[发明专利]改性炭黑、改性沥青及改性炭黑和改性沥青的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性炭黑、改性沥青及改性炭黑和改性沥青的制备方法。

背景技术

沥青老化是影响沥青路面使用质量和性能的重要因素，沥青的老化通常是指沥青在存储、运输、混合料的拌和、摊铺、碾压过程中及长期使用过程中发生的一系列物理与化学变化，导致其性能劣化的过程。沥青的老化主要方式为紫外光老化与热氧老化。在沥青路面长期使用过程中，当沥青与空气接触时会慢慢发生氧化，形成的极性含氧基团逐渐联结成高分子量的胶团促使沥青的粘度提高、延度降低。因此，沥青路面在阳光照射下和高温环境里极易发生老化，会出现变硬、开裂等破坏现象，这些都极大地损害了沥青路面的使用性能，缩短了其使用寿命。

用炭黑对沥青进行改性，在国内外开展较早。在沥青中掺入炭黑后，残留针入度和残留延度升高，沥青的抗老化能力得到大幅度提高。炭黑属于无机紫外吸收剂，可以通过反射和折射紫外线达到防护紫外线的目的。普通炭黑作为一种常见的抗老化剂，可以减缓紫外光对沥青的老化作用，同时可以提高沥青抗热氧老化的性能。由于炭黑廉价，且可以用废轮胎裂解等手段得到再生炭黑，因此相较于常用的聚合物改性剂SBS、SBR等可以节约大量成本，有很大的开发潜力。但是普通炭黑在沥青中的分散性差，极易发生团聚现象，且掺入过多会导致沥青的延度下降，延度的下降会使沥青路面在冬季低温时开裂，而掺入量过少又对沥青性能的提高不甚明显。

对于炭黑的改性，国内外已有不少研究。日本的桐野志明等人申请的国际专利200780053081.X提出了一种分散性表面改性炭黑，所述炭黑的表面官能团与具有三个异氰酸酯端基的三异氰酸酯化合物中的一个异氰酸酯端基键合，而其余两个异氰酸酯端基分别与具有二醇改性端基的聚合物的羟基键合。该发明的改性炭黑在非极性溶剂、低极性溶剂中有优异分散性，主要用于液晶显示器黑色基质或电子显示器中使用的黑色颜料。日本专利JP-A-8-337624公开了一种在墨水、墨粉、涂料和树脂着色剂等介质中分散性良好的反应性炭黑接枝聚合物，其通过在炭黑接枝聚合物中加入硅酮组分的聚合物链，使炭黑在低极性溶剂中具有良好的分散性。

然而，国内外目前对于改性炭黑的应用主要集中在颜料、着色剂等方面，对于沥青改性方面的应用研究却基本处于空白。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种废橡胶裂解的改性炭黑及其制备方法，以及在改性沥青中的应用方法。

本发明提供了一种可作为沥青添加剂的改性炭黑，所述改性炭黑由废橡胶经无氧高温热解，并依次经洗涤剂洗涤，氧化剂氧化和表面活化剂活化制得。

优选地，所述改性炭黑为直径30nm～100nm的球状物。

本发明还提供了该改性炭黑的制备方法，具体是按如下步骤进行的：

S1：以废橡胶为原料，在无氧条件下，经500℃～600℃高温热解，然后制粒形成直径为30nm～100nm的微球状炭黑；

S2：采用洗涤剂多次洗涤S1所制得的炭黑，并通过布氏漏斗减压过滤，除去炭黑中的有机杂质；

S3：将S2处理后的炭黑与氧化剂以质量百分比浓度为0.5-2∶10的比例进行混合，在70℃～90℃温度下搅拌2h～3h，冷却至室温后过滤，洗涤所述炭黑至中性，在100℃下进行干燥直至恒重；

S4：将S3处理后的炭黑、苯酚和强碱溶液以质量百分比为1∶10∶1的比例进行混合，搅拌并加热至50℃，搅拌速率为300r/min～400r/min，在氮气的环境下反应2h～4h，反应结束后过滤，洗涤炭黑至中性，在50℃下进行干燥直至恒重，得到改性炭黑。

优选地，所述洗涤剂选自苯、甲苯、二甲苯、乙醇、丙酮、氯仿、四氯化碳中的至少一种。

优选地，所述氧化剂选自双氧水、重铬酸钾溶液、浓度不低于60％的硝酸中的至少一种。

优选地，所述强碱溶液的浓度为20％～40％。

本发明还提供了一种改性沥青，由沥青、稳定剂以及上述任一所述改性炭黑通过熔融共混制备而成，各原料所占质量百分比为：沥青86％～96％、改性炭黑2％～7％、稳定剂2％～7％。

优选地，所述沥青是道路沥青中的一种，25℃针入度为50dmm～110dmm，软化点为42℃～54℃。

优选地，所述稳定剂选自亚甲基二萘磺酸钠、聚苯乙烯马来酸酐共聚铵盐、聚乙烯吡咯烷酮中的一种。

本发明还提供了一种改性沥青的制备方法：

S11：按比例称取质量百分比为86％～96％的沥青、2％～7％的改性炭黑、2％～7％的稳定剂；