一种沥青抗老化剂及其制备方法、使用方法

1.本发明属于抗紫外线老化道路沥青领域，尤其应用于青藏高原地区的沥青抗老化剂及 其制备方法。


背景技术：

2.进入21世纪以来，我国高等级公路建设得到迅速发展，其中沥青路面因其优异性 能得到广泛应用。相比于水泥路面，沥青路面具有诸多优点，例如行车舒适、低噪 声、维护便捷等。在我国高等级路面建设中，沥青路面比例高达90％。高速公路沥青 路面的设计使用寿命为15到20年，但实际使用寿命却远远达不到这一数字，我国公 路年维修费用高达825.9亿人民币，提高沥青路面寿命是当今道路研究的重要方向。
3.沥青路面的使用寿命和沥青老化有重要关系。在温度、紫外线、氧气等外界环境 影响下、沥青会发生老化，导致其分子量变大，化学组分重组，导致沥青的物理化学 性能发生变化。热氧老化的本质是沥青中的链状结构以无规断裂等形式被降解，或者 非极性基团被氧化为其他极性基团。紫外老化是由于紫外光光波的能量大于沥青分子 中一些化学键的键解离能，从而使这部分化学键直接断裂，或是驱使分子变成极易被 氧化的激发态，然后进一步发生热氧老化。因此紫外线老化的老化程度更大，易导致 沥青混凝土性能劣化，引起沥青路面的疲劳及低温开裂。青藏地区紫外线辐射强度 大，沥青更易发生紫外线老化，沥青路面性能下降更急速。因此利用一种抗老化剂抑 制沥青紫外线老化是提高青藏地区沥青路面性能的可靠方法。
4.中国专利201811477604.x提出了一种道路石油沥青抗老化剂的制备方法。该沥青 抗老化剂成分重量比为葡萄糖苷5％～15％，二乙烯三胺五乙酸铁-钠络合物0.5％～5％， 聚丙烯酸钠2％～10％，生蛭石粉25％～55％，微纳米级水镁石粉10％～30％，阻燃聚酰 胺66复合纤维0.5％～2％和余量乳化沥青。制备方法为主要是将抗老化剂研磨混合研 制，但是由于添加剂皆为固体，在使用过程中难以融合，有较大粘度，易产生离析现 象，其使用效果并不理想。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提供了一种沥青抗老化剂及其制备方法，具有抗紫外线老化 性能好，无挥发性，易于沥青相融的优点，可以有效解决青藏高原地区沥青紫外线老化严 重问题。
6.一种沥青抗老化剂，沥青抗老化剂包括重量百分比为3％～10％的槲皮素，重量百分比 为10％～15％的稳定剂，重量百分比为40％～70％的芳烃油，重量百分比为10％～30％的 木质素，重量百分比为10％～15％的黄原酸钠，槲皮素、稳定剂、芳烃油、木质素、黄原 酸钠的重量百分比之和为100％，所述沥青抗老化剂由黄原酸钠，槲皮素、稳定剂、芳烃 油、木质素和黄原酸钠均匀混合而成。
7.进一步地，稳定剂为光稳定剂uv-770。
8.一种沥青抗老化剂的制备方法，包括以下步骤：
9.(1)将槲皮素、木质素、稳定剂和黄原酸钠混合均匀备用；
10.(2)芳烃油加热至160～170℃，将混合均匀的槲皮素、木质素等混合物加入芳烃油 中，搅拌均匀；
11.(3)将混合后的芳烃油加热并保持160～170℃，利用剪切仪将芳烃油混合物剪切至流 动态为止；
12.(4)剪切完成后，将剪切完成的芳烃油混合物在130～160℃的环境中下发育1～2h， 得到沥青抗老化剂。
13.进一步地，步骤(2)中，利用烘箱将芳烃油加热至160～170℃。
14.进一步地，步骤(3)中，将混合完成的芳烃油放入电加热套中，设置电加热套温度 为160～170℃。
15.进一步地，步骤(3)中，利用剪切仪剪切芳烃油混合物的方法为：将剪切仪的转子 放置于芳烃油混合物中，打开剪切开关，将转子的转速增大至1000r/min保持不变，剪切 10min，停止5min；将转子的转速增大至3000r/min，剪切15min，停止5min；将转子的 转速增大至5000r/min，剪切30min；芳烃油中无气泡，无固体颗粒，呈现为完全流动态 时，剪切完成。
16.进一步地，步骤(3)中，在剪切芳烃油混合物时，芳烃油混合物全程淹没转子。
