石墨烯改性沥青的制作方法与流程

本发明涉及一种改性沥青制作技术，尤其涉及一种石墨烯改性沥青的制作方法。
背景技术：
：石墨烯改性沥青是一种新型材料，用石墨烯改性沥青制作出的路面，其性能大大优于采用传统沥青材料的路面；由于高品质石墨烯价格昂贵，导致石墨烯改性沥青的成本相对较高，为了推广石墨烯改性沥青的使用，需要对石墨烯用量进行精确控制，如此才能实现石墨烯改性沥青性价比的最大化。技术实现要素：针对
背景技术：
中的问题，本发明提出了一种石墨烯改性沥青的制作方法，所述石墨烯改性沥青由分散剂、石墨烯和基质沥青组成；其创新在于：所述制作方法包括：1)将分散剂加入无水乙醇中得到a溶液；采用紫外-可见分光光度法，对a溶液在不同检测波长条件下的吸光度值进行检测，得到多个吸光度值；多个吸光度值中，数值最小的吸光度值所对应的检测波长记为a波长；2)将石墨烯改性沥青中石墨烯与基质沥青的配比关系记为第一配比；将石墨烯改性沥青中分散剂与石墨烯的配比关系记第二配比；分别按方法一和方法二得到相应的分散剂-石墨烯配比曲线和石墨烯-基质沥青配比曲线；3)从分散剂-石墨烯配比曲线上吸光系数变化最为显著的区域中选取一点作为第一配比点，根据第一配比点的数值确定石墨烯改性沥青中分散剂和石墨烯的备选配比；从石墨烯-基质沥青配比曲线上吸光系数变化最为显著的区域中选取一点作为第二配比点，根据第二配比点的数值确定石墨烯改性沥青中石墨烯和基质沥青的备选配比；4)根据步骤3)中的两个备选配比，换算出石墨烯改性沥青中分散剂、石墨烯和基质沥青三者的配比关系，从而得到相应的备选配方，然后按备选配方制作石墨烯改性沥青；所述方法一包括：a)在第二配比不变的情况下，改变第一配比的数值，得到多个第一配方；b)设第一配方中分散剂、石墨烯和基质沥青的质量份数比为b:c:d；按质量份数比b:c:d的关系将分散剂、石墨烯和无水乙醇混合得到混合溶液，对混合溶液进行高速离心处理后，取上层清液作为母液一；将单份母液一等分为多份子液一；按体积比将子液一稀释为稀溶液一，对应同一母液一的多份子液一的稀释倍数不同；每份稀溶液一即形成一个试样一；试样一中石墨烯的浓度记为第一浓度；第一浓度根据母液一的石墨烯浓度和相应稀释倍数计算得到；每个第一配方均对应有多个试样一，且每个试样一均对应有一第一浓度；c)采用紫外-可见分光光度法，在a波长条件下，对每个试样一的吸光度值进行检测，得到单个试样一所对应的第一吸光度值；互相匹配的第一吸光度值和第一浓度记为一个试验数据1；d)根据lambert-beer定律对多个试验数据1进行筛选，符合lambert-beer定律的试验数据1记为参考数据1；参考数据1所对应的第二配比记为第一参考配比；根据多个参考数据1对互相匹配的第一吸光度值和第一浓度进行线性拟合，得到多个第一拟合方程；第一拟合方程中的斜率记为第一吸光系数；然后，对多个第一吸光系数和多个第一参考配比进行曲线拟合，得到分散剂-石墨烯配比曲线；所述方法二包括：(1)在第一配比不变的情况下，改变第二配比的数值，得到多个第二配方；(2)设第二配方中分散剂、石墨烯和基质沥青的质量份数比为e:f:g；按质量份数比e:f:g的关系将分散剂、石墨烯和无水乙醇混合得到混合溶液，对混合溶液进行高速离心处理后，取上层清液作为母液二；将单份母液二等分为多份子液二；按体积比将子液二稀释为稀溶液二，对应同一母液二的多份子液二的稀释倍数不同；每份稀溶液二即形成一个试样二；试样二中石墨烯的浓度记为第二浓度；第二浓度根据母液二的石墨烯浓度和相应稀释倍数计算得到；每个第二配方均对应有多个试样二，且每个试样二均对应有一第二浓度；(3)采用紫外-可见分光光度法，在a波长条件下，对每个试样二的吸光度值进行检测，得到单个试样二所对应的第二吸光度值；互相匹配的第二吸光度值和第二浓度记为一个试验数据2；(4)根据lambert-beer定律对多个试验数据2进行筛选，符合lambert-beer定律的试验数据2记为参考数据2；参考数据2所对应的第一配比记为第二参考配比；根据多个参考数据2对互相匹配的第二吸光度值和第二浓度进行线性拟合，得到多个第二拟合方程；第二拟合方程中的斜率记为第二吸光系数；然后，对多个第二吸光系数和多个第二参考配比进行曲线拟合，得到石墨烯-基质沥青配比曲线。