改性炭黑、改性瀝青及改性炭黑和改性瀝青的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種改性炭黑、改性瀝青及改性炭黑和改性瀝青的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 瀝青老化是影響瀝青路面使用質(zhì)量和性能的重要因素，瀝青的老化通常是指瀝青 在存儲(chǔ)、運(yùn)輸、混合料的拌和、攤鋪、碾壓過程中及長期使用過程中發(fā)生的一系列物理與化 學(xué)變化，導(dǎo)致其性能劣化的過程。瀝青的老化主要方式為紫外光老化與熱氧老化。在瀝青路 面長期使用過程中，當(dāng)瀝青與空氣接觸時(shí)會(huì)慢慢發(fā)生氧化，形成的極性含氧基團(tuán)逐漸聯(lián)結(jié) 成高分子量的膠團(tuán)促使瀝青的粘度提高、延度降低。因此，瀝青路面在陽光照射下和高溫環(huán) 境里極易發(fā)生老化，會(huì)出現(xiàn)變硬、開裂等破壞現(xiàn)象，這些都極大地?fù)p害了瀝青路面的使用性 能，縮短了其使用壽命。
[0003] 用炭黑對瀝青進(jìn)行改性，在國內(nèi)外開展較早。在瀝青中摻入炭黑后，殘留針入度和 殘留延度升高，瀝青的抗老化能力得到大幅度提高。炭黑屬于無機(jī)紫外吸收劑，可以通過反 射和折射紫外線達(dá)到防護(hù)紫外線的目的。普通炭黑作為一種常見的抗老化劑，可以減緩紫 外光對瀝青的老化作用，同時(shí)可以提高瀝青抗熱氧老化的性能。由于炭黑廉價(jià)，且可以用廢 輪胎裂解等手段得到再生炭黑，因此相較于常用的聚合物改性劑SBS、SBR等可以節(jié)約大量 成本，有很大的開發(fā)潛力。但是普通炭黑在瀝青中的分散性差，極易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，且摻入 過多會(huì)導(dǎo)致瀝青的延度下降，延度的下降會(huì)使瀝青路面在冬季低溫時(shí)開裂，而摻入量過少 又對瀝青性能的提高不甚明顯。
[0004] 對于炭黑的改性，國內(nèi)外已有不少研究。日本的桐野志明等人申請的國際專利 200780053081.X提出了一種分散性表面改性炭黑，所述炭黑的表面官能團(tuán)與具有三個(gè)異氰 酸酯端基的三異氰酸酯化合物中的一個(gè)異氰酸酯端基鍵合，而其余兩個(gè)異氰酸酯端基分別 與具有二醇改性端基的聚合物的羥基鍵合。該發(fā)明的改性炭黑在非極性溶劑、低極性溶劑 中有優(yōu)異分散性，主要用于液晶顯示器黑色基質(zhì)或電子顯示器中使用的黑色顏料。日本專 利JP-A-8-337624公開了一種在墨水、墨粉、涂料和樹脂著色劑等介質(zhì)中分散性良好的反應(yīng) 性炭黑接枝聚合物，其通過在炭黑接枝聚合物中加入硅酮組分的聚合物鏈，使炭黑在低極 性溶劑中具有良好的分散性。
[0005] 然而，國內(nèi)外目前對于改性炭黑的應(yīng)用主要集中在顏料、著色劑等方面，對于瀝青 改性方面的應(yīng)用研究卻基本處于空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種廢橡膠裂解的改性炭黑及其制備方法，以 及在改性瀝青中的應(yīng)用方法。
[0007] 本發(fā)明提供了一種可作為瀝青添加劑的改性炭黑，所述改性炭黑由廢橡膠經(jīng)無氧 高溫?zé)峤?，并依次?jīng)洗滌劑洗滌，氧化劑氧化和表面活化劑活化制得。
[0008] 優(yōu)選地，所述改性炭黑為直徑30nm~IOOnm的球狀物。
[0009] 本發(fā)明還提供了該改性炭黑的制備方法，具體是按如下步驟進(jìn)行的：
[0010] SI:以廢橡膠為原料，在無氧條件下，經(jīng)500°C~600°C高溫?zé)峤猓缓笾屏Ｐ纬芍?徑為30nm~IOOnm的微球狀炭黑；
