[发明专利]一种利用木质素的改性沥青及其制备方法

说明书

本发明公开了一种利用木质素的改性沥青及其制备方法，木质素改性沥青由沥青和木质素粉组成，其特点是木质素粉为苏打木质素粉，其中纯沥青和苏打木质素粉的质量比为5：1～20：1。制备方法是，首先加热木质素粉，基本去除水分和筛分，以获得粉末的最佳颗粒，使它可以均匀地分散到基沥青中，在分子水平上获得均匀的混合物，而获得的木质素改性沥青的性能可以与其他改性沥青一样提高道路性能。该技术具有工艺简单、价格低廉、温度敏感度降低、温度稳定性高、利用可再生资源(生物质)、资源循环利用、环境友好等优点。

技术领域

本发明属于道路建设材料领域，具体涉及一种利用木质素的改性沥青及其制备方法。

背景技术

目前常用的改性剂有SBS、SBR、EVA等，能有效提高沥青路面的高温和低温性能。然而，近年来，大量的工程应用表明，聚合物改性沥青在实际应用中存在一些缺点。一方面是SBS改性剂与基质沥青的兼容性低，SBS改性剂的分散均匀性差，容易与沥青分离。其储存稳定性差，使沥青混合物的路面性能下降，造成经济损失。另一个问题就是其对热、氧化和紫外线的抵抗力低。橡胶改性沥青的缺点是加热储存过程中的准备过程。由于橡胶颗粒表面与沥青之间的弱相互作用，橡胶屑橡胶和沥青分为两个或两个多相。EVA的问题是，由于EVA的质化，不能提高沥青的弹性恢复。此外，它不能显著提高沥青的低温特性。此外，传统改性沥青中使用的聚合物材料不便宜、可再生、环保。

近年来，木质素被研究为沥青改性剂，以提高路面在各方面的性能。木质素是仅次于纤维素生产的第二大可再生资源，也是含有30％非化石有机碳的最丰富的天然芳香聚合物。树木、草和许多农业植物的细胞壁中含有大量的木质素。每年，全世界约有5000万吨木质素作为造纸工业的新产品生产。它通常使用硫酸盐工艺从木浆中提取，在此期间，脱棒的木屑、稻草或碎玉米茎在氢氧化钠的大压力容器中煮沸数小时，以便从纤维纤维素中去除木质素。它是这个过程的一个次产品，以黑液的形式积累。木质素的物质潜力大部分未使用，98％的木质素被烧坏。由于其化学相似性，在沥青粘结剂材料中使用木质素的潜力很大。木质素是一种碳氢化合物，主要由碳、氢和氧组成。它含有各种活性组，如酚醛羟基和芳香组，可以取代石化原料，如酚类，以准备酚醛树脂，聚氨酯树脂，环氧树脂和其他聚合物材料。木质素与沥青粘结剂的树脂部分结构相似，因为两者都含有相当数量的不饱和芳烃环，由烷基链连接。木质素的粘合功能在沥青或沥青改性剂中似乎有希望，对性能无不利影响。使用木质素改性剂的好处是，它们可以帮助在高温性能等级和车辙阻力。木材颜料作为一种抗氧化剂，在沥青中也有明显的抗氧化作用，在沥青中加入木质素可以延缓老化，延长沥青路面的使用寿命。在沥青中加入木质素还可以提高混合系统的兼容性。一些试验结果表明，木质素还可以提高沥青混合物的水稳定性和改性沥青的粘附性。使用木质素的另一个好处是，它减少了造纸废液对环境的影响负荷，扩大了废纸的应用范围，也降低了改性沥青的成本，具有良好的环境、经济效益和社会效益，已成为行业研究的热点。然而，木质素在沥青材料中的应用研究有限，其应用技术十分显著。

现有木质素改性沥青的局限性在于木质素的添加量较少。木质素与沥青的共混不好，相容性差，贮存稳定性差(短期老化对木质素改性沥青高温流变性能的影响，程承，化工新型材料第47卷第1期，2019年1月)。另一方面，木质素含量较少的木质素改性沥青的力学性能并没有明显改善。即使它们增加了木质素的含量，也应混合均匀，具有良好的相容性和贮存稳定性，并且不应降低沥青的性能和质量。这是沥青改性过程中需要解决的最大挑战或缺陷之一。如果将大量木质素成功地添加到沥青中进行工业应用，其结果可以显著降低沥青工业对原油的依赖性，节约自然资源。

木质素分子量是需要考虑的重要参数之一。苏打木质素的分子量远低于其他类型的木质素，这与不同的制浆工艺有关。因此，苏打木质素的加入量大，可以在分子水平上混合，具有良好的相容性和稳定性。苏打木质素与硫酸盐木质素和木质素磺酸盐的不同之处在于不使用含硫试剂，使木质素不含硫。硫是硫酸盐木质素和木质素磺酸盐中的一种不良杂质，可能导致木质素共混物的力学性能下降。与其他类型的木质素相比，苏打木质素还含有较少的脂肪族羟基，这有助于改善拉伸和弯曲性能。