一种化学改性耐老化沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及沥青基道路和防水材料技术领域，更具体地说，是涉及一种化学改性耐老化沥青及其制备方法。

背景技术

沥青以其优良的粘结性和防水性能，在道路建设和建筑防水领域得到了广泛的应用，但沥青在热、紫外线和氧等因素作用下易发生老化，导致其性能劣化，从而缩短沥青路面和沥青基防水材料的使用年限。

为延长沥青路面和沥青基防水材料的服役寿命，常通过添加抗氧剂、紫外吸收剂、无机纳米材料、碳黑、层状硅酸盐等改性剂来提高沥青的耐老化性能。中国专利CN103275502A提供了一种耐老化沥青及其制备方法，采用有机化蛭石和紫外线吸收剂与沥青共混，通过有机蛭石对热和氧的阻隔作用和紫外吸收剂对紫外线的吸收作用来提高沥青的抗老化性能。中国专利CN110511579A提供了一种耐老化沥青改性剂及其制备方法及耐老化沥青，采用水杨酸插层水滑石与沥青共混，以提高沥青的抗老化性能。然而，这些改性技术均属于物理改性，不仅改性剂的成本较高，而且对沥青的低温性能有不利的影响，限制了其应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种化学改性耐老化沥青及其制备方法，本发明提供的化学改性耐老化沥青具有良好的高低温性能和化学稳定性，能够抑制沥青在热、紫外光和氧作用下的老化反应发生，抗老化性能优异。

本发明提供了一种化学改性耐老化沥青，由沥青和氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂组成；各原料所占质量百分比为：

沥青99.1％～99.7％；

氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂0.3％～0.9％。

优选的，所述沥青为石油沥青，软化点不小于45℃，25℃针入度为60dmm～120dmm。

优选的，所述氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂的制备方法具体为：

将氧化铈与五氧化二磷置于球磨机中，在氮气保护下，进行研磨，然后将研磨后的样品置于真空干燥箱中，进行反应，得到氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂。

优选的，所述氧化铈与五氧化二磷的质量比为1：(3～5)。

优选的，所述研磨的时间为20min～40min。

优选的，所述反应的温度为70℃～90℃，时间为1h～3h。

优选的，所述化学改性耐老化沥青由99.4wt％的沥青和0.6wt％的氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂组成，或，由99.5wt％的沥青和0.5wt％的氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂组成，或，由99.2wt％的沥青和0.8wt％的氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂组成。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的化学改性耐老化沥青的制备方法，包括以下步骤：

将沥青加热后，加入氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂，进行搅拌反应，得到化学改性耐老化沥青。

优选的，所述加热的温度为150℃～170℃。

优选的，所述搅拌反应的搅拌转速为1500rpm～2500rpm，时间为40min～50min。

本发明提供了一种化学改性耐老化沥青，由沥青和氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂组成；各原料所占质量百分比为：沥青99.1％～99.7％；氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂0.3％～0.9％。与现有技术相比，本发明提供的化学改性耐老化沥青，采用特定含量的特定组分，实现整体较好的相互作用，尤其是通过氧化铈掺杂，使五氧化二磷的表面电荷分布更加均匀，增加五氧化二磷的活性中心数目，有效提高五氧化二磷与沥青的反应能力，减少沥青中易发生氧化缩聚的活性点，并改善沥青的组成结构，提高沥青的高低温性能，增强沥青的抗老化性能。

此外，本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种化学改性耐老化沥青，由沥青和氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂组成；各原料所占质量百分比为：

沥青99.1％～99.7％；

氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂0.3％～0.9％。

在本发明中，所述化学改性耐老化沥青由沥青和氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂组成。

在本发明中，所述化学改性耐老化沥青中各原料所占质量百分比为：

沥青99.1％～99.7％；

氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂0.3％～0.9％；

优选为：

沥青99.2％～99.5％；

氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂0.5％～0.8％。

在本发明一个优选的实施例中，所述化学改性耐老化沥青由99.4wt％的沥青和0.6wt％的氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂组成；在本发明另一个优选的实施例中，所述化学改性耐老化沥青由99.5wt％的沥青和0.5wt％的氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂组成；在本发明另一个优选的实施例中，所述化学改性耐老化沥青由99.2wt％的沥青和0.8wt％的氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂组成。

在本发明中，所述沥青优选为石油沥青，软化点优选不小于45℃，更优选为45℃～50.8℃，25℃针入度优选为60dmm～120dmm，更优选为70dmm～110dmm。本发明对所述沥青的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂的制备方法优选具体为：

将氧化铈与五氧化二磷置于球磨机中，在氮气保护下，进行研磨，然后将研磨后的样品置于真空干燥箱中，进行反应，得到氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂。

