纳米掺杂氧化锌改性沥青及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米掺杂氧化锌改性沥青及其制备方法，由以下重量份数的原料制成：沥青100份、混合盐2.74～14.28份、去离子水38.67～201.68份、草酸1.70～8.87份。该改性沥青不仅可以利用纳米颗粒对紫外光的吸收屏蔽作用提高沥青抗紫外老化性能，同时，通过对纳米氧化锌进行掺杂，提高沥青分子转变为高能自由基的反应能垒，减缓沥青分子的氧化。相比普通纳米氧化锌改性沥青，本发明专利技术纳米掺杂氧化锌改性沥青具有更优异的抗紫外老化性能。改性沥青具有更优异的抗紫外老化性能。改性沥青具有更优异的抗紫外老化性能。

【技术实现步骤摘要】
纳米掺杂氧化锌改性沥青及其制备方法


[0001]本专利技术属于改性沥青
，尤其涉及一种纳米掺杂氧化锌改性沥青及其制备方法。

技术介绍

[0002]高海拔地区紫外辐射强，日照时间长等极端气候特点，导致沥青路面的老化现象尤为明显，裂缝、车辙等病害的形成使沥青路面的服役寿命大幅缩短。目前使用最为广泛的聚合物改性沥青在抗老化性能方面展现出的不足也很大程度影响着其在特殊环境下的应用。
[0003]由于表面积大、尺寸小的特点，与普通材料相比，纳米材料展示出了独特的特性，使其在各个领域得到广泛的应用，其中包括沥青改性领域。纳米材料的加入可以显着提高沥青的抗老化性能、粘弹性能、高温性能、抗疲劳和抗湿损性能等，这与目前广泛使用的聚合物改性剂形成了良好的互补，进一步改善了沥青材料的老化性能。在纳米材料的沥青改性剂中，不同的无机纳米颗粒对沥青的改性作用表现出不同的改性效果，诸多金属氧化物纳米颗粒具有一定的半导体特性，表现出对紫外光的屏蔽与吸收作用被认为是其作为沥青改性剂对沥青抗紫外老化性能起到改善作用的原因之一，如纳米氧化锌在常温常压下的禁带宽度为3.37eV，对280nm～400nm波长范围内的紫外光具有吸收作用，锐钛矿型的纳米氧化钛禁带宽度约为3.2eV，对波长为400nm以下的紫外光也具备良好的吸收作用。
[0004]纳米无机半导体材料在外部条件(光照、温度、湿度、压力等)发生变化时，自身的物理性质也将发生一定程度的改变，如形成电子
‑
空穴对，电子和空穴分别拥有极强的还原能力和氧化能力，使附着在材料表面上的吸附物质发生较深度的氧化还原反应，这对沥青老化过程中的氧化反应将产生影响。因此，通过改变纳米无机半导体材料相关性质，将直接影响着纳米无机半导体材料作为沥青改性剂对沥青的抗老化改性效果。
[0005]获得抗老化性能更优异且具备经济效益的改性沥青是本领域技术人员在不断攻克的技术难题。纳米氧化锌作为一种纳米无机半导体材料，是改善沥青抗老化能力的潜在材料，通过掺杂实现对材料相关性质调控，开发探索出一种抗老化性能更为优异的纳米掺杂氧化锌改性沥青对于沥青材料在特殊环境下的使用，乃至工程领域中的更广泛应用都具备重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种纳米掺杂氧化锌改性沥青及其制备方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0008]纳米掺杂氧化锌改性沥青及其制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将2.74～14.28份混合盐加入16.57～86.37份去离子水中，搅拌至充分溶解，得到混合溶液；同时将1.70～8.87份草酸加入22.10～115.31份去离子水中搅拌至充分溶
解，得到草酸溶液；
[0010](2)在搅拌条件下，向步骤(1)后的混合溶液中缓慢滴加步骤(1)后的草酸溶液，加入过程中混合溶液产生沉淀，全部滴加后反应体系不在产生沉淀，持续搅拌进行反应，得到沉淀混合溶液；
[0011]加入草酸溶液的过程中，混合溶液产生沉淀，是由于草酸具有氧化性，能够将混合溶液中的金属离子氧化，生成不溶于水的金属氧化物纳米颗粒，产生沉淀物；随着草酸溶液的不断加入和反应时间的延长，混合溶液中的金属离子被全部氧化，混合溶液不在产生沉淀。
[0012](3)将步骤(2)后的沉淀混合溶液依次进行离心分离、干燥，得到沉淀混合物料；
[0013](4)将步骤(3)后的沉淀混合物料进行高温煅烧，研磨成粉末状，得到纳米掺杂氧化锌颗粒；
[0014](5)将步骤(4)后的纳米掺杂氧化锌颗粒加入到100份沥青中，加热至熔融，然后进行剪切，得到纳米掺杂氧化锌改性沥青。