17.进一步地，步骤(4)中，剪切完成的芳烃油混合物在130～160℃的烘箱中发育 1～2h，得到沥青抗老化剂。
18.以上沥青抗老化剂的使用方法，道路沥青与沥青抗老化剂的重量比为92～97：3～8， 沥青抗老化剂适用于青藏高原地区。
19.有益效果
20.(一)槲皮素、木质素和稳定剂皆为固体无挥发性，沥青在常温下也为固 体，稳定性好，无挥发性。生产过程中无其他废料产生，无危险性。
21.(二)本发明所生成的抗老化剂与沥青相容性好，对沥青其他性能并无影 响。
22.(三)抗紫外线老化性能强，原料中稳定剂为光稳定剂，可以抑制紫外线 引发的光反应过程，黄原酸钠可以防止高价金属离子催化沥青氧化，槲皮素和 木质素分子可以有效地与沥青老化阶段生成的游离基结合，抑制沥青老化进 行。
23.槲皮素和木质素为酚类化合物，酚类化合物上的羟基具有极强的还原性及 丢失电子的能力，可以与沥青老化过程中的过氧化自由基roo
·
反应，使 roo
·
游离的电子成对，生成rooh，反应后生成的ro
·
虽然含有游离的电 子，但是可以与相邻芳香环的π键形成共轭稳定结构，保证其不继续反应。由 于不稳定的roo
·
不断被酚羟基反应，沥青中游离基含量会随之减小，沥青老 化速度逐渐减缓。槲皮素和木质素单独使用时，其抗老化效果会随着老化程度 的增大而急剧减小。而本发明的创新之处在于将天然抗氧化剂槲皮素与木质素 混合，槲皮素分子可以成功插入到木质素大分子中，形成稳定的共轭结构，对 槲皮素和木质素的抗氧性能进行了保护，增强槲皮素和木质素抗老化效果的稳 定性。
24.沥青紫外线老化的本质是紫外光光波的能量大于沥青分子的化学键的键解 离能，导致化学键直接断裂，或者驱使分子变成极易被氧化的激发态，然后进 一步发生热氧老化。本发明抗老化剂的光稳定剂可以有效抑制紫外线引发的光 反应过程，防止沥青中分
子化学键断裂。槲皮素和木质素的联合作用可以有效 的与被激活分子反应，抑制老化的继续进行。青藏高原地区紫外线强度高，沥 青极易发生紫外线老化，本发明针对沥青紫外线老化的机理，可以有效的抑制 紫外线老化程度，保护青藏地区的沥青路面。
25.沥青抗老化剂的制备方法中，在剪切完成后增加发育过程中，抗老化剂表 面可见小气泡，在发育完成后，抗老化剂表面的小气泡基本消失，恒温发育是 本发明中沥青抗老化剂制备的一个不可缺少的环节，槲皮素、木质素等更加均 匀地与沥青接触反应，混合均匀。
附图说明
26.图1：本发明各实施例抗老化剂改性沥青与70#基质沥青老化前红外光谱对比 图；
27.图2：本发明各实施例抗老化剂改性沥青与70#基质沥青老化短期老化后红外 光谱对比图；
28.图3：本发明各实施例抗老化剂改性沥青与70#基质沥青老化紫外线老化后红 外光谱对比图。
具体实施方式
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例， 对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以 解释本发明，并不用于限定本发明。
30.实施例1：
31.该实例所提及的沥青抗老化剂由以下重量份原料组成：
[0032][0033]
所述的稳定剂为光稳定剂uv-770。
[0034]
制备方法：
[0035]
a、将槲皮素、木质素、稳定剂和黄原酸钠混合均匀备用；
[0036]
b、芳烃油放入烘箱加热至160℃取出，将混合均匀的槲皮素、木质素等 混合物加入芳烃油中，使用搅拌棒搅拌，大致混合时取出搅拌棒。将混合完成 的芳烃油放入电加热套中，设置电加热套温度160℃，并将传感器插入杯壁。 将剪切仪转子放置芳烃油中，调整转子位置，使得转子与杯壁和杯底有一定空 隙后，打开剪切开关，保证芳烃油不洒出容器情况下调节转速逐渐增大，增大 至1000r/min保持不变，剪切10min。再增大至3000r/min，剪切15min，最后 增大至5000r/min，剪切30min。在剪切的同时需要保证芳烃油完全淹没转 子。剪切开始时，芳烃油中可以明显看到固体颗粒的存在，随着剪切时间的增 加，芳烃油的固体颗粒消失，逐渐出现细小气泡。至芳烃油中无气泡，无固体 颗粒，呈现为完全流动态时，剪切完成。