本发明的原理是：由于基质沥青不透光，将石墨烯和基质沥青混合后，无法便捷地检测出石墨烯在基质沥青中的分散性，因此，现有技术在设计石墨烯改性沥青配方时，通常只能通过检测石墨烯改性沥青样品的性能，来反向确定配方中石墨烯的用量是否合理，设计时的石墨烯用量盲目性较大；为了便于检测石墨烯的分散性，本发明先将配方中的基质沥青替换为相应份数的无水乙醇，得到相应的混合溶液，然后对混合溶液进行高速离心处理得到相应的母液，由于lambert-beer定律只适用于稀溶液，于是继续对母液进行体积比稀释处理，为了增加数据量，将一份母液等分为多份子液，并按不同稀释倍数对同一母液所辖的多份子液进行体积比稀释处理，得到多个试样，然后采用紫外-可见分光光度法对每个试样的吸光度值进行检测，然后根据lambert-beer定律筛选出石墨烯分散性较好的试样所对应的参考数据，然后采用拟合手段得到分散剂-石墨烯配比曲线和石墨烯-基质沥青配比曲线，如此就能将石墨烯分散性较好的配比数值筛选出来，使我们能够设计出石墨烯分散性较好的备选配方，后续的研究、生产过程中，我们就能精确控制石墨烯用量，防止石墨烯过量添加造成不必要的材料浪费和成本上升，以及使石墨烯得到最大化利用。步骤1)中选择a波长作为检测波长，是为了尽量减小分散剂的吸光度对石墨烯的吸光度的干扰，以提高方法一和方法二中试样吸光度值检测的准确性。优选地，步骤4)中，按如下方法制作石墨烯改性沥青：①称取相应份数的分散剂和石墨烯；将分散剂和石墨烯加入过量的无水乙醇中，搅拌均匀，得到混合溶液；②对混合溶液进行2小时的超声震荡处理，然后对混合溶液进行高速离心处理，转速4000r.p.m.，离心时间1小时；离心处理后，从混合溶液中取上层清液作为石墨烯改性剂溶液；③称取相应份数的基质沥青，向基质沥青中加入过量的三氯乙烯，静置至基质沥青完全溶解，得到沥青溶液；④将石墨烯改性剂溶液和沥青溶液混合，得到原液；对原液进行2小时的超声震荡处理；然后在60℃条件下对原液进行恒温烘烤处理，直至无水乙醇完全挥发，得到产物a；然后再对产物a进行30分钟的探针式超声震荡处理；⑤对产物a进行旋转蒸发处理，直至三氯乙烯被完全去除，得到产物b；旋转蒸发处理参数：油浴温度110℃，旋转速度50～60r.p.m.，处理时间1小时；⑥在氮气氛围下，对产物b进行剪切处理，剪切完成后即得到石墨烯改性沥青；剪切处理参数：温度110℃，转速4700r.p.m.，处理时间2小时。优选地，所述分散剂采用非离子型分散剂。本发明的有益技术效果是：提出了一种石墨烯改性沥青的制作方法，该方法能够在石墨烯分散性较好的前提下，得到多种石墨烯改性沥青备选配方，避免物料浪费，降低成本。附图说明图1、a溶液的吸光度曲线；图2、编号1-1～1-7的母液所对应的子液在稀释10倍条件下得到的试样的吸光度数据；图3、编号1-1～1-7的母液所对应的子液在稀释25倍条件下得到的试样的吸光度数据；图4、编号1-1～1-7的母液所对应的子液在稀释50倍条件下得到的试样的吸光度数据；图5、由表4方程所得的曲线；图6、基质沥青在金相显微镜下的图像；图7、未采用本发明方案得到的石墨烯改性沥青在金相显微镜下的图像；图8、由本发明方案得到的石墨烯改性沥青在金相显微镜下的图像。具体实施方式一种石墨烯改性沥青的制作方法，所述石墨烯改性沥青由分散剂、石墨烯和基质沥青组成；其创新在于：所述制作方法包括：1)将分散剂加入无水乙醇中得到a溶液；采用紫外-可见分光光度法，对a溶液在不同检测波长条件下的吸光度值进行检测，得到多个吸光度值；多个吸光度值中，数值最小的吸光度值所对应的检测波长记为a波长；2)将石墨烯改性沥青中石墨烯与基质沥青的配比关系记为第一配比；将石墨烯改性沥青中分散剂与石墨烯的配比关系记第二配比；分别按方法一和方法二得到相应的分散剂-石墨烯配比曲线和石墨烯-基质沥青配比曲线；3)