一种无机纳米材料改性沥青及其制备方法

摘要

本发明公开了一种无机纳米材料改性沥青及其制备方法，由碳纳米管和纳米二氧化铈组成的改性剂以及沥青制成，其中：所述无机纳米材料改性沥青组分含量以重量百分比计为：沥青90～95％、碳纳米管0.1～0.5％、纳米二氧化铈4.9～9.5％。本发明的改性沥青具有较好的耐高、低温性能和抗老化性能，可延长道路使用寿命，降低路面维修费用，适用于高等级公路、机场跑道、停车场和桥梁等工程的铺装。

权利要求

1.一种无机纳米材料改性沥青，由碳纳米管和纳米二氧化铈组成的改性剂以及沥青制成，其特征在于：所述碳纳米管是直径为20～80nm、长度为500nm～10µm的碳纳米管；所述纳米二氧化铈是直径为30～100nm的二氧化铈粒子；所述沥青为石油沥青或煤焦油沥青，其针入度范围为50～110 1/10mm ，软化点是40～100℃；所述无机纳米材料改性沥青组分含量以重量百分比计为：沥青90～95%、碳纳米管0.1～0.5%、纳米二氧化铈4.9～

9.5%。

2.根据权利要求1所述的无机纳米材料改性沥青，其特征在于：所述无机纳米材料改性沥青组分含量以重量百分比计为：沥青93%、碳纳米管0.3%、纳米二氧化铈6.7%。

3.根据权利要求1或2所述的无机纳米材料改性沥青，其特征在于：所述碳纳米管是单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管。

4.权利要求1所述无机纳米材料改性沥青的制备方法，是将沥青加热至100～200℃，在剪切速度1000～10000r/min下，按组分重量百分比例依次加入碳纳米管、纳米二氧化铈，混合0.5～4h，得到无机纳米材料改性沥青。

5.根据权利要求4所述无机纳米材料改性沥青的制备方法，其特征在于：所述沥青的加热温度为170～180℃。

6.根据权利要求4所述无机纳米材料改性沥青的制备方法，其特征在于：所述剪切速度为3500～4500 r/min。

7.根据权利要求4所述无机纳米材料改性沥青的制备方法，其特征在于：所述混合时间为1.5～2.5h。

说明书

一种无机纳米材料改性沥青及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种改性沥青及其制备方法，尤其涉及一种无机纳米材料改性沥青及其制备方法，属沥青改性及生产技术领域。

背景技术

[0002] 有机胶凝材料中的沥青是一种重要的道路铺设材料，但受其自身性能的限制，沥青的高、低温性能不稳定。夏季在强烈阳光照射下，沥青容易软化，出现车辙、拥包等现象；寒冷的冬天易出现裂纹，严重影响路面行车的舒适性和道路使用寿命。随着交通运输向高速、重载、大流量、渠道化的方向发展，不仅要求公路路基坚实、牢固，而且要求公路路面具备耐磨、耐高温、抗软化、平整等功能。高性能改性沥青的研究与应用已成为当前路面建设的迫切要求。

[0003] 在现有的技术中，绝大多数研发者均通过选择合适的有机聚合物改性剂来提高沥青的高温稳定性和低温抗裂性；但其存在局限性，主要表现在：1.聚合物的稳定性差，且聚合物对氧、臭氧和紫外光的耐老化性较差；2.聚合物的掺入虽然有效地改善了沥青的低温性能，却弱化了其高温性能。为解决上述问题，一些研发者试图在聚合物改性剂的基础上，加入其它一些无机填料，发挥有机/无机改性剂的综合效应以进一步提高沥青的综合性能。如国内专利CN1422904A报道了一种复合改性沥青及其制法，采用非晶态聚-α烯烃(APAO)与丁苯橡胶(SBS)对沥青复合改性。专利CN1400251A报道了一种硅藻土改性沥青，具有较好的高、低温性能，抗老化性能和水温性能。CN1400252A报道了一种改性沥青组合物及其制备方法，采用一种具有核-壳结构的填料单独或与聚合物复配，作为沥青改性剂等。然而，经检索，以无机纳米材料即碳纳米管和纳米二氧化铈粒子作为沥青改性剂，有效利用无机纳米填料的优异性能，获得一种稳定性及流动性良好的改性沥青的论文或专利还未见报道。

