CN103834185B - 一种聚氨酯/纳米复合改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种聚氨酯/纳米复合改性沥青，按质量百分比其组成为：聚氨酯2%～15%、氧化石墨烯0.1%～5%和基质沥青80%～97.9%，各组分质量百分比之和为100%。其制备方法：将基质沥青加热熔化保持温度为150～200℃，加入聚氨酯和氧化石墨烯，人工搅拌20～40min后剪切机搅拌80～100min，降温至100～150℃放置20～50min，将沥青混合料在剪切机上再次进行剪切80～100min，直至聚氨酯和氧化石墨烯均匀分散于沥青中即得。本发明以聚氨酯及氧化石墨烯为改性剂，采用“二步法”的改性工艺，充分发挥聚合物及纳米材料的优良性能，明显提高基质沥青的高温性能、抗变型能力及沥青路面抗车辙能力。

Description

一种聚氨酯/纳米复合改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种聚氨酯/纳米复合改性沥青，本发明还涉及该聚氨酯/纳米复合改性沥青的制备方法。

背景技术

随着高等级公路交通量增大、车速高、轴载日趋重型化以及国产普通沥青含蜡量高、粘结力差、延伸度低、温度敏感性大等性能缺点，导致高等级公路路面形成各种严重的病害。

实践证明，聚合物改性沥青可以明显降低温度敏感性，提高沥青的路用性能，延长路面的使用性能。为了改善沥青的感温性，通常加入橡胶、树脂、热塑性弹性体等高分子，如丁苯橡胶(SBR)、聚乙烯(PE)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)。这些高分子的加入，大大改善了沥青的感温性，拓宽了沥青的应用温度区间，但是PE等树脂类改性剂通常只能改善沥青的耐高温性能，并需要高剪切研磨设备才能使其均匀分散，改性沥青稳定性差，易离析，制造费用高；SBR等橡胶类沥青改性剂主要改善沥青的耐低温性能，对改性沥青的耐高温性能作用较小；SBS类热塑性弹性体尽管同时可以改善沥青的高低温性能，但需要高剪切研磨设备，制造费用高，使用不便。

实际生产中，越来越多使用复合改性的方法来制备改性沥青，相关的文献如下：

1.中国专利公开号CN1422904(申请号：01135212.4，公开日：2003-06-11)，该专利利用道路沥青90％～98％(wt％)，非晶态聚-a烯烃(APAO)1％～6％(wt％)和丁苯橡胶(SBR)1％～4％(wt％)，将沥青加热至100～200℃，加入APAO和SBR，在搅拌速度20～600r/min下混合0.5～4h，直至很合均匀，制得复合改性沥青。

2.中国专利公开号CN103146206A(申请号：201310088129.8，公开日：2013-06-12)公开的一种复合改性沥青的制备方法：步骤一，按重量百分比，5～50％的SBS粉末和50％～95％的胶粉，加入挤出机中得到固态状的SBS/胶粉共混物；步骤二，按重量百分比，向72.5％～90.5％的基质沥青中加入0～5％的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯，在130～170℃下利用分散机剪切后，加入1～20％的SBS/胶粉共混物在175～185℃下搅拌、混合3～5小时，制得复合改性沥青。

3.中国专利公布号CN1952007(申请号：200510031003.2，公开日：2007-04-25)利用沥青、SBS、聚丙烯蜡和交联剂制得一种道路用复合改性沥青材料，其中SBS为2.0～10.0％wt，聚丙烯蜡含量为0.5～6％wt，交联剂含量为2～8％wt。

现有对改性沥青的研究，大多都是利用工业树脂与橡胶作为改性剂，但是聚合物类改性剂存在一定的缺点，对沥青性能全面改善效果不明显，改善幅度有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚氨酯/纳米复合改性沥青，解决了工业聚合物了对沥青性能全面改善效果不明显，改善幅度有限的问题。

本发明的另一个目的是提供一种聚氨酯/纳米复合改性沥青的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种聚氨酯/纳米复合改性沥青，采用聚氨酯和氧化石墨烯作为改性剂对沥青进行改性，按质量百分比，其组成为：聚氨酯2％～15％、氧化石墨烯0.1％～5％和基质沥青80％～97.9％，以上组分质量百分比之和为100％。

本发明所采用的另一个技术方案是，一种聚氨酯/纳米复合改性沥青的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按质量百分比分别称取聚氨酯2％～15％、氧化石墨烯0.1％～5％和基质沥青80％～97.9％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2，将基质沥青加热使之熔化，保持温度为150～200℃，加入聚氨酯和氧化石墨烯，人工搅拌20～40min后剪切机搅拌80～100min，降温至100～150℃，放置20～50min，使其充分溶胀；

步骤3，将步骤2得到的沥青混合料在剪切机上再次进行剪切80～100min，直至聚氨酯和氧化石墨烯均匀分散于沥青中，即得到聚氨酯/纳米复合改性沥青。

本发明的有益效果是，本发明聚氨酯/纳米复合改性沥青，利用聚氨酯PU(聚合物)以及氧化石墨烯GO(纳米材料)作为改性剂，结合各自的特点，采用复合改性的技术方法，通过“二步法”的改性工艺，对基质沥青进行改性，充分发挥出了聚合物及纳米材料各自的优良性能，能够明显提高基质沥青的高温性能、抗变形能力，大大提高沥青路面抗车辙能力。