从分散剂-石墨烯配比曲线上吸光系数变化最为显著的区域中选取一点作为第一配比点，根据第一配比点的数值确定石墨烯改性沥青中分散剂和石墨烯的备选配比；从石墨烯-基质沥青配比曲线上吸光系数变化最为显著的区域中选取一点作为第二配比点，根据第二配比点的数值确定石墨烯改性沥青中石墨烯和基质沥青的备选配比；实际操作时，可选取相应曲线上的拐点作为配比点，该点一般为曲线的极值点，其一阶导数为零；4)根据步骤3)中的两个备选配比，换算出石墨烯改性沥青中分散剂、石墨烯和基质沥青三者的配比关系，从而得到相应的备选配方，然后按备选配方制作石墨烯改性沥青；所述方法一包括：a)在第二配比不变的情况下，改变第一配比的数值，得到多个第一配方；b)设第一配方中分散剂、石墨烯和基质沥青的质量份数比为b:c:d；按质量份数比b:c:d的关系将分散剂、石墨烯和无水乙醇混合得到混合溶液，对混合溶液进行高速离心处理后，取上层清液作为母液一；将单份母液一等分为多份子液一；按体积比将子液一稀释为稀溶液一，对应同一母液一的多份子液一的稀释倍数不同；每份稀溶液一即形成一个试样一；试样一中石墨烯的浓度记为第一浓度；第一浓度根据母液一的石墨烯浓度和相应稀释倍数计算得到；每个第一配方均对应有多个试样一，且每个试样一均对应有一第一浓度；c)采用紫外-可见分光光度法，在a波长条件下，对每个试样一的吸光度值进行检测，得到单个试样一所对应的第一吸光度值；互相匹配的第一吸光度值和第一浓度记为一个试验数据1；d)根据lambert-beer定律对多个试验数据1进行筛选，符合lambert-beer定律的试验数据1记为参考数据1；参考数据1所对应的第二配比记为第一参考配比；根据多个参考数据1对互相匹配的第一吸光度值和第一浓度进行线性拟合，得到多个第一拟合方程；第一拟合方程中的斜率记为第一吸光系数；然后，对多个第一吸光系数和多个第一参考配比进行曲线拟合，得到分散剂-石墨烯配比曲线；所述方法二包括：(1)在第一配比不变的情况下，改变第二配比的数值，得到多个第二配方；(2)设第二配方中分散剂、石墨烯和基质沥青的质量份数比为e:f:g；按质量份数比e:f:g的关系将分散剂、石墨烯和无水乙醇混合得到混合溶液，对混合溶液进行高速离心处理后，取上层清液作为母液二；将单份母液二等分为多份子液二；按体积比将子液二稀释为稀溶液二，对应同一母液二的多份子液二的稀释倍数不同；每份稀溶液二即形成一个试样二；试样二中石墨烯的浓度记为第二浓度；第二浓度根据母液二的石墨烯浓度和相应稀释倍数计算得到；每个第二配方均对应有多个试样二，且每个试样二均对应有一第二浓度；(3)采用紫外-可见分光光度法，在a波长条件下，对每个试样二的吸光度值进行检测，得到单个试样二所对应的第二吸光度值；互相匹配的第二吸光度值和第二浓度记为一个试验数据2；(4)根据lambert-beer定律对多个试验数据2进行筛选，符合lambert-beer定律的试验数据2记为参考数据2；参考数据2所对应的第一配比记为第二参考配比；根据多个参考数据2对互相匹配的第二吸光度值和第二浓度进行线性拟合，得到多个第二拟合方程；第二拟合方程中的斜率记为第二吸光系数；然后，对多个第二吸光系数和多个第二参考配比进行曲线拟合，得到石墨烯-基质沥青配比曲线。进一步地，步骤4)中，按如下方法制作石墨烯改性沥青：①称取相应份数的分散剂和石墨烯；将分散剂和石墨烯加入过量的无水乙醇中，搅拌均匀，得到混合溶液；②对混合溶液进行2小时的超声震荡处理，然后对混合溶液进行高速离心处理，转速4000r.p.m.，离心时间1小时；离心处理后，从混合溶液中取上层清液作为石墨烯改性剂溶液；③称取相应份数的基质沥青，向基质沥青中加入过量的三氯乙烯，静置至基质沥青完全溶解，得到沥青溶液；④将石墨烯改性剂溶液和沥青溶液混合，得到原液；对原液进行2小时的超声震荡处理；然后在60℃条件下对原液进行恒温烘烤处理，直至无水乙醇完全挥发，得到产物a；然后再对产物a进行30分钟的探针式超声震荡处理；⑤对产物a进行旋转蒸发处理，直至三氯乙烯被完全去除，得到产物b；旋转蒸发处理参数：油浴温度110℃，旋转速度50～60r.p.m.