[0037]
c、剪切完成后，将剪切完成的芳烃油混合物放入130℃的烘箱中发育 1h，得到所需的沥青抗老化剂。
[0038]
加热200克ah-70道路沥青至120℃，按5％抗老化剂和95％的ah-70道 路沥青比例搅拌均匀制成改性沥青。
[0039]
实施例2：
[0040]
该实例所提及的沥青抗老化剂由以下重量份原料组成：
[0041][0042]
所述的稳定剂为光稳定剂uv-770。
[0043]
制备方法：
[0044]
a、将槲皮素、木质素、稳定剂和黄原酸钠混合均匀备用；
[0045]
b、芳烃油放入烘箱加热至160℃取出，将混合均匀的槲皮素、木质素等 混合物加入芳烃油中，使用搅拌棒搅拌，大致混合时取出搅拌棒。将混合完成 的芳烃油放入电加热套中，设置电加热套温度160℃，并将传感器插入杯壁。 将剪切仪转子放置芳烃油中，调整转子位置，使得转子与杯壁和杯底有一定空 隙后，打开剪切开关，保证芳烃油不洒出容器情况下调节转速逐渐增大，增大 至1000r/min保持不变，剪切10min。再增大至3000r/min，剪切15min，最后 增大至5000r/min，剪切30min。剪切开始时，芳烃油中可以明显看到固体颗 粒的存在，随着剪切时间的增加，芳烃油的固体颗粒消失，逐渐出现细小气 泡。至芳烃油中无气泡，无固体颗粒，呈现为完全流动态时，剪切完成。
[0046]
c、剪切完成后，将剪切完成的芳烃油混合物放入130℃的烘箱中发育 1h，得到所需的沥青抗老化剂。
[0047]
加热200克ah-70道路沥青至120℃，按5％抗老化剂和95％的ah-70道 路沥青比例搅拌均匀制成改性沥青。
[0048]
实施例3：
[0049]
该实例所提及的沥青抗老化剂由以下重量份原料组成：
[0050][0051]
所述的稳定剂为光稳定剂uv-770。
[0052]
制备方法：
[0053]
a、将槲皮素、木质素、稳定剂和黄原酸钠混合均匀备用；
[0054]
b、芳烃油放入烘箱加热至160℃取出，将混合均匀的槲皮素、木质素等 混合物加入芳烃油中，使用搅拌棒搅拌，大致混合时取出搅拌棒。将混合完成 的芳烃油放入电加热套中，设置电加热套温度160℃，并将传感器插入杯壁。 将剪切仪转子放置芳烃油中，调整转子位置，使得转子与杯壁和杯底有一定空 隙后，打开剪切开关，保证芳烃油不洒出容器情况下调节转速逐渐增大，增大 至1000r/min保持不变，剪切10min。再增大至3000r/min，剪切15min，最后 增大至5000r/min，剪切30min。剪切开始时，芳烃油中可以明显看到固体颗 粒的存在，随着剪切时间的增加，芳烃油的固体颗粒消失，逐渐出现细小气 泡。至芳烃油中无气泡，无固体颗粒，呈现为完全流动态时，剪切完成。
[0055]
c、剪切完成后，将剪切完成的芳烃油混合物放入130℃的烘箱中发育 1h，得到所需的沥青抗老化剂。
[0056]
实施例4：
[0057]
该实例所提及的沥青抗老化剂由以下重量份原料组成：
[0058][0059]
所述的稳定剂为光稳定剂uv-770。
[0060]
制备方法：
[0061]
a、将槲皮素、木质素、稳定剂和黄原酸钠混合均匀备用；
[0062]
b、芳烃油放入烘箱加热至165℃取出，将混合均匀的槲皮素、木质素等 混合物加入芳烃油中，使用搅拌棒搅拌，大致混合时取出搅拌棒。将混合完成 的芳烃油放入电加热套中，设置电加热套温度165℃，并将传感器插入杯壁。 将剪切仪转子放置芳烃油中，调整转子位置，使得转子与杯壁和杯底有一定空 隙后，打开剪切开关，保证芳烃油不洒出容器情况下调节转速逐渐增大，增大 至1000r/min保持不变，剪切10min。再增大至3000r/min，剪切15min，最后 增大至5000r/min，剪切30min。剪切开始时，芳烃油中可以明显看到固体颗 粒的存在，随着剪切时间的增加，芳烃油的固体颗粒消失，逐渐出现细小气 泡。至芳烃油中无气泡，无固体颗粒，呈现为完全流动态时，剪切完成。
