本发明涉及一种改性沥青及其制备方法，特别涉及一种道路用抗紫外老化沥青及其制备方法。
背景技术：
：沥青路面具有优良的路用性能和舒适的行车性能，是公路建设的主要路面结构形式。但在紫外线辐射下，沥青会发生一系列物理和化学变化，导致硬化变脆，破坏应变变小，易于开裂，逐渐老化，严重影响了沥青的使用性能。特别是在紫外线较强的地区，极大的缩短了沥青路面的使用寿命。为解决沥青路面的紫外老化问题，可通过向道路沥青中添加纳米粉体，如二氧化钛粉、CeO2粉等；还可添加光吸收剂，如二苯甲酮类和受阻胺类衍生物等。CN103880336A公开了一种具有抗紫外线老化性能的沥青混合料。该沥青混合料中添加有抗紫外老化剂，抗紫外老化剂为纳米二氧化钛粉末，纳米二氧化钛粉末对提高沥青混合料的抗紫外老化性能有限。CN101434472A公开了一种提高改性沥青抗紫外老化性能的方法。该方法为了提高沥青的抗紫外老化性能，向沥青中加添加剂，添加剂为具有吸收紫外线功能的CeO2纳米材料或抗紫外线吸收剂UV-531。该方法所用紫外吸收剂在高温混合时容易出现挥发等损失问题，而且CeO2纳米材料与沥青的相容性非常差，容易出现离析分层，影响了其抗紫外性能的发挥，提高沥青混合料的抗紫外老化性能有限。综上，现有技术只是简单地将纳米粉体或光稳定剂添加到沥青中，这样会导致纳米粉体与沥青出现离析分层问题，以及光稳定剂发生物理迁移和挥发问题，致使抗紫外老化性能有限。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明提供了一种抗紫外老化沥青及其制备方法。本发明改性沥青具有非常优异的抗紫外老化性能，不会发生物理迁移和挥发，同时沥青与添加剂具有很好的相容性。本发明提供了一种抗紫外老化沥青，按重量份计包括以下原料组分：（1）基质沥青：100份；（2）所述有机-无机复合材料：1.0～5.0份，优选为1.5～3.5份；其中，所述有机-无机复合材料由正硅酸乙酯与含有三嗪三酮基团的有机硅烷共水解和缩聚反应形成。所述含有三嗪三酮基团的有机硅烷为1,3,5-三[3-（三甲氧基甲硅烷基）丙基]-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮，可以由下述化学式表示：式（Ⅰ）。所述有机-无机复合材料的原料包括聚乙烯醚-聚丙烯醚-聚乙烯醚三嵌段共聚物、盐酸、正硅酸乙酯、含有三嗪三酮基团的有机硅烷和水，所述聚乙烯醚-聚丙烯醚-聚乙烯醚三嵌段共聚物、盐酸、正硅酸乙酯、含有三嗪三酮基团的有机硅烷和水的重量比为（25～35）:（130～200）:（35～55）:（30～50）:1000，优选为（28～32）:（150～180）:（85-X）:X:1000，其中X=30～50，盐酸的浓度为8～12mol/L。所述共水解和缩聚反应的温度为90～120℃，优选为100～110℃，时间为36～48h。所述基质沥青可以为本领域常规使用的各种沥青，可以为石油沥青、煤焦油沥青、油砂沥青、天然沥青中的一种或几种。所述基质沥青的针入度可以为80～1001/10mm。石油沥青可以选自直馏沥青、溶剂脱油沥青、氧化沥青、半氧化沥青中的一种或几种，直馏沥青可以是原油常压蒸馏得到的常压渣油，也可以是原油经减压蒸馏得到的减压渣油。本发明还提供了一种如上述的抗紫外老化沥青的制备方法，其包括如下步骤：（1）将聚乙烯醚-聚丙烯醚-聚乙烯醚三嵌段共聚物和盐酸溶于水中，不断搅拌至完全溶解，再加入正硅酸乙酯和含有三嗪三酮基团的有机硅烷，搅拌均匀，然后进行共水解和缩聚反应，反应结束后过滤、洗涤和第一干燥，然后再加入乙醇和盐酸的混合溶液中，加热回流，然后洗涤、第二干燥，即得到有机-无机复合材料；（2）将有机-无机复合材料加入到熔融的基质沥青中，加热并搅拌均匀，即得到所述的抗老化改性沥青。