的溶脹作用的溶劑以石油餾分為主，這些溶劑可以在混合料制備過程中非常穩(wěn)定，對瀝青的低溫柔性并沒有不良影響。具有良好的溶脹作用的溶劑和普通的橡膠碎片共同混合，降低了橡膠的內(nèi)聚力，然后，將這些混合物送入橡膠密煉機進行混合密煉，密煉過程中加入瀝青，以這種工藝可以制得濃度超過50％得橡膠改性瀝青。不過，這種方法并不完全是溶劑法。(4)彈性體改性彈性體包括：1、1.4-聚丁二烯(1,4-BR)添加氫成結(jié)晶聚乙烯。氫化共聚物見下表。①B1,4＝1,4-聚丁二烯嵌段；B1,2＝1,2-聚丁二烯嵌段；BMV＝中乙烯基(35～60％)聚丁二烯b嵌段；I＝聚1,4-聚異戊二烯嵌段。②選擇性加氫，這種嵌段未被加氫。苯乙烯類嵌段共聚物與瀝青共混。在這種共混物中，嵌段共聚物的含量通常低于20％，即使含量為3％時也能顯著改善瀝青的性能。聚苯乙烯-彈性體嵌段共聚物使瀝青的韌性提高(特別是低溫韌性)、軟化點上升，滲透性降低，高溫下(例如屋頂用和公路用瀝青會遇到較高的溫度)的流動傾向減弱，該嵌段共聚物還能提高瀝青的剛性、拉伸強度、 延性以及回彈性，同時，共混物還能依然保持熔融粘度較低的特點，易于施工。當嵌段共聚物的含量達到約5％時，形成聚合物網(wǎng)絡，此時，共聚物從聚合物改性瀝青變?yōu)闉r青填充聚合物。正確選擇瀝青的牌號是非常重要的，通常當瀝青中溶于石油醚組分中瀝青質(zhì)含量較低和/或芳香度較高時，這種瀝青是最好的。瀝青與聚苯乙烯-彈性體嵌段共聚物組成的共混物可以用于修路、屋頂防水等領域，其中SBS成本較低，應用比較普遍。由于SEBS具有較好的紫外線穩(wěn)定性、抗氧性和熱穩(wěn)定性，所以，在屋頂和修路用瀝青中也可以使用SEBS。(5)乳液法部分交通部門使用SBR膠乳對瀝青進行改性，在一個釜的中央和四周同時噴入瀝青和膠乳，這樣由于其中的水分不能及時蒸發(fā)，便形成了泡沫狀的瀝青膠乳混合液，粘度大大降低，有利于混合料的拌和。但由于這種改性瀝青泡沫是連續(xù)生產(chǎn)的，體積特別大，不能間歇的噴入拌和倉中，所以它只適用于連續(xù)拌和機。另外在拌和過程中也會有水蒸氣揮發(fā)，同時會存在設備的腐蝕等問題。高速公路瀝青路面早期破損問題，已成為影響我國公路健康發(fā)展的突出矛盾。不足之處主要表現(xiàn)在三個方面：一是損壞時間早。有的建成使用后1—2年，就出現(xiàn)嚴重的損壞現(xiàn)象，個別路段通車當年就出現(xiàn)大面積損壞，遠遠達不到設計壽命。二是損壞范圍寬。全國各地都不同程度地存在著路面過早損壞問題。三是損壞程度重。有的損壞不是局限在瀝青表面層，而是基層也發(fā)生損壞，不得不進行路面重建。為了解決以上問題，常用的解決車轍的方案有三種：一是級配改良。級配改良是一柄雙刃劍，如果劍術不高超就可能提高了抗車轍性能，而產(chǎn)生了水損壞。二是瀝青改性。瀝青改性的效果比較好，但存在瀝青與改性劑的相容性問題，為了達到更高的抗車轍性能，需要高劑量的改性劑，而高劑量的改性劑難以在瀝青中分散均勻，而且在運輸途中和儲存過程中會出現(xiàn)改性劑與瀝青的分層離析，其性能反而不如基質(zhì)瀝青。另外存在成本較高的問題。三是纖維增強。纖維增強的效果較好，同樣要達到更高的抗車轍性能時，需要高摻量的纖維，而高摻量的纖維難以在瀝青混合料中分散均勻，分散不均勻的纖維瀝青混合料不僅起不到增強作用，反而使結(jié)構疏松強度降低。目前，改性瀝青的研究大多采用聚合物作為車轍改性劑，對瀝青性能的改善有限?，F(xiàn)階段的車轍改性劑在實際拌合生產(chǎn)中一般需要延長拌合時間10-15s，較大影響了生產(chǎn)效率，此外，普通車轍改性劑制備的瀝青混合料在攤鋪碾壓過程中容易出現(xiàn)推移、開裂等問題，不利于碾壓壓實。