CN104277464A - 一种纳米聚合物复合改性沥青及其制备方法 - Google Patents

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孙璐
于鹏
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Abstract

本发明公开了一种纳米聚合物复合改性沥青，所述纳米聚合物复合改性沥青由纳米材料、聚合物和基质沥青组成，所述纳米材料为纳米SiO2粒子和膨润土中的一种或两种，所述聚合物为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和丁苯橡胶中的一种或两种。本发明还公开了一种纳米聚合物复合改性沥青的制备方法。本发明所制得的复合改性沥青，与基质沥青相比，高温性能和低温性能均得到显著提高。

Description

一种纳米聚合物复合改性沥青及其制备方法
技术领域
本发明属于交通土建工程领域，涉及一种纳米聚合物复合改性沥青及其制备方法。
背景技术
纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1-100nm)的材料。由于纳米材料比表面积大、活性高，可增加基质沥青的内聚力，使基质沥青在高温下不易变形、软化和流动，从而提高基质沥青的高温性能；同时，纳米材料均匀地分散在基质沥青中，形成微骨架结构，将基质沥青紧紧地结合在一起，有利于改善基质沥青的摩擦性能和抗老化性能等，因此，纳米材料现今已广泛应用于基质沥青的性能提升。目前，未见有同时采用SiO2粒子、膨润土、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、丁苯橡胶(SBR)的纳米聚合物复合改性沥青及其制备方法的报道。
申请人分析上述现有纳米材料改性沥青技术手段，存在如下缺陷：(1)现有纳米材料改性沥青技术手段仅能较好地改善基质沥青的高温性能，难以对基质沥青的低温性能进行较好地改良；(2)未见针对纳米聚合物复合改性沥青的适宜的制备方法。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种纳米聚合物复合改性沥青及其制备方法，按本发明所制得的复合改性沥青，与基质沥青相比，高温性能和低温性能均得到显著提高。
技术方案：为实现上述目的，本发明通过下述技术方案实现：一种纳米聚合物复合改性沥青，其特征在于，所述纳米聚合物复合改性沥青由纳米材料、聚合物和基质沥青组成，所述纳米材料为纳米SiO2粒子和膨润土中的一种或两种，所述聚合物为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)和丁苯橡胶(SBR)中的一种或两种。
其中，上述纳米SiO2粒子、膨润土、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丁苯橡胶分别与基质沥青的质量比为0～0.01:1、0.03～0.05:1、0～0.04:1、0.03～0.06:1。
上述的纳米聚合物复合改性沥青的制备方法，按下列步骤制得：
1)将纳米材料均匀缓慢地加入到熔融的基质沥青中，维持温度为120～150℃，在转速为1000rpm以上的速度下持续剪切搅拌10分钟以上，使纳米材料初步分散在基质沥青中；
2)将聚合物均匀缓慢地加入到经步骤1)处理后的基质沥青中；加热上述基质沥青并维持温度为160～190℃，在转速为3000rpm以上的速度下持续剪切搅拌40分钟以上，使得纳米材料和聚合物在基质沥青中分散混合均匀，从而制得纳米聚合物复合改性沥青。
其中，上述纳米材料为纳米SiO2粒子和膨润土中的一种或两种，所述聚合物为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和丁苯橡胶中的一种或两种。
其中，上述纳米SiO2粒子、膨润土、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丁苯橡胶分别与基质沥青的质量比为0～0.01:1、0.03～0.05:1、0～0.04:1、0.03～0.06:1。
其中，上述步骤1)中的转速为1000～5000rpm下持续剪切搅拌搅拌10-30分钟。
其中，上述步骤2)中的转速为3000rpm～8000rpm持续剪切搅拌40-60分钟。
本发明所述纳米SiO2粒子为气相纳米SiO2粒子。本发明所述的基质沥青为道路用基质沥青，满足《公路沥青路面施工技术规范(JTGF40-2004)》技术标准要求的沥青。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)可同时改善基质沥青的高温性能和低温性能；
(2)本发明所述的制备方法，能够使纳米材料和聚合物在基质沥青中分散混合均匀，形成性能更稳定地纳米聚合物复合改性沥青；
(3)本发明所述制备方法简便易行，有利于工业化生产。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
称取5克纳米SiO2粒子和25克膨润土，加入到500克熔融的道路用基质沥青中，维持温度120℃，在1000rpm转速下剪切搅拌15分钟，然后加入15克SBR和20克SBS，加热并维持温度为160℃，在3000rpm转速下剪切搅拌45分钟，即得到复合改性沥青产品。其性能测试结果如下：
测试指标 复合改性沥青 基质沥青
针入度(100g，5s，25℃)/0.1mm 35.1 64.5
软化点/℃ 77.2 49.7
延度(5cm/min，5℃)/cm 12.4 0
实施例2
称取2.5克纳米SiO2粒子和15克膨润土，加入到500克熔融的道路用基质沥青中，维持温度150℃，在5000rpm转速下剪切搅拌10分钟，然后加入25克SBR和10克SBS，加热并维持温度为190℃，在8000rpm转速下剪切搅拌40分钟，即得到复合改性沥青产品。其性能测试结果如下：
测试指标 复合改性沥青 基质沥青
针入度(100g，5s，25℃)/0.1mm 43.8 64.5
软化点/℃ 70.2 49.7
延度(5cm/min，5℃)/cm 20.7 0
实施例3
称取20克膨润土，加入到500克熔融的道路用基质沥青中，维持温度135℃，在3000rpm转速下剪切搅拌30分钟，然后加入30克SBR，加热并维持温度为175℃，在5000rpm转速下剪切搅拌60分钟，即得到复合改性沥青产品。其性能测试结果如下：
测试指标 复合改性沥青 基质沥青
针入度(100g，5s，25℃)/0.1mm 49.2 64.5
软化点/℃ 60.1 49.7
延度(5cm/min，5℃)/cm 45.7 0