，处理时间1小时；⑥在氮气氛围下，对产物b进行剪切处理，剪切完成后即得到石墨烯改性沥青；剪切处理参数：温度110℃，转速4700r.p.m.，处理时间2小时。进一步地，所述分散剂采用非离子型分散剂。实施例：以无水乙醇为溶剂制作样品：共设计5个样品组，每个样品的无水乙醇用量均为10g(约为12.6ml)，各个样品组的石墨烯用量分别为10mg(0.1％)、20mg(0.2％)、30mg(0.3％)、40mg(0.4％)、50mg(0.5％)(石墨烯用量的质量百分比以无水乙醇质量为参考量)；单个样品组内的7个样品的分散剂用量分别为50％、100％、150％、200％、300％、400％、500％(分散剂用量的质量百分比以石墨烯质量为参考量)；多个样品的参数如表1所示：表1根据表1制作出多种样品，对样品进行高速离心处理，得到多种母液，并检测、计算出各份母液中的石墨烯浓度(见表2)，然后将单份母液三等分，得到三份子液，将对应同一母液的三份子液分别稀释50倍、25倍以及10倍，得到相应的多个试样，然后根据母液的石墨烯浓度和相应稀释倍数分别计算出各个试样的石墨烯浓度(见表3)；表2表3配制a溶液，采用紫外-可见分光光度法，对a溶液在不同检测波长条件下的吸光度值进行检测，得到多个吸光度值，由多个吸光度值绘制出的曲线如图1所示，图中3条曲线为同种分散剂加入量分别为50mg、100mg和150mg时的吸光度曲线，由图可见，三种分散剂加入量条件下，对应400nm～800nm波段的吸光度值均十分小，于是从400nm～800nm波段中选择出对应吸光度值最小值的检测波长660nm作为a波长；在a波长条件下，采用紫外-可见分光光度法对105个试样进行检测，其中，由样品编号为1-1～1-7的7份母液所得到的21份子液分别在稀释10倍、25倍和50倍条件下所得到的试样的吸光度数据分别如图2、3、4所示(考虑到采用紫外-可见分光光度法检测吸光度值是一种现有手段，故仅列出了部分数据)；然后将互相匹配的第一吸光度值和第一浓度作为一个试验数据1、将互相匹配的第二吸光度值和第二浓度作为一个试验数据2；然后根据lambert-beer定律对多个试验数据1和多个试验数据2进行筛选，得到相应的参考数据1、参考数据2、第一参考配比和第二参考配比；然后分别根据方法一和方法二作线性拟合，得到相应的第一拟合方程和第二拟合方程，然后再分别根据第一拟合方程和第二拟合方程以及第一参考配比和第二参考配比进行曲线拟合，所得方程如表4所示：表4序号参数拟合方程决定系数r21分散剂-石墨烯配比k＝41.523×exp(-x1/40.023)+1.024+0.002×x10.9912石墨烯-基质沥青配比k＝0.216+1.634x2-0.314x220.897根据表4方程所得的曲线如图5所示；根据图5曲线，分散剂的备选配比取190％(分散剂用量的百分比以石墨烯质量为参考量)，石墨烯的备选配比为0.26％(石墨烯用量百分比以基质沥青质量为参考量)，根据两个备选配比，换算出石墨烯改性沥青中分散剂、石墨烯和基质沥青三者的配比关系，从而得到相应的备选配方，然后按备选配方制作石墨烯改性沥青，并进行相关性能试验，试验结果如表5所示：表5由表5可见，对比sk-70#基质沥青，石墨烯改性沥青的针入度减小了4.9/0.1mm、软化点升高了3.5℃，在5℃测力延度试验中，最大力值提高了1.6倍，延度值提高了1.2倍，断裂能提高了2.0倍，64℃抗车辙因子提高了1.4倍，0.1kpa蠕变恢复率提高了9.7倍，3.2kpa蠕变恢复率提高了2.6倍，故而可知，石墨烯改性沥青性能得到了明显提升。采用金相显微镜分别观察基质沥青、未采用本发明方案得到的石墨烯改性沥青和由本发明方案得到的石墨烯改性沥青，其结果分别如6、7、8所示；由图可见，图7中存在大量黑色物质，其均为石墨烯团聚物；由于石墨烯为纳米材料，石墨烯分散性较好时，不易被普通金相显微镜观察到，故在图8中观察不到大量黑色物质。当前第1页12