[发明专利]一种生物基沥青改性剂及其制备方法

说明书

本发明提出了一种生物基沥青改性剂及其制备方法。生物基沥青改性剂按照质量百分比计，包括如下组分：生物质基基体材料60wt％～80wt％，聚酯改性剂10wt％～20wt％，助剂0.5wt％～2wt％，界面增强剂10wt％～15wt％，纳米无机填料2wt％～10wt％。采用简单的一步高温熔融共混改性制备得到新型生物质基有机‑无机复合高模量添加剂。本发明提出的新型生物质基高模量添加剂具有性能优良、成本低、与沥青的相容性好等突出优点，且可根据不同的工程需要开发系列产品；该高模量沥青具有复数剪切模量高、抗车辙因子大、抗疲劳性能好、弹性恢复能力强等突出优势。

技术领域

本发明涉及改性沥青技术领域，特别涉及一种生物基沥青改性剂及其制备方法。

背景技术

随着我国国民经济的发展，交通量增长迅速，我国公路里程数已经达到世界第一。由于沥青路面具有良好的行车舒适性、建设速度快、维修方便等特点，因此，在路面结构中的应用越来越广泛。与此同时，公路交通重载及超载现象也日益普遍，加之多地极端持续高温气候出现频率增加，沥青路面的车辙病害也愈加严重，并已成为几大病害之首，直接影响行车舒适性和安全性。据不完全统计，在高等级公路维修原因中，车辙病害发生比率高达80％以上。为了解决沥青路面的车辙问题，国内外许多学者己提出各种各样的解决方法。其中，高模量沥青及其混合料是解决我国沥青路面重载交通及长大陡坡路面车辙等问题的重要工程材料。

目前主要有三种方法制备高模量沥青混合料：(1)采用硬质沥青(低标号沥青)结合料(如30号沥青)；(2)天然沥青，如岩沥青或湖沥青；(3)采用高模量添加剂(如法国PR，德国Duroflrx)或特殊改性沥青(如高模量改性沥青)。由于第(3)种方式工艺简单，不存在高模量改性沥青易离析、高温加热温度过高引发施工和易性不良的问题而受到广泛关注。

但是，目前添加剂型高模量沥青混合料技术存在的主要问题是添加剂种类繁多、良莠不齐、价格昂贵，且多数添加剂均会对沥青混合料低温性能及疲劳性能造成损伤，而提高高模量沥青混合料自身的疲劳特性是确保高模量沥青路面使用寿命的必要条件。因此，开发一种新型耐久性高模量沥青改性剂势在必行。

发明内容

本发明提出一种生物基沥青改性剂及其制备方法，克服了现有沥青改性剂的缺点和不足。本发明的高模量沥青改性剂具有性能优良、成本低、与沥青的相容性好等突出优点。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种生物基沥青改性剂，按照质量百分比计，包括如下组分：生物质基基体材料60wt％～80wt％；聚酯改性剂10wt％～20wt％；助剂0.5wt％～2wt％；界面增强剂10wt％～15wt％；纳米无机填料2wt％～10wt％。其中，生物质基基体材料为一种绿色环保的可再生能源，成本低、储量巨大、分布广泛，与沥青分子之间具有更好的相容性和配伍性，从而在基质沥青中能够达到较好的分散效果，充分发挥改性组分的作用并实现抗疲劳的功能。聚酯改性剂发挥骨架的作用，与基质沥青混合后，能够实现沥青在高温下的刚度要求，提高沥青的模量。纳米粒子添加剂填充于聚酯改性剂之间，进一步提高沥青改性剂的模量，进而提高最终沥青产品的模量，此外，纳米粒子添加剂还能改善沥青的耐高温性能。界面增强剂能够与生物质基基体材料、共聚酯之间具有协同效应，提高沥青模量，同时能够增强生物基材、聚酯改性剂与沥青之间的界面膜强度，从而使得高模量沥青体系更加稳定。

在一些实施例中，生物质基基体材料为加氢生物油通过热聚合反应得到。加氢生物油经过热聚合反应后，再进行离心，收集沉淀物进行干燥处理得到生物质基基体材料。加氢生物油为玉米秸秆热解生物油残渣经加氢脱氧反应得到。生物质基基体材料的原料为玉米秸秆，为一种绿色环保的可再生能源，成本低、储量巨大、分布广泛。将玉米秸秆热解生物油经加氢聚合改性，一方面能够去除生物油中含有大量的氧元素，另一方面，将小分子生物油聚合成大分子，通过控制加氢和聚合反应条件，能够精确控制改性生物油的分子尺寸在2nm-5nm左右，这与沥青分子尺寸在量级上非常相近，使得生物油能够具有更好的亲油性，与沥青分子之间具有更好的相容性和配伍性。