[发明专利]用于沥青改性的石墨烯材料及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于沥青改性的石墨烯材料及制备方法和应用，该用于沥青改性的石墨烯材料包括进行了部分氧化的石墨烯粉体和表面嫁接修饰剂；该用于沥青改性的石墨烯材料的制备方法包括步骤：(1)将石墨烯粉体进行部分氧化，得到进行了部分氧化的石墨烯粉体；(2)称取分散介质、表面嫁接修饰剂以及上述进行了部分氧化的石墨烯粉体；(3)将分散介质与表面嫁接修饰剂搅拌混合均匀后在其中加入进行了部分氧化的石墨烯粉体，进行均质分散，去除分散介质后，得到用于沥青改性的石墨烯材料；本发明还涉及用于沥青改性的石墨烯材料或其制备方法在基质沥青和改性沥青中的应用；该石墨烯材料运用于沥青中，能有效改善沥青针入度，软化点和延度。

技术领域

本发明是关于沥青改性领域，特别是关于一种用于沥青改性的石墨烯材料及制备方法和应用。

背景技术

沥青路面在全世界广泛应用，目前全世界有95％以上的道路是沥青路面，沥青路面发展十分迅猛，而沥青作为一种憎水材料，在建筑防水领域也得到广泛的应用。沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的复杂混合物，是一种高黏度有机液体，其主要结构为芳香结构和饱和烷烃，可作为防水防潮和防腐的有机胶凝材料，但是沥青为高分子材料，温度稳定性差，夏季易软化、冬季易开裂；耐水性差，易产生水坏；耐老化性差，使用寿命较短。随着经济的高速发展，交通流量和行驶频度急剧增长，交通荷载的快速增加，沥青公路的寿命变短，环境因素的变化对沥青公路的性能提出了更高的要求，在建筑防水方面，由于沥青易产生水坏，使建筑的防水性能变差，寿命较短。因此，对沥青进行改性，可以改善沥青的缺陷，提高沥青的使用性能。

在改性沥青中，聚合物是常用的改性剂，如热塑性橡胶类、橡胶类和树脂类，但这些聚合物与基质沥青的相容性差，高温时易离析凝聚，会降低改性沥青的储存稳定性，导致沥青的性能不佳。因此，改善改性沥青的性能指标是近年来研究的重点。

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。石墨烯的制备方法有许多种：机械剥离法、插层剥离法、溶剂液相剥离法、催化裂解法和氧化还原法等，方法不同所制备的石墨烯有一定的差异，体现在表面羟基、羧基和环氧基等官能团的差异，或内部结构的差异。除了氧化还原法制备的石墨烯含有大量的含氧官能团之外，其他的石墨烯含氧量均较少，或无含氧基团，这就导致这些石墨烯与其他物质不易相容，所以将这些石墨烯氧化，令其携带含氧基团，有利于这类石墨烯进行交联，提高石墨烯的应用性。

石墨烯官能化之后与沥青进行混合是目前改性沥青领域研究重点。现有技术中已公开利用聚氨酯寡聚体改性石墨烯微片与SBS改性剂混合，提高沥青的低温韧性，以及采用硫掺杂石墨烯来提高与沥青的交联度。这些改性方法采用增加石墨烯亲油性或增加石墨烯与沥青交联点，来提高石墨烯和沥青的相容性。但这些方法存在一些问题改性过程较为复杂，不利于产业化应用。

表面嫁接修饰剂的最大特点是分子结构中含有化学性质不同的两个基团，一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中，可以改善无机物与有机物之间的界面作用。石墨烯是一种无机碳材料，而改性沥青中含有聚合物、树脂等有机物，利用表面嫁接修饰剂作为“分子桥”，可以提高石墨烯和改性沥青的界面性能，增强两者之间的粘合强度，有效改善改性沥青的软化点、延度和针入度。

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

本发明的目的在于提供一种用于沥青改性的石墨烯材料及制备方法和应用，该石墨烯材料运用于沥青中，能有效改善沥青的三大性能指标：针入度，软化点和延度。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于沥青改性的石墨烯材料，所述石墨烯材料包括进行了部分氧化的石墨烯粉体和表面嫁接修饰剂，其中所述进行了部分氧化的石墨烯粉体通过其上的含氧官能团与表面嫁接修饰剂中的亲无机物基团进行连接。