石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，通常包括單層石墨烯、雙層石墨烯、少層石墨烯、多層或厚層石墨烯及經(jīng)過處理得到的氧化石墨烯。單層石墨烯：指由一層以苯環(huán)結(jié)構(即六角形蜂巢結(jié)構)周期性緊密堆積的碳原子構成的一種二維碳材料。雙層石墨烯：指由兩層以苯環(huán)結(jié)構(即六角形蜂巢結(jié)構)周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式(包括AB堆垛，AA堆垛，AA‘堆垛等)堆垛構成的一種二維碳材料。少層石墨烯：指由3-10層以苯環(huán)結(jié)構(即六角形蜂巢結(jié)構)周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式(包括ABC堆垛，ABA堆垛等)堆垛構成的一種二維碳材料。多層或厚層石墨烯：指厚度在10層以上10nm以下苯環(huán)結(jié)構(即六角形蜂巢結(jié)構)周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式(包括ABC堆垛，ABA堆垛等)堆垛構成的一種二維碳材料。氧化石墨烯薄片是石墨粉末經(jīng)化學氧化及剝離后的產(chǎn)物，氧化石墨烯是單一的原子層，可以隨時在橫向尺寸上擴展到數(shù)十微米，因此，其結(jié)構跨越了一般化學和材料科學的典型尺度。氧化石墨烯可視為一種非傳統(tǒng)型態(tài)的軟性材料，具有聚合物、膠體、薄膜，以及兩性分子的特性。氧化石墨烯的分子式：目前的采用抗車轍劑制備改性瀝青需要進行機械剪切分散，一般制備時間需要20min-30min，且存在抗車轍劑顆粒不易分散、與瀝青相容性不好等問題，制備好得改性瀝青長時間儲存容易出現(xiàn)離析。技術實現(xiàn)要素：為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種能夠有效減少改性瀝青拌合分散時間，提高抗車轍劑與改性瀝青的相容性以及改性瀝青的熱儲存穩(wěn)定性的基于石墨烯抗車轍劑的改性瀝青。本發(fā)明采用的技術方案為：一種基于石墨烯抗車轍劑的改性瀝青，由基質(zhì)瀝青及占所述基質(zhì)瀝青的重量百分比為1％～7％的石墨烯抗車轍劑制成；其中，所述石墨烯抗車轍劑由以下組分制成：聚烯烴10～50份，熱塑性彈性體乙烯基芳香烴-共軛二烯嵌段共聚物3～20份，石墨烯10～30份，界面活性劑1～5份，以上份數(shù)按重量計。優(yōu)選地，所述聚烯烴為PE、PP、EVA、APP、APAO、POE、HDPE、LDPE及LLDPE中的一種或幾種。優(yōu)選地，所述熱塑性彈性體乙烯基芳香烴-共軛二烯嵌段共聚物為SBS、SIS、SEBS及SEPS中的一種或多種。優(yōu)選地，所述石墨烯為單層石墨烯、雙層石墨烯、多層石墨烯及氧化石墨烯中的一種或幾種。優(yōu)選地，所述界面活性劑為兩性離子型表面活性劑，所述兩性離子型表面活性劑為烷基咪唑啉型鹵化物酸鹽或烷基甜菜堿鹵化物酸鹽中的一種或幾種。優(yōu)選地，所述基質(zhì)瀝青為直餾瀝青、氧化瀝青、半吹氣瀝青、重交通聚合物改性瀝青、天然瀝青、焦油瀝青中的一種。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的另一個技術方案是：提供一種基于石墨烯的改性瀝青的制備方法，其步驟如下：按比例將基質(zhì)瀝青加熱至155-165℃；開啟攪拌裝置，并按比例加入石墨烯抗車轍劑，攪拌10-15min，即制得基于石墨烯的改性瀝青。