[0011] S2:采用洗滌劑多次洗滌Sl所制得的炭黑，并通過布氏漏斗減壓過濾，除去炭黑中 的有機(jī)雜質(zhì)；
[0012] S3:將S2處理后的炭黑與氧化劑以質(zhì)量百分比濃度為0.5-2:10的比例進(jìn)行混合， 在70°C~90°C溫度下攪拌2h~3h，冷卻至室溫后過濾，洗滌所述炭黑至中性，在100°C下進(jìn) 行干燥直至恒重；
[0013] S4:將S3處理后的炭黑、苯酸和強(qiáng)堿溶液以質(zhì)量百分比為1:10:1的比例進(jìn)行混合， 攪拌并加熱至50°C，攪拌速率為300r/min~400r/min，在氮?dú)獾沫h(huán)境下反應(yīng)2h~4h，反應(yīng)結(jié) 束后過濾，洗滌炭黑至中性，在50°C下進(jìn)行干燥直至恒重，得到改性炭黑。
[0014] 優(yōu)選地，所述洗滌劑選自苯、甲苯、二甲苯、乙醇、丙酮、氯仿、四氯化碳中的至少一 種。
[0015] 優(yōu)選地，所述氧化劑選自雙氧水、重鉻酸鉀溶液、濃度不低于60 %的硝酸中的至少 一種。
[0016] 優(yōu)選地，所述強(qiáng)堿溶液的濃度為20%~40%。
[0017] 本發(fā)明還提供了一種改性瀝青，由瀝青、穩(wěn)定劑以及上述任一所述改性炭黑通過 熔融共混制備而成，各原料所占質(zhì)量百分比為:瀝青86 %~96 %、改性炭黑2 %~7 %、穩(wěn)定 劑2 %~7 % 〇
[0018] 優(yōu)選地，所述瀝青是道路瀝青中的一種，25°C針入度為50dmm~I IOdmm，軟化點(diǎn)為 42°C ~54。。。
[0019] 優(yōu)選地，所述穩(wěn)定劑選自亞甲基二萘磺酸鈉、聚苯乙烯馬來酸酐共聚銨鹽、聚乙烯 吡咯烷酮中的一種。
[0020] 本發(fā)明還提供了一種改性瀝青的制備方法：
[0021] SI 1:按比例稱取質(zhì)量百分比為86 %~96 %的瀝青、2 %~7 %的改性炭黑、2%~ 7 %的穩(wěn)定劑；
[0022] S12:將SI 1中的瀝青加熱至120°C~140°C，再加入穩(wěn)定劑和改性炭黑，開動(dòng)剪切攪 拌機(jī)，在3000~6000rpm的轉(zhuǎn)速下剪切30min~60min，使所述改性炭黑均勾分散在瀝青中； [0023] S13:將S12所得產(chǎn)物保持溫度140°C~160°C，降低轉(zhuǎn)速至500rpm~1000 rpm攪拌反 應(yīng)30min~45min，制得改性瀝青。
[0024] 本發(fā)明所提供的由廢橡膠經(jīng)無氧高溫?zé)峤庵频玫母男蕴亢?，耐老化能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高 于普通炭黑，同時(shí)分散性好，不易團(tuán)聚，在瀝青中可以通過摻入適量的本發(fā)明所提供的改性 炭黑來進(jìn)一步提高瀝青的耐老化性能，因此相對于普通炭黑可以更高效地提高瀝青抗熱氧 老化和抗紫外光老化的性能。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0026] 1)本發(fā)明采用廢橡膠高溫裂解來生產(chǎn)改性炭黑，造價(jià)非常低廉；
[0027] 2)將本發(fā)明提供的改性炭黑添加到瀝青中，當(dāng)摻量高于一定值時(shí)，本發(fā)明所提供 的改性炭黑與普通炭黑相比較，對瀝青低溫性能產(chǎn)生的不良影響更??；
[0028] 3)本發(fā)明提供的改性炭黑的分散性要優(yōu)于普通炭黑，可以通過加入適量本發(fā)明提 供的改性炭黑摻量來提高瀝青的抗老化能力；