[0015]沥青分子尺度的老化反应符合自由基链式反应理论，在高能紫外线辐射的作用下，沥青中的沥青质分子最易脱氢，产生高能自由基，高能自由基可吸附氧分子，形成过氧自由基，过氧自由基上的自由基点具备高度反应性，可进一步从其它沥青分子中抽取氢原子，生成含氧基团。自由基链式反应可不断重复，导致沥青的持续老化。自由基链式反应的整个过程中，高能自由基的生成反应的反应能垒最高，是导致沥青持续氧化最重要的反应。将普通纳米氧化锌颗粒掺入沥青中，主要是利用纳米氧化锌对紫外光的吸收和屏蔽作用，从而提高沥青抗紫外老化性能，但普通纳米氧化锌颗粒对沥青中高能自由基的生成反应具有促进作用，限制了对沥青抗紫外老化性能的改善作用。相比普通纳米氧化锌颗粒，将纳米掺杂氧化锌颗粒掺入沥青中制备得到的纳米掺杂氧化锌改性沥青，可以提高沥青中高能自由基生成反应的反应能垒，从源头上减缓沥青分子的氧化，进一步提高沥青抗紫外老化性能。
[0016]上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，混合盐是由盐A和盐B按照摩尔比为9：1混合而成，所述盐A为乙酸锌，所述盐B为醋酸镁或硝酸铝。
[0017]上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，缓慢滴加的速率因小于0.02mL/s。为使生成的纳米颗粒粒度均匀，促进反应平缓进行，需将滴加的速率控制在本专利技术的范围内，如果超出专利技术的范围，将导致金属离子氧化速率过快，容易造成纳米颗粒粒度过大，影响改性效果。
[0018]上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，，搅拌速率为30rpm～50rpm，搅拌温度为55℃～65℃。
[0019]上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，离心分离的转速为5000rpm～10000rpm，离心时间为3min～5min。
[0020]上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，干燥的温度为70℃～90℃，干燥时间为8h～10h。
[0021]上述的制备方法，优选的，所述步骤(4)中，高温煅烧的温度为550℃～600℃，煅烧时间为120min～150min。
[0022]上述的制备方法，优选的，所述步骤(5)中的沥青为基质沥青，优选采用70#基质沥
青、90#基质沥青中的一种或多种。
[0023]上述的制备方法，优选的，所述步骤(5)中，加热至熔融的加热温度为150℃～160℃。
[0024]上述的制备方法，优选的，所述步骤(5)中，剪切速率为5000rpm～7000rpm，剪切时间为30min～40min。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0026](1)本专利技术的纳米掺杂氧化锌改性沥青，相比普通纳米氧化锌改性沥青，以纳米掺杂氧化锌作为改性剂，可以使附着在改性剂表面的沥青分子的电荷量降低，导致沥青分子因脱氢而生成高能自由基的反应能垒增大，减缓了沥青分子的氧化，进一步改善了沥青的抗老化性能。
[0027](2)本专利技术的纳米掺杂氧化锌改性沥青，相比普通纳米氧化锌改性沥青，纳米掺杂氧化锌改性剂对紫外光的吸收范围与吸收率没有发生过大的变化，同样可以有效地对紫外光起到吸收和屏蔽作用，提高沥青抗老化性能。
[0028](3)本专利技术的纳米掺杂氧化锌改性沥青，在原料用量更少的情况下，可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.纳米掺杂氧化锌改性沥青，其特征在于，包括以下重量份数的原料制成：沥青100份、混合盐2.74～14.28份、去离子水38.67～201.68份、草酸1.70～8.87份。2.根据权利要求1所述的纳米掺杂氧化锌改性沥青，其特征在于，所述混合盐由盐A和盐B按照摩尔比为9：1混合而成，所述盐A为乙酸锌，所述盐B为醋酸镁或硝酸铝。3.根据权利要求1所述的纳米掺杂氧化锌改性沥青，其特征在于，所述混合盐与草酸质量比约为1.6：1。4.根据权利要求1所述的纳米掺杂氧化锌改性沥青，其特征在于，所述混合盐与去离子水质量比约为1：6.05。5.根据权利要求1所述的纳米掺杂氧化锌改性沥青，其特征在于，所述草酸与去离子水质量比约为1：13。6.如权利要求1～5中任一项所述的纳米掺杂氧化锌改性沥青的制备方法，包括以下步骤：(1)将2.74～14.28份混合盐加入16.57～86.37份去离子水中，搅拌至充分溶解，得到混合溶液；同时将1.70～8.87份草酸加入22.10～11...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫兵，曾清，刘雅儒，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：