本發(fā)明的有益效果是：區(qū)別于現(xiàn)有技術的情況，本發(fā)明的基于石墨烯抗車轍劑作為改性劑改性瀝青，由于石墨烯具有兩親性，從石墨烯薄片邊緣到中央呈現(xiàn)親水至疏水的性質(zhì)分布，如同界面活性劑一般存在界面，能降低界面間的能量，并配合界面活性劑復配，有利于抗車轍劑快速分散于基質(zhì)瀝青中，在石墨烯與界面活性劑的雙重作用下，加速抗車轍劑在基質(zhì)瀝青中分散，減少拌合分散所需的時間，提高拌合站的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。此外，由于石墨烯的界面作用，使得基質(zhì)瀝青與抗車轍劑有效成分形成穩(wěn)定結(jié)構，因此，基于石墨烯抗車轍劑的改性瀝青具有較好的熱儲存穩(wěn)定性。具體實施方式本發(fā)明提供一種基于石墨烯抗車轍劑的改性瀝青，由基質(zhì)瀝青及占所述基質(zhì)瀝青的重量百分比為1％～7％的石墨烯抗車轍劑制成；其中，石墨烯抗車轍劑由以下組分制成：聚烯烴10～50份，熱塑性彈性體乙烯基芳香烴-共軛二烯嵌段共聚物3～20份，石墨烯10～30份，界面活性劑1～5份，以上份數(shù)按重量計。在本發(fā)明中，聚烯烴為PE、PP、EVA、APP、APAO、POE、HDPE、LDPE及LLDPE中的一種或幾種。在本發(fā)明中，熱塑性彈性體乙烯基芳香烴-共軛二烯嵌段共聚物為SBS、SIS、SEBS及SEPS中的一種或多種。在本發(fā)明中，石墨烯為單層石墨烯、雙層石墨烯、多層石墨烯及氧化石墨烯中的一種或幾種。在本發(fā)明中，界面活性劑為兩性離子型表面活性劑，兩性離子型表 面活性劑為烷基咪唑啉型鹵化物酸鹽或烷基甜菜堿鹵化物酸鹽中的一種或幾種。優(yōu)選地，所述基質(zhì)瀝青為直餾瀝青、氧化瀝青、半吹氣瀝青、重交通聚合物改性瀝青、天然瀝青、焦油瀝青中的一種。另外，本發(fā)明還提供一種基于石墨烯的改性瀝青的制備方法，其步驟如下：按比例將基質(zhì)瀝青加熱至155-165℃；開啟攪拌裝置，并按比例加入石墨烯抗車轍劑，攪拌10-15min，即制得基于石墨烯的改性瀝青。下列通過給出的本發(fā)明的具體實施例及對比例將進一步清楚地了解本發(fā)明，但它們不是對本發(fā)明的限定。實施例1：按重量份分別稱取10份PE；20份SBS；在轉(zhuǎn)速為15r/min條件下，將聚烯烴PE和SBS混合均勻；然后在8min內(nèi)將混合物升溫至80℃，加入5份C18烷基咪唑啉鹵化物磷酸鉀，在15min內(nèi)升溫至150℃，加入30份單層石墨烯，最后在5min內(nèi)升溫至200℃；將混合物冷卻后通過雙螺桿擠出機擠塑成型，制得成品，同時裝桶以備用；按重量份稱取93份70#石油瀝青并加熱至155-165℃，開啟攪拌裝置，并加入7份石墨烯抗車轍劑，攪拌15min，即制得石墨烯抗車轍劑改性瀝青，改性瀝青的指標見表1。實施例2：按重量份分別稱取30份PE、10份APP、5份LDPE、5份EVA；SEBS3份；在轉(zhuǎn)速為20r/min條件下，將上述物料混合均勻，然后在12min內(nèi)將混合物升溫至80℃，加入3份烷基酰胺丙基甜菜堿鹵化物磷酸鉀，升溫至150℃，加入10份氧化石墨烯，最后在3min內(nèi)升溫至200℃；將混合物冷卻后通過雙螺桿擠出機擠塑成型，制得成品，同時裝桶以備用。按重量份稱取99份70#石油瀝青并加熱至155-165℃，開啟攪拌裝置，并加入1份石墨烯抗車轍劑，攪拌10min，即制得石墨烯抗車轍劑改性瀝青，改性瀝青的指標見表1。實施例3：按重量份分別稱取20份PE，10份LLDPE、5份EVA；15份SBS；在轉(zhuǎn)速為25r/min條件下，將上述物料混合均勻；然后在10min內(nèi)將混合物升溫至80℃，加入1份烷基咪唑啉鹵化物磷酸鉀，升溫至150℃，加入15份氧化石墨烯和5份多層石墨烯，最后在4min內(nèi)升溫至200℃；將混合物冷卻后通過雙螺桿擠出機擠塑成型，制得成品，同時裝桶以備用。