在步骤（1）中，所述聚乙烯醚-聚丙烯醚-聚乙烯醚三嵌段共聚物、盐酸、正硅酸乙酯、含有三嗪三酮基团的有机硅烷和水的重量比为（25～35）:（130～200）:（35～55）:（30～50）:1000，优选为（28～32）:（150～180）:（85-X）:X:1000，其中X=30～50，盐酸的浓度为8～12mol/L。在步骤（1）中，所述搅拌的温度为30℃～50℃，所述搅拌的时间为18～24h。在步骤（1）中，所述共水解和缩聚反应的温度为90～120℃，优选为100～110℃，时间为36～48h。在步骤（1）中，所述有机-无机复合材料与乙醇和盐酸混合溶液的重量比例为1:（50～200），在所述乙醇和盐酸混合溶液中盐酸与乙醇的重量比例为1:（50～70），所述盐酸的浓度为8～12mol/L。在步骤（1）中，所述的过滤、洗涤、干燥均可以采用常规方法。干燥使溶剂挥发掉即可，所述第一干燥的温度可以为80℃～120℃，时间为5～12h。所述第二干燥的温度可以为80℃～120℃，时间为5～12h。在步骤（1）中，所述加热回流的温度为60～90℃，优选为70～80℃，时间为6～10h。在步骤（2）中，所述加热搅拌的温度为130℃～150℃，时间为0.5～1.0h。与现有技术相比，本发明的抗紫外老化沥青及其制备方法具有如下优点：（1）本发明通过正硅酸乙酯和含有三嗪三酮基团的有机硅烷共缩聚-水解反应，从而将有机硅烷的有机基团引入到有机-无机复合材料中，并在有机-无机复合材料中分布均匀，从而防止了有机基团的物理迁移或挥发损失，这样有机基团具有紫外线吸收、捕获自由基、分解氢过氧化物等作用，而且无机成分对紫外线具有较强的屏蔽作用，两者作用互相协调、相互影响，其综合作用大幅度地提高了沥青的抗紫外老化性能。（2）本发明有机-无机复合材料，兼具有机基团和无机纳米材料的特点，打破了有机物和无机物的界限，与沥青具有优良的相容性。（3）本发明有机-无机复合材料呈颗粒（或粉末）状，便于储存和运输。具体实施方式下面通过实施例进一步描述本发明的技术特点，但这些实施例不能限制本发明。本发明所述的“共水解和缩聚”是指有机硅烷和正硅酸乙脂共同发生水解反应和缩聚反应，从而一步合成含有不同有机基团的有机-无机复合材料。实施例1（1）将29.14重量份聚乙烯醚-聚丙烯醚-聚乙烯醚三嵌段共聚物（P123）和168.40重量份浓盐酸（12mol/L）溶于1000重量份水中，不断搅拌至完全溶解，量取35重量份正硅酸乙酯和50重量份1,3,5-三[3-（三甲氧基甲硅烷基）丙基]-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮，加入上述溶液中，同时40℃不断搅拌24h，然后装入反应釜中，在烘箱中100℃静置48h，从而完成共水解和缩聚反应，过滤并用水洗涤，100℃干燥12h后，加入到600重量份无水乙醇和10重量份浓盐酸（12mol/L）的混合溶液中，80℃加热回流8h，然后水洗至中性，乙醇洗涤后，100℃干燥8h，即得到约37.4重量份有机-无机复合材料。（2）将3.5重量份有机-无机复合材料加入到100重量份熔融的基质沥青（减压渣油，25℃针入度为931/10mm）中，在140℃下，持续搅拌1h，使其均匀的分散于基质沥青中，即得到所述的抗紫外老化沥青。实施例2（1）将29.14重量份聚乙烯醚-聚丙烯醚-聚乙烯醚三嵌段共聚物（P123）和168.40重量份浓盐酸（12mol/L）溶于1000重量份水中，不断搅拌至完全溶解，量取45重量份正硅酸乙酯和40重量份1,3,5-三[3-（三甲氧基甲硅烷基）丙基]-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮，加入上述溶液中，同时40℃不断搅拌20h，然后装入反应釜中，在烘箱中100℃静置48h，冷却后抽滤并用水洗涤，100℃干燥12h后，加入到540重量份无水乙醇和9重量份浓盐酸（12mol/L）的混合溶液中，80℃加热回流8h，然后水洗至中性，乙醇洗涤后，100℃干燥8h，即得到约34.8重量份有机-无机复合材料。