本发明对所述氧化铈与五氧化二磷的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述氧化铈与五氧化二磷的质量比优选为1：(3～5)，更优选为1：4。

在本发明中，所述研磨的时间优选为20min～40min，更优选为30min。

在本发明中，所述反应的温度优选为70℃～90℃，更优选为80℃，时间优选为1h～3h，更优选为2h。

本发明提供的化学改性耐老化沥青，采用特定含量的特定组分，实现整体较好的相互作用，尤其是通过氧化铈掺杂，使五氧化二磷的表面电荷分布更加均匀，增加五氧化二磷的活性中心数目，有效提高五氧化二磷与沥青的反应能力，减少沥青中易发生氧化缩聚的活性点，并改善沥青的组成结构，提高沥青的高低温性能，增强沥青的抗老化性能。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的化学改性耐老化沥青的制备方法，包括以下步骤：

将沥青加热后，加入氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂，进行搅拌反应，得到化学改性耐老化沥青。

在本发明中，所述沥青和氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂与上述技术方案中所述的相同，在此不再赘述。

在本发明中，所述加热的温度优选为150℃～170℃，更优选为160℃。

在本发明中，所述搅拌反应的搅拌转速优选为1500rpm～2500rpm，更优选为2000rpm，时间优选为40min～50min，更优选为45min；温度即上述加热温度。

本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，具有广阔的应用前景。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明利用氧化铈掺杂，使五氧化二磷的表面电荷分布更加均匀，增加五氧化二磷的活性中心数目，并提高磷的价态稳定性，有效增强五氧化二磷与沥青的反应活性；

(2)本发明利用氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂与沥青发生化学反应，减少沥青中易发生氧化缩聚的活性点，并改善沥青的组成结构，提高其高低温性能和化学稳定性，抑制沥青在热、紫外光和氧作用下的老化反应发生，增强沥青的抗老化性能。

本发明提供了一种化学改性耐老化沥青，由沥青和氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂组成；各原料所占质量百分比为：沥青99.1％～99.7％；氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂0.3％～0.9％。与现有技术相比，本发明提供的化学改性耐老化沥青，采用特定含量的特定组分，实现整体较好的相互作用，尤其是通过氧化铈掺杂，使五氧化二磷的表面电荷分布更加均匀，增加五氧化二磷的活性中心数目，有效提高五氧化二磷与沥青的反应能力，减少沥青中易发生氧化缩聚的活性点，并改善沥青的组成结构，提高沥青的高低温性能，增强沥青的抗老化性能。

此外，本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，具有广阔的应用前景。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的原料均为市售；所用的氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂的制备方法具体为：

将质量分数20％氧化铈与质量分数80％五氧化二磷置于球磨机中，在氮气保护下，研磨30min，然后将研磨后的样品置于真空干燥箱中，在80℃下反应2h，即得到氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂。

实施例1

将99.4份(质量份数，下同)沥青A(软化点50.8℃，25℃针入度78dmm)加热到160℃，加入0.6份氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂，以2000rmp的转速搅拌反应45min，得到氧化铈掺杂五氧化二磷改性沥青，即化学改性耐老化沥青。

对比例1

将99.4份沥青A(软化点50.8℃，25℃针入度78dmm)加热到160℃，加入0.6份五氧化二磷，以2000rmp的转速搅拌反应45min，得到五氧化二磷改性沥青。

对比例2

将99.4份沥青A(软化点50.8℃，25℃针入度78dmm)加热到160℃，加入0.6份氧化铈，以2000rmp的转速搅拌反应45min，得到氧化铈改性沥青。

对原样沥青A、实施例1、对比例1和对比例2制备的改性沥青进行薄膜烘箱老化(TFOT)，老化试验条件为：温度163℃、时间5h(试验条件下同)，然后分别测试老化前后沥青的软化点、针入度和脆点，按式(1)、式(2)和式(3)计算软化点增量、残留针入度比和脆点变化量，结果见表1。老化前后的软化点增量和脆点变化量越小，残留针入度比越大，沥青的耐老化性越好。

软化点增量＝软化点

残留针入度比＝(针入度

脆点变化值＝脆点

表1原样沥青与实施例1、对比例1、对比例2的改性沥青性能对比

上述结果显示，实施例1制备的改性沥青软化点高于原样沥青、对比例1和对比例2，脆点则低于原样沥青、对比例1和对比例2，TFOT老化后，实施例1制备的改性沥青软化点增量和脆点变化值明显小于原样沥青、对比例1和对比例2，针入度比则高于原样沥青、对比例1和对比例2，综合比较原样沥青、氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性沥青、五氧化二磷化学改性沥青和氧化铈化学改性沥青高低温性能和抗老化性能，可以发现氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性沥青的高低温性能和抗老化性能最优，其次为五氧化二磷化学改性沥青，氧化铈化学改性沥青与原样沥青基本相近，即氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性沥青具有优良的高低温性能和耐老化性能。