[0063]
c、剪切完成后，将剪切完成的芳烃油混合物放入160℃的烘箱中发育 1h，得到所需的沥青抗老化剂。
[0064]
实施例5：
[0065]
该实例所提及的沥青抗老化剂由以下重量份原料组成：
[0066][0067]
所述的稳定剂为光稳定剂uv-770。
[0068]
制备方法：
[0069]
a、将槲皮素、木质素、稳定剂和黄原酸钠混合均匀备用；
[0070]
b、芳烃油放入烘箱加热至170℃取出，将混合均匀的槲皮素、木质素等 混合物加入芳烃油中，使用搅拌棒搅拌，大致混合时取出搅拌棒。将混合完成 的芳烃油放入电加热套中，设置电加热套温度170℃，并将传感器插入杯壁。 将剪切仪转子放置芳烃油中，调整转子位置，使得转子与杯壁和杯底有一定空 隙后，打开剪切开关，保证芳烃油不洒出容器情况下调节转速逐渐增大，增大 至1000r/min保持不变，剪切10min。再增大至3000r/min，剪切15min，最后 增大至5000r/min，剪切30min。剪切开始时，芳烃油中可以明显看到固体颗 粒的存在，随着剪切时间的增加，芳烃油的固体颗粒消失，逐渐出现细小气 泡。至芳烃油中无气泡，无固体颗粒，呈现为完全流动态时，剪切完成。
[0071]
c、剪切完成后，将剪切完成的芳烃油混合物放入130℃的烘箱中发育 2h，得到所需的沥青抗老化剂。
[0072]
对比例1：
[0073]
该实例所提及的沥青抗老化剂由以下重量份原料组成：
[0074][0075]
所述的稳定剂为光稳定剂uv-770。
[0076]
制备方法：
[0077]
a、将槲皮素、稳定剂和黄原酸钠混合均匀备用；
[0078]
b、芳烃油放入烘箱加热至160℃取出，将混合均匀的槲皮素、稳定剂等 混合物加入芳烃油中，使用搅拌棒搅拌，大致混合时取出搅拌棒。将混合完成 的芳烃油放入电加热套中，设置电加热套温度160℃，并将传感器插入杯壁。 将剪切仪转子放置芳烃油中，调整转子位置，使得转子与杯壁和杯底有一定空 隙后，打开剪切开关，保证芳烃油不洒出容器情况下调节转速逐渐增大，增大 至1000r/min保持不变，剪切10min。再增大至3000r/min，剪切15min，最后 增大至5000r/min，剪切30min。剪切开始时，芳烃油中可以明显看到固体颗 粒的存在，随着剪切时间的增加，芳烃油的固体颗粒消失，逐渐出现细小气 泡。至芳烃油中无气泡，无固体颗粒，呈现为完全流动态时，剪切完成。
[0079]
c、剪切完成后，将剪切完成的芳烃油混合物放入130℃的烘箱中发育 1h，得到所
需的沥青抗老化剂。
[0080]
对比例2：
[0081]
该实例所提及的沥青抗老化剂由以下重量份原料组成：
[0082][0083][0084]
所述的稳定剂为光稳定剂uv-770。
[0085]
制备方法：
[0086]
a、将木质素、稳定剂和黄原酸钠混合均匀备用；
[0087]
b、芳烃油放入烘箱加热至160℃取出，将混合均匀的木质素、稳定剂等 混合物加入芳烃油中，使用搅拌棒搅拌，大致混合时取出搅拌棒。将混合完成 的芳烃油放入电加热套中，设置电加热套温度160℃，并将传感器插入杯壁。 将剪切仪转子放置芳烃油中，调整转子位置，使得转子与杯壁和杯底有一定空 隙后，打开剪切开关，保证芳烃油不洒出容器情况下调节转速逐渐增大，增大 至1000r/min保持不变，剪切10min。再增大至3000r/min，剪切15min，最后 增大至5000r/min，剪切30min。剪切开始时，芳烃油中可以明显看到固体颗 粒的存在，随着剪切时间的增加，芳烃油的固体颗粒消失，逐渐出现细小气 泡。至芳烃油中无气泡，无固体颗粒，呈现为完全流动态时，剪切完成。
[0088]