按重量份稱取95份70#石油瀝青加熱至155-165℃，開啟攪拌裝置，并加入5份石墨烯抗車轍劑，攪拌15min，即制得石墨烯抗車轍劑改性瀝青，改性瀝青的指標見表1；實施例4：按重量份分別稱取20份HDPE，5份EVA,APP10份；18份SBS；在轉(zhuǎn)速為25r/min條件下，將上述物料混合均勻；然后在12min內(nèi)將混合物升溫至80℃，加入2份烷基咪唑啉鹵化物磷酸鈉和2份烷基酰胺丙基甜菜堿鹵化物磷酸鈉，升溫至150℃，加入20份氧化石墨烯和5份雙層石墨烯，最后在4min內(nèi)升溫至200℃；將混合物冷卻后通過雙螺桿擠出機擠塑成型，制得成品，同時裝桶以備用。按重量份稱取96份70#石油瀝青加熱至155-165℃，開啟攪拌裝置，并加入4份石墨烯抗車轍劑，攪拌12min，即制得石墨烯抗車轍劑改性瀝青，改性瀝青的指標見表1；對比例1：在本對比例中，采用70#石油瀝青與骨料拌合，按重量份稱取93份70#石油瀝青加熱至155-165℃，開啟剪切分散裝置，并加入7份普通抗車轍劑，攪拌30min，即制得石墨烯抗車轍劑改性瀝青，改性瀝青的指標見表1；對比例2：在本對比例中，采用70#石油瀝青與骨料拌合，按重量份稱取93份70#石油瀝青加熱至155-165℃，開啟攪拌分散裝置，并加入7份普通抗車轍劑，攪拌15min，即制得石墨烯抗車轍劑改性瀝青，改性瀝青的指標見表1；表1改性瀝青的性能指標項目對比例1實施例1實施例2實施例3實施例4軟化點60.366.775.270.163.8針入度685548536210℃延度6258476765從表1可知，加入石墨烯抗車轍劑的加入相對普通抗車轍劑改性瀝青的軟化點有所提高，說明石墨烯車轍改性劑的加入對瀝青高溫性能有所改善。其各項性能指標滿足《公路工程施工技術規(guī)范》(JTGF40-2004)中的相關要求。根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTGE20-2011)中的T0661-2011聚合物改性瀝青離析試驗，對各實施例的改性瀝青熱儲存穩(wěn)定性進行評價，評價結(jié)果見表2。表2改性瀝青熱儲存穩(wěn)定性(48h)項目對比例1對比例2實施例1實施例2實施例3實施例4上層軟化點62.365.567.875.871.564.5下層軟化點57.654.965.973.369.762.9軟化點差4.79.61.92.51.81.6通過上表試驗可以看出，添加石墨烯抗車轍劑的改性瀝青較對比例1的熱儲存穩(wěn)定性更好，更加不易發(fā)生離析；此外，在相同的試驗條件下，實施例1與對比例2對比可以看出，石墨烯抗車轍劑比普通抗車轍劑在瀝青中更容易分散，與瀝青相容性更好，可以在瀝青中形成穩(wěn)定結(jié)構。本發(fā)明的基于石墨烯抗車轍劑作為改性劑改性瀝青，由于石墨烯具有兩親性，從石墨烯薄片邊緣到中央呈現(xiàn)親水至疏水的性質(zhì)分布，如同 界面活性劑一般存在界面，能降低界面間的能量，并配合界面活性劑復配，有利于抗車轍劑快速分散于基質(zhì)瀝青中，在石墨烯與界面活性劑的雙重作用下，加速抗車轍劑在基質(zhì)瀝青中分散，減少拌合分散所需的時間，提高拌合站的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。此外，由于石墨烯的界面作用，使得基質(zhì)瀝青與抗車轍劑有效成分形成穩(wěn)定結(jié)構，因此，基于石墨烯抗車轍劑的改性瀝青具有較好的熱儲存穩(wěn)定性。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只限于這些說明。對于本發(fā)明所屬
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁1 2 3