实施例2

将99.5份沥青B(软化点48.3℃，25℃针入度88dmm)加热到160℃，加入0.5份的氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂，以2000rmp的转速搅拌反应45min，得到氧化铈掺杂五氧化二磷改性沥青，即化学改性耐老化沥青。

对比例3

将99.5份沥青B(软化点48.3℃，25℃针入度88dmm)加热到160℃，加入0.5份五氧化二磷，以2000rmp的转速搅拌反应45min，得到五氧化二磷改性沥青。

对比例4

将99.5份沥青B(软化点48.3℃，25℃针入度88dmm)加热到160℃，加入0.5份氧化铈，以2000rmp的转速搅拌反应45min，得到氧化铈改性沥青。

对原样沥青B、实施例2、对比例3和对比例4制备的改性沥青进行TFOT老化，然后分别测试老化前后的软化点、针入度和脆点，并计算其软化点增量、残留针入度比和脆点变化量，结果见表2。

表2原样沥青与实施例2、对比例3、对比例4的改性沥青性能对比

上述结果同样显示，实施例2制备的掺杂五氧化二磷化学改性沥青软化点高于原样沥青、对比例3和对比例4，脆点低于原样沥青、对比例3和对比例4，这表明氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性沥青的高低温性能均优于原样沥青、五氧化二磷化学改性沥青和氧化铈化学改性沥青；TFOT老化后，实施例2制备的改性沥青软化点增量值和脆点变化均小于原样沥青、对比例3和对比例4，针入度比高于原样沥青、对比例3和对比例4，表明实施例2制备的氧化铈掺杂五氧化二磷耐老化性能优于五氧化二磷化学改性沥青和氧化铈化学改性沥青。

实施例3

将99.5份沥青C(软化点47.6℃，25℃针入度70dmm)加热到160℃，加入0.5份氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂，以2000rmp的转速搅拌反应45min，得到氧化铈掺杂五氧化二磷改性沥青，即化学改性耐老化沥青。

对比例5

将99.5份沥青C(软化点47.6℃，25℃针入度70dmm)加热到160℃，加入0.5份五氧化二磷，以2000rmp的转速搅拌反应45min，得到五氧化二磷改性沥青。

对比例6

将99.5份沥青C(软化点47.6℃，25℃针入度70dmm)加热到160℃，加入0.5份氧化铈，以2000rmp的转速搅拌反应45min，得到氧化铈改性沥青。

对原样沥青C、实施例3、对比例5和对比例6制备的改性沥青进行TFOT老化试验，然后分别测试老化前后沥青的软化点、针入度以及脆点，并计算其软化点增量、残留针入度比和脆点变化量，结果见表3。

表3原样沥青与实施例3、对比例5、对比例6的改性沥青性能对比

上述结果显示，实施例3制备的氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性沥青软化点均高于原样沥青、对比例5和对比例6，脆点低于原样沥青对比例5和对比例6，TFOT老化后，实施例3制备的氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性沥青软化点增量值和脆点变化均小于原样沥青对比例5和对比例6，残留针入度比则高于原样沥青对比例5和对比例6，表明氧化铈掺杂五氧化二磷改性沥青具有优良的高低温性能和耐老化性能。

实施例4

将99.2份沥青D(软化点45℃，25℃针入度110dmm)加热到160℃，加入0.8份的氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性剂，以2000rmp的转速搅拌反应45min，得到氧化铈掺杂五氧化二磷改性沥青，即化学改性耐老化沥青。

对比例7

将99.2份沥青D(软化点45℃，25℃针入度110dmm)加热到160℃，加入0.8份五氧化二磷，以2000rmp的转速搅拌反应45min，得到五氧化二磷改性沥青。

对比例8

将99.2份沥青D(软化点45℃，25℃针入度110dmm)加热到160℃，加入0.8份氧化铈，以2000rmp的转速搅拌反应45min，得到氧化铈改性沥青。

对原样沥青D、实施例4、对比例7和对比例8制备的改性沥青进行TFOT老化试验，然后分别测试软化点、针入度和脆点，并计算其软化点增量、残留针入度比和脆点变化量，结果见表4。

表4原样沥青和实施例4、对比例7、对比例8的改性沥青性能对比

上述结果显示，实施例4制备的氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性沥青软化点均高于原样沥青、对比例7和对比例8，脆点低于原样沥青对比例7和对比例8，TFOT老化后，实施例4制备的氧化铈掺杂五氧化二磷化学改性沥青软化点增量值和脆点变化均明显小于原样沥青对比例7和对比例8，残留针入度比则远高于原样沥青对比例7和对比例8，表明氧化铈掺杂五氧化二磷改性沥青具有优良的高低温性能和耐老化性能。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。