附图说明

图1是本发明聚氨酯/纳米复合改性沥青与未改性沥青软化点变化对比图；

图2是本发明聚氨酯/纳米复合改性沥青与未改性沥青针入度变化对比图；

图3是本发明聚氨酯/纳米复合改性沥青与未改性沥青5℃延度变化对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种聚氨酯/纳米复合改性沥青，采用聚氨酯和氧化石墨烯作为改性剂对沥青进行改性，按质量百分比，其组成为：聚氨酯2％～15％、氧化石墨烯0.1％～5％和基质沥青80％～97.9％，以上组分质量百分比之和为100％。

上述聚氨酯/纳米复合改性沥青的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按质量百分比分别称取聚氨酯2％～15％、氧化石墨烯0.1％～5％和基质沥青80％～97.9％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2，将基质沥青加热使之熔化，保持温度为150～200℃，加入聚氨酯和氧化石墨烯，人工搅拌20～40min后剪切机搅拌80～100min，降温至100～150℃，放置20～50min，使其充分溶胀；

步骤3，将步骤2得到的沥青混合料在剪切机上再次进行剪切80～100min，直至聚氨酯和氧化石墨烯均匀分散于沥青中，即得到聚氨酯/纳米复合改性沥青。

以下是采用单一的聚氨酯PU、单一氧化石墨烯GO以及采用本发明技术方案的复合改性沥青实施例的实验结果，具体的混合配比如表1所示：

表1实验所用改性体系配比

改性沥青的针入度按GB/T0604-2000进行测试；软化点按GB/T0606-2000进行测试；延度按GB/T0605-1993进行测试。具体实验结果如下：

图1为沥青改性前后软化点的变化图，可以看出，1#-6#改性沥青的软化点分别为51.3℃，64.1℃，60.3℃，65.5℃，61.7℃和64.8℃。也就是说，复合改性后，沥青的软化点明显提高，其高温性能得到明显改善。

由图2可以看出，改性后沥青的针入度均比改性前的要低，其中4#改性沥青的针入度最低，为64.5(0.1mm)，3#最高，为84.0(0.1mm)，但是相对于1#未改性沥青来说，其针入度都有所降低，4#～6#尤为显著，表明复合改性后沥青混合料抗变形能力得到了提高。

图3为改性前后沥青延伸度变化图，结果表明，复合改性后，沥青的5℃延度得到了明显的提高，也就是说复合改性改善了基质沥青的低温抗开裂性能。

结论：

1、聚氨酯、氧化石墨烯复合改性后，基质沥青的高温性能得到了明显的改善，抗变形能力明显提高。

2、聚氨酯含量对改性沥青的抗变形能力和高温性能的影响较大，而氧化石墨烯含量对改性沥青的抗变形能力和高温性能影响相对较小，但两者共混改性沥青结合了两种改性剂的性能特点，其综合性能更好。

综上所述，利用本发明技术制备的改性沥青，以聚氨酯、氧化石墨烯作为改性剂，采用复合改性的技术方法，充分发挥出了聚合物及纳米材料各自的优良性能，能够明显提高基质沥青的高温性能、抗变形能力，大大提高沥青路面抗车辙能力。

实施例1

取质量百分比80％的基质沥青加热熔化，保持温度在180℃，按质量百分比加入15％的聚氨酯和5％的氧化石墨烯，人工搅拌20min，剪切机搅拌100min，降温至100℃，放置20min，使其充分溶胀；将混合料在剪切机上再次进行剪切100min，直至聚氨酯和氧化石墨烯均匀分散于沥青中，即得。

测得实施例1得到的聚氨酯/纳米复合改性沥青的软化点为67.3℃，针入度为69.3(0.1mm)，延度为69cm。

实施例2

取质量百分比97.9％的基质沥青加热熔化，保持温度在150℃，按质量百分比加入2％的聚氨酯和0.1％的氧化石墨烯，人工搅拌40min，剪切机搅拌80min，降温至150℃，放置50min，使其充分溶胀；将混合料在剪切机上再次进行剪切80min，直至聚氨酯和氧化石墨烯均匀分散于沥青中，即得。

测得实施例2得到的聚氨酯/纳米复合改性沥青的软化点为63.2℃，针入度为68.7(0.1mm)，延度为73cm。

实施例3

取质量百分比93.5％的基质沥青加热熔化，保持温度在200℃，按质量百分比加入6％的聚氨酯和0.5％的氧化石墨烯，人工搅拌30min，剪切机搅拌90min，降温至120℃，放置30min，使其充分溶胀；将混合料在剪切机上再次进行剪切90min，直至聚氨酯和氧化石墨烯均匀分散于沥青中，即得。

测得实施例3得到的聚氨酯/纳米复合改性沥青的软化点为65.5℃，针入度为64.5(0.1mm)，延度为81cm。

Claims (2)

1.一种聚氨酯/纳米复合改性沥青，其特征在于，采用聚氨酯和氧化石墨烯作为改性剂对沥青进行改性，按质量百分比，其组成为：聚氨酯2%～15%、氧化石墨烯0.1%～5%和基质沥青80%～97.9%，以上组分质量百分比之和为100%。

2.一种聚氨酯/纳米复合改性沥青的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按质量百分比分别称取聚氨酯2%～15%、氧化石墨烯0.1%～5%和基质沥青80%～97.9%，以上组分质量百分比之和为100%；

步骤2，将基质沥青加热使之熔化，保持温度为150～200℃，加入聚氨酯和氧化石墨烯，人工搅拌20～40min后剪切机搅拌80～100min，降温至100～150℃，放置20～50min，使其充分溶胀；

步骤3，将步骤2得到的沥青混合料在剪切机上再次进行剪切80～100min，直至聚氨酯和氧化石墨烯均匀分散于沥青中，即得到聚氨酯/纳米复合改性沥青。