c、剪切完成后，将剪切完成的芳烃油混合物放入130℃的烘箱中发育 1h，得到所需的沥青抗老化剂。
[0089]
加热200克ah-70道路沥青至120℃，按5％抗老化剂和95％的ah-70道 路沥青比例搅拌均匀制成改性沥青。
[0090]
沥青的老化主要是其中碳、硫发生氧化反应，一般是沥青中的芳香环中碳 被氧化生成羰基，解开环状结构，硫元素被氧化生成亚砜基。沥青老化重要特 征即为碳氧双键、硫氧双键含量的增加，芳香环的减少。在红外光谱试验中沥 青老化注重羰基、亚砜基和芳香环这三种官能团的变化。其中羰基在红外光谱 中吸收峰为1700cm-1
左右，亚砜基吸收峰为1030cm-1
左右，芳香环为1375
‑ꢀ
1460cm-1
，通过计算羰基和亚砜基与芳香环的吸收峰的面积之比，确定沥青中 羰基和亚砜基相对含量，得到羰基指数ci与亚砜指数si。
[0091]
实施例1～3为本发明所述同时使用槲皮素与木质素的抗老化剂。实施例4 为本发明剪切完成后160℃保温1h的抗老化剂，实施例5为本发明剪切完成 后130℃保温2h的抗老化剂。对比例1为单独使用槲皮素的抗老化剂，对比 例2为单独使用木质素的抗老化剂。
[0092]
将上述实施例中的改性沥青同ah-70道路沥青进行红外光谱试验，得到 各改性沥青和ah-70道路沥青原样、短期老化和紫外线老化50h的红外光谱 图，如图1至3所示。通过计算得到各改性沥青和70#道路沥青短期老化与紫 外线老化前后羰基指数和亚砜基指数，如表1所示。
[0093]
表1：本发明各实例抗老化剂改性沥青与70#基质沥青短期老化和紫外线老化前后羰基指 数和亚砜指数对比表
[0094][0095][0096]
由图1至3可以看出由本发明的方法所制备的抗老化剂应用于ah-70道路 沥青时，与不添加抗老剂的ah-70道路沥青相比，其短期老化和紫外线老化 后红外光谱图中的羰基和亚砜基特征峰明显变低。单独添加槲皮素和木质素抗 老化剂的沥青较不添加抗老剂的ah-70道路沥青，其短期老化和紫外线老化 后红外光谱图中的羰基和亚砜基特征峰只出现
小幅度的降低，降低幅度较实施 例1～3改性沥青相比很小。实施例4与实施例3对比，发现保温温度升高到 160℃后，沥青羰基与亚砜基对应的特征峰有了小幅度的升高。实施例5与实 施例3对比，发现保温时间延长1h后，沥青羰基与亚砜基对应的特征峰并未 有明显的变化。
[0097]
由表1可以看出本方法所制备的抗老化剂应用于ah-70道路沥青时，与 同等老化水平的未添加抗老化剂ah-70道路沥青相比，羰基指数明显降低， 亚砜指数也有一定的减小。其中实施例3的羰基指数和亚砜指数降低的最多， 其老化前实施例3羰基指数为ah-70道路沥青的五分之一，亚砜指数减小了 近三分之一。短期老化后实施例3羰基指数为ah-70道路沥青的十分之一， 亚砜指数减小近四分之一。紫外线老化后实施例3羰基指数较ah-70道路沥 青减少了五分之一，亚砜指数减小近三分之一。单独添加槲皮素抗老化剂的对 比例1改性沥青，与同等老化水平的未添加抗老化剂ah-70道路沥青相比， 除短期老化后亚砜指数有微小程度增加外，羰基指数和亚砜指数皆有小幅度减 小，但是减小幅度只有5％左右，并未有明显效果。单独添加木质素抗老化剂 的对比例2改性沥青，与同等老化水平的未添加抗老化剂ah-70道路沥青相 比，羰基指数和亚砜指数皆有小幅度减小，但是减小幅度很小，并未有明显效 果。说明槲皮素与木质素单独作为抗老化剂使用时，抗老化效果不佳，但是本 发明所制备的抗老化剂同时使用槲皮素与木质素，有着优良的抗热氧老化效 果，同时也具有不错的抗紫外线老化效果。
[0098]
由表1可以发现保温温度升高30℃的实施例4和保温时间增长1h的实施 例5较实施例3，其羰基指数和亚砜指数并未有很大的变化。说明保温温度在 130到160℃，保温时间在1～2h内，制备的抗老化剂效果相差很小。
[0099]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。