（2）将2.5重量份有机-无机复合材料加入到100重量份熔融的基质沥青（减压渣油，25℃针入度为931/10mm）中，在140℃下，持续搅拌1h，使其均匀的分散于基质沥青中，即得到所述的抗紫外老化沥青。实施例3（1）将31重量份聚乙烯醚-聚丙烯醚-聚乙烯醚三嵌段共聚物（P123）和160重量份浓盐酸（12mol/L）溶于1000重量份水中，不断搅拌至完全溶解，量取55重量份正硅酸乙酯和30重量份1,3,5-三[3-（三甲氧基甲硅烷基）丙基]-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮，加入上述溶液中，同时40℃不断搅拌18h，然后装入反应釜中，在烘箱中100℃静置36h，冷却后抽滤并用水洗涤，100℃干燥12h后，加入到480重量份无水乙醇和8重量份浓盐酸（12mol/L）的混合溶液中，80℃加热回流8h，然后水洗至中性，乙醇洗涤后，100℃干燥8h，即得到约32.2重量份有机-无机复合材料。（2）将1.5重量份有机-无机复合材料加入到100重量份熔融的基质沥青（减压渣油，25℃针入度为931/10mm）中，在140℃下，持续搅拌0.75h，使其均匀的分散于基质沥青中，即得到所述的抗紫外老化沥青。对比例1将3.45重量份纳米二氧化钛、0.05重量份硅烷偶联剂KH-550加入到100重量份熔融的基质沥青中，在140℃下，持续搅拌0.75h，使其均匀的分散于基质沥青中，即可得到所述的改性沥青。对比例2将3.45重量份纳米CeO2和0.05重量份抗紫外线吸收剂UV-531（2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮）加入到100重量份熔融的基质沥青中，在140℃下，持续搅拌0.75h，使其均匀的分散于基质沥青中，即可得到所述的改性沥青。对比例3（1）将29.14重量份聚乙烯醚-聚丙烯醚-聚乙烯醚三嵌段共聚物（P123）和168.40重量份浓盐酸（12mol/L）溶于1000重量份水中，不断搅拌至完全溶解，量取45重量份正硅酸乙酯，加入上述溶液中，同时40℃不断搅拌20h，然后装入反应釜中，在烘箱中100℃静置48h，冷却后抽滤并用水洗涤，100℃干燥12h后，加入540重量份无水乙醇和9重量份浓盐酸（12mol/L）的混合溶液中，80℃加热回流8h，然后水洗至中性，乙醇洗涤后，100℃干燥8h，即得到约13.0重量份无机材料。（2）将1.0重量份无机材料和2.5重量份1,3,5-三[3-（三甲氧基甲硅烷基）丙基]-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮加入到100重量份熔融的基质沥青（减压渣油，25℃针入度为931/10mm）中，在140℃下，持续搅拌1h，使其均匀的分散于基质沥青中，即得到所述的抗紫外老化沥青。测试例紫外老化试验在紫外老化箱中进行，紫外线强度为1200μw/cm2，老化温度为60℃，老化时间为6天，试验结果如下见表1。表1本发明基质沥青与改性沥青紫外老化后的性质对比基质沥青实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2对比例3针入度比/%55605857565657软化点增量/℃1771011151412老化后10℃延度/cm24494442293235残留延度比/10℃，%28555048353840由表1中可见，与对比例1、2和3相比，本发明的改性沥青，在紫外老化试验后，针入度比和残留延度比均明显较高，具有更小的软化点增量，这表明本发明采用的有机-无机复合材料能够显著地提高沥青的抗紫外老化性能。由对比例1-3可以看出，其抗紫外老化效果不如实施例1-3，主要原因在于：对比例1、2和3只是简单地加入纳米二氧化钛、纳米CeO2或无机材料，与沥青不能很好的相容，且有机硅烷和/或紫外吸收剂存在挥发、物理迁移等现象，造成损失。因此，其抗紫外老化效果不如本发明的改性沥青。当前第1页1 2 3