[0029] 4)經(jīng)過本發(fā)明提供的改性炭黑改性的瀝青，抗紫外光老化能力顯著提高，大大提 高了瀝青的抗老化性能。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 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)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但所舉實(shí)施例不作為對本發(fā)明的限定。
[0031] 實(shí)施例1:
[0032] -種可作為瀝青添加劑的改性炭黑，由廢橡膠經(jīng)無氧高溫?zé)峤庵频?，并?jīng)洗滌劑 洗滌、氧化劑氧化和表面活化劑活化而成。該改性炭黑的制備方法具體如下：
[0033]以廢橡膠為原料，在無氧條件下，經(jīng)510°C高溫?zé)峤猓缓笾屏Ｐ纬芍睆綖?0nm的 微球狀炭黑，使用甲苯對制得的產(chǎn)物進(jìn)行多次洗滌，并通過布氏漏斗減壓過濾，除去其有機(jī) 雜質(zhì)，在連接球型冷凝管的錐形瓶中，加入50g洗滌處理過的產(chǎn)物和濃度為68 %的硝酸 500ml，通過磁力攪拌器將混合物在90°C溫度下攪拌2h，冷卻至室溫后過濾，反復(fù)用去離子 水洗滌過濾物至中性，在l〇〇°C的恒溫干燥箱中干燥，并放入干燥器中恒重；
[0034] 在圓底燒瓶中加入5g上述步驟氧化處理過的炭黑、50ml苯酚和5ml濃度為20%的 氫氧化鈉溶液，用磁力攪拌器攪拌并加熱至50°C，攪拌速率400r/min，在氮?dú)獾沫h(huán)境下反應(yīng) 4h。反應(yīng)結(jié)束后過濾，用乙醇和蒸餾水反復(fù)洗滌過濾物至中性，在50°C下的恒溫干燥箱中干 燥至恒重，得到改性炭黑。
[0035] 將制得的改性炭黑作為添加劑進(jìn)行瀝青改性時(shí)，將86質(zhì)量份的瀝青A(所述瀝青A 為道路石油瀝青，25°C針入度為72dmm，軟化點(diǎn)為50.3°C)加熱至140°C，添加7質(zhì)量份的亞甲 基二萘磺酸鈉和7質(zhì)量份的改性炭黑，在6000rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌30min，保持溫度在150°C，降 低轉(zhuǎn)速至800rpm攪拌反應(yīng)30min，制得由上述改性炭黑改性的瀝青A。
[0036] 對比例1:
[0037]將86質(zhì)量份的瀝青A加熱到140°C，添加7質(zhì)量份的亞甲基二萘磺酸鈉和7質(zhì)量份的 普通炭黑，以6000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌30min，保持溫度在150°C，降低轉(zhuǎn)速至800rpm攪拌反應(yīng) 30min，得到由普通炭黑改性的瀝青A。
[0038] 對比例Γ:
[0039] 將瀝青A先加熱到140°C，以6000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌30min，再升溫至150°C，以800rpm 的轉(zhuǎn)速攪拌30min。
[0040] 對實(shí)施例1所提供的改性瀝青和對比例1、對比例Γ所提供的對比樣，分別進(jìn)行了 薄膜烘箱試驗(yàn)(TFOT)，壓力老化容器(PAV)試驗(yàn)與自然氣候老化試驗(yàn)。得到對比數(shù)據(jù)如下表 1：
[0041] 表1改性炭黑與普通炭黑改性瀝青的老化性能
[0042]
[0044] 與對比例1和對比例Γ相比，室內(nèi)老化后，本發(fā)明實(shí)施例1制備的改性炭黑的加入 使得瀝青的殘留針入度比與殘留延度比大大增加，而軟化點(diǎn)增量和粘度老化指數(shù)明顯減 小，表明本發(fā)明實(shí)施例1所制備的