[发明专利]石墨烯复合橡胶沥青改性剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯复合橡胶沥青改性剂及其制备方法和应用，该石墨烯复合橡胶沥青改性剂包括以下重量份的组分：石墨烯粉体0.00005‑0.01份，分散介质3‑23份，橡胶粉78‑92份，和添加剂0.05‑6份；该石墨烯复合橡胶沥青改性剂的制备方法包括以下步骤：(1)将石墨烯粉体和分散介质进行混合，机械搅拌，进而通过高速分散后得到石墨烯分散液；和(2)将所述石墨烯分散液与橡胶粉和添加剂进行密炼，制成上述石墨烯复合橡胶沥青改性剂；上述石墨烯复合橡胶沥青改性剂或其制备方法在沥青改性剂方面得以应用，能够大幅提高橡胶粉在沥青中的相容性和稳定性，可提高石墨烯复合橡胶改性沥青与砂石的粘结性能、高低温稳定性能，同时降低路面的温度和延长路面使用寿命。

技术领域

本发明是关于沥青改性剂领域，特别是关于一种石墨烯复合橡胶沥青改性剂及制备方法和应用。

背景技术

沥青路面具有行车舒适、安静、维修便捷等特点，目前全世界95％以上道路铺设的是沥青路面，沥青路面的重要材料组成从最初的渣油、经历了普通沥青、重交沥青到现今使用量超过50％的改性沥青，随着经济的高速发展交通荷载的快速增加，普通沥青或重交沥青修筑的沥青路面已出现各种问题，如高温性能不足会出现龟裂、车辙、变形，在低温性能不足导致路面开裂等诸多问题，已无法满足现实使用要求。橡胶沥青是由废旧轮胎加工而成橡胶粉粒，再按一定比例与基质沥青充分融合后形成的沥青胶结材料。废橡胶改性沥青混合料的高温稳定性、抗车辙性能和抗疲劳性能等同或稍优于SBS改性沥青，但更符合环保要求，已经越来越引起各界重视。然而在橡胶粉改性沥青的实际应用中，还存在一些技术问题亟待解决，橡胶和基质沥青的相容性不足，导致改性后沥青的储存稳定性不佳，加工过程需要高温、并且伴随而来的严重的气味与粉尘的二次污染等问题，进而影响橡胶沥青的大规模应用。

石墨烯是一种新型功能材料，其结构中的碳原子之间通过较强的σ键连接，使石墨烯片有极优异的力学性能。目前，制备二维石墨烯的方法可分为两种：一种是自上而下的方法，就是从比石墨烯更高结构的石墨或者碳纳米管分解得到石墨烯，如机械剥离法、插层剥离法、溶剂液相剥离法和氧化还原法等；另外一种是自下而上的方法，就是利用比石墨烯更低结构的碳源(甲烷、CO、酒精等小分子)通过CVD、电弧放电、溶剂热法等制备石墨烯。石墨烯的在具体应用中的性能与制备方法有着息息相关。

目前石墨烯沥青方面，大部分采用氧化石墨烯，将氧化石墨烯作为添加剂，SBS作为改性剂，与基质沥青，含硫促进剂进行混合，得到石墨烯改性沥青；或者是将基质沥青和改性剂混合，再加入羧基改性氧化石墨烯，得到基于羧基改性氧化石墨烯的聚乙烯改性沥青；另外，还有将氧化石墨烯与乙醇按一定比例超声分散，配制成氧化石墨烯溶胶，与中温煤沥青均匀混合搅拌，直至沥青中的溶剂挥发完为止，即得到最终产品。现有技术表明：石墨烯的添加可以提高沥青的粘附性，力学性能，高低温稳定性，高温抗车辙性等。

但由于氧化石墨烯有亲水性，与沥青的相容性差，尽管对其进行官能化，氧化石墨烯仍为二维片层结构，要将其在沥青中直接充分分散，技术上具有一定的难度；现有技术中采用氮或硫掺杂的石墨烯来提高石墨烯和沥青的交联度，但含硫物质不够环保，施工中若有有害物质释放，会危害健康。

目前石墨烯沥青方面采用的工艺大致如下：将石墨烯进行功能化，再将石墨烯、沥青和改性剂进行混合共融，这种共融的混合方式，使三者的界面性能差，相容性不佳，导致石墨烯在沥青中的分散程度不高，稳定性无法得到保障。

因此，采用共融的混合方式使石墨烯在沥青中直接分散就需要比较高的添加量才能增强效果，在现有技术中，石墨烯添加量占沥青总质量的0.1％～5％之间，有的甚至高达10％以上。这就大大提高了石墨烯改性沥青的成本，不利于推广使用。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容