Claims (7)

1.一种纳米聚合物复合改性沥青，其特征在于，所述纳米聚合物复合改性沥青由纳米材料、聚合物和基质沥青组成，所述纳米材料为纳米SiO2粒子和膨润土中的一种或两种，所述聚合物为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和丁苯橡胶中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的一种纳米聚合物复合改性沥青，其特征在于，所述纳米SiO2粒子、膨润土、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丁苯橡胶分别与基质沥青的质量比为0～0.01:1、0.03～0.05:1、0～0.04:1、0.03～0.06:1。
3.权利要求1所述的纳米聚合物复合改性沥青的制备方法，其特征在于，按下列步骤制得：
1)将纳米材料均匀缓慢地加入到熔融的基质沥青中，维持温度为120～150℃，在转速为1000rpm以上的速度下持续剪切搅拌10分钟以上，使纳米材料初步分散在基质沥青中；
2)将聚合物均匀缓慢地加入到经步骤1)处理后的基质沥青中；加热上述基质沥青并维持温度为160～190℃，在转速为3000rpm以上的速度下持续剪切搅拌40分钟以上，使得纳米材料和聚合物在基质沥青中分散混合均匀，从而制得纳米聚合物复合改性沥青。
4.根据权利要求3所述的纳米聚合物复合改性沥青的制备方法，其特征在于，所述纳米材料为纳米SiO2粒子和膨润土中的一种或两种，所述聚合物为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和丁苯橡胶中的一种或两种。
5.根据权利要求4所述的纳米聚合物复合改性沥青的制备方法，其特征在于，所述纳米SiO2粒子、膨润土、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丁苯橡胶分别与基质沥青的质量比为0～0.01:1、0.03～0.05:1、0～0.04:1、0.03～0.06:1。
6.根据权利要求3所述的纳米聚合物复合改性沥青的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的转速为1000～5000rpm下持续剪切搅拌搅拌10-30分钟。
7.根据权利要求3所述的纳米聚合物复合改性沥青的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的转速为3000rpm～8000rpm持续剪切搅拌40-60分钟。
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