[发明专利]纳米ZnO/层状硅酸盐纳米复合改性剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种纳米ZnO/层状硅酸盐纳米复合改性剂及其制备方法和在沥青中的应用。本发明利用纳米复合技术将纳米ZnO与膨胀蛭石、蒙脱石或累托石等层状硅酸盐中的任一种进行复合，形成纳米ZnO/层状硅酸盐复合改性剂，不仅有效地减少了纳米ZnO的团聚作用，而且也保证了纳米ZnO与层状硅酸盐间的相对均匀性。最终添加至沥青中，可实现纳米ZnO与层状硅酸盐的协同增效作用，同时提高了沥青的抗热氧老化和抗紫外老化性能，降低了沥青变硬变脆和沥青路面性能劣化速率，并增强了沥青抵抗永久变形的能力。因而，本发明对于扩展纳米材料在沥青路面中的应用范围、减少沥青路面病害和路面修补养护次数、延长路面服役寿命和节省道路投资建设具有重要意义。

技术领域

本发明属于纳米复合材料和道路材料技术领域，具体涉及一种纳米ZnO/层状硅酸盐纳米复合改性剂及其制备方法和应用。

背景技术

沥青路面以其行车平稳舒适、修补方便和可再生利用等优点已成为世界各国道路建设的首选路面类型。然而，由于沥青是一种有机材料，在服役期间暴露在高温、紫外辐射、大气和雨水等环境因素下，沥青发生热氧老化和紫外老化，导致沥青变脆变硬，进而演变成剥落、裂缝、坑槽和车辙等道路病害，严重缩短了沥青路面的使用寿命。

往沥青中添加改性剂的方式，因生产方便且对沥青性能改善效果显著，成为了提升沥青抗老化性能的常用方法。纳米材料因具有高表面积、高活性和小尺寸效应，使得其在对抗热氧老化和吸收或散射紫外光等方面均表现出良好的性质。但单一纳米材料对沥青性能的提升具有局限性，故需通过将纳米材料进行复配，形成复配改性剂以综合提高沥青的性能。已有研究证明了无机纳米粒子与层状硅酸盐复配可同时提升沥青的抗热氧和抗光氧老化性能。然而，在沥青改性过程中，无机纳米粒子或层状硅酸盐改性剂单独使用或与其它纳米材料改性剂复配时存在易团聚和在沥青中分散不均匀等问题。同时，纳米材料复配改性沥青的制备常用的做法是，将无机纳米粒子和层状硅酸盐经过简单物理共混后形成复配改性剂，将其添加熔融沥青中，然后经过一段时间的高速剪切或搅拌制备而成。但就复配改性后的沥青的局部(单位体积)而言，理想的分布情况是纳米粒子和层状硅酸盐在沥青中分别均匀分布，即可等效视作层状硅酸盐(无机纳米粒子)均匀分散在均一的无机纳米粒子(层状硅酸盐)改性沥青中，但目前纳米复配改性沥青中的单独的纳米粒子或层状硅酸盐不仅存在团聚堆积和分布不均匀的现象，而且二者的相对均一性也难以保证，而这将在很大程度上阻碍无机纳米粒子和层状硅酸盐在沥青抗老化作用方面发挥叠加效用。

基于上述理由，特提出本申请。

发明内容

因蛭石、蒙脱石和累托石此类层状硅酸盐具有比表面积大、吸附性能良好、层间阳离子可交换等特性，且已有研究表明，众多纳米金属氧化物中以纳米ZnO对沥青的紫外老化效果提升效果最为显著。故针对上述现有技术存在的问题或缺陷，本发明的目的在于提供一种纳米ZnO/层状硅酸盐纳米复合改性剂及其制备方法和应用。本发明利用纳米复合技术将纳米ZnO与蛭石、蒙脱石或累托石等中的任一种层状硅酸盐进行复合，形成纳米ZnO/层状硅酸盐纳米复合改性剂，不仅可有效地减少纳米ZnO的团聚作用，而且也可以保证纳米ZnO与层状硅酸盐间的相对均匀性。最终添加至沥青中，可实现纳米ZnO与层状硅酸盐的协同增效作用，延缓沥青老化，降低沥青变硬变脆和沥青路面性能劣化速率，这对于扩展纳米材料在沥青路面中的应用范围、减少沥青路面病害和路面修补养护次数、延长路面服役寿命和节省道路投资建设具有重要意义。

为了实现本发明的上述其中一个目的，本发明采用的技术方案如下：

一种纳米ZnO/层状硅酸盐纳米复合改性剂的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：

(1)将层状硅酸盐通过去离子水对其进行粗洗，粗洗抽滤后再加入无水乙醇进行精洗除杂，然后将所得样品抽滤、干燥至恒重，得到纯化干燥后的层状硅酸盐；