发明内容

[0004] 针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种无机纳米材料改性沥青及其制备方法。

[0005] 本发明所述的无机纳米材料改性沥青，由碳纳米管和纳米二氧化铈组成的改性剂以及沥青制成，其特征在于：所述碳纳米管是直径为20～80nm、长度为500nm～10μm的碳纳米管；所述纳米二氧化铈是直径为30～100nm的二氧化铈粒子；所述沥青为石油沥青或煤焦油沥青，其针入度范围为50～1101/10mm，软化点是40～100℃；所述无机纳米材料改性沥青组分含量以重量百分比计为：沥青90～95％、碳纳米管0.1～0.5％、纳米二氧化铈4.9～9.5％。

[0006] 进一步的，上述无机纳米材料改性沥青组分含量以重量百分比计，优选为：沥青93％、碳纳米管0.3％、纳米二氧化铈6.7％。

[0007] 上述的无机纳米材料改性沥青中：所述碳纳米管是单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管。

[0008] 本发明所述无机纳米材料改性沥青的制备方法，是将沥青加热至100～200℃，在剪切速度1000～10000r/min下，按组方重量百分比例依次加入碳纳米管、纳米二氧化铈，混合 0.5～4h，得到无机纳米材料改性沥青。

[0009] 上述无机纳米材料改性沥青的制备方法中：所述沥青的加热温度优选170～180℃。

[0010] 上述无机纳米材料改性沥青的制备方法中：所述剪切速度优选3500～4500r/min。

[0011] 上述无机纳米材料改性沥青的制备方法中：所述混合时间优选1.5～2.5h。 [0012] 本发明利用无机纳米填料的优异性能，克服了已有改性剂在改性沥青物理性能和抗老化、抗紫外线方面的不足，能获得一种稳定性及流动性良好的改性沥青。 [0013] 本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：由于碳纳米管是一种中空管状结构的纳米材料，其比表面积大，具有极强的吸附能力，而且耐高温，故与沥青混合后，能使沥青路面具有较高的高、低温性能；另外，纳米二氧化铈具有良好的吸收紫外线能力，能够显著提高沥青路面的抗紫外线能力，防止沥青的老化，进一步提高了沥青路面的使用年限，降低了路面的维修费用。同时，本发明所述无机纳米材料改性沥青的制备方法简单、实用，便于工业化生产，可广泛用于高等级公路、机场跑道、停车场和桥梁等工程的铺装。 具体实施方式

[0014] 下面结合具体实施例对本发明做进一步详述，但本发明之内容并不仅限于此。 [0015] 实施例1

[0016] 将470g 90#道路沥青加热至175～180℃，在剪切速度为3500r/min下，依次加入1.0g碳纳米管、29.0g纳米二氧化铈，混合时间为2.5h，得到无机纳米材料改性沥青。 [0017] 改性剂溶解均匀，测试改性沥青性能。见表1。

[0018] 实施例2

[0019] 将480g 90#道路沥青加热至175～180℃，在剪切速度为3800r/min下，依次加入1.5g碳纳米管、18.5g纳米二氧化铈，混合时间为2h，得到无机纳米材料改性沥青。 [0020] 改性剂溶解均匀，测试改性沥青性能。见表1。

[0021] 实施例3

[0022] 将490g 90#道路沥青加热至175～180℃，在剪切速度为4500r/min下，依次加入2.5g碳纳米管、7.5g纳米二氧化铈，混合时间为1.8h，得到无机纳米材料改性沥青。 [0023] 改性剂溶均匀，测试改性沥青性能。见表1。

[0024] 比较例1

[0025] 将470g 90#道路沥青加热至175～180℃，在剪切速度为3500r/min下，加入30.0g纳米二氧化铈粒子，混合时间为1.8h，得到改性沥青。

[0026] 改性剂溶解均匀，测试改性沥青性能。见表1。

[0027] 比较例2

[0028] 将497.5g 90#道路沥青加热至175～180℃，在剪切速度为3800r/min下，加入2.5g碳纳米管，混合时间为2h，得到改性沥青。