聚合物改性沥青组合物及其制备方法与流程

本发明涉及沥青材料，具体为聚合物改性沥青组合物及其制备方法。

背景技术：

1、随着交通运输事业的飞速发展，对道路的质量和性能要求日益提高，沥青作为道路建设中广泛使用的材料，其性能的优劣直接影响道路的使用寿命和使用效果，传统的沥青材料在高温稳定性、低温抗裂性、抗磨损能力以及柔韧性等方面存在一定的局限性，难以满足现代交通复杂条件下的需求，在高温环境下，普通沥青容易软化变形，导致路面出现车辙等病害，影响道路的平整度和行车安全，这是因为沥青的分子结构在高温时变得较为松散，无法承受车辆荷载的反复作用，而在低温环境中，沥青又会变得脆硬，容易产生裂缝，进一步降低道路的耐久性，此外，传统沥青的抗磨损能力有限，在车辆频繁行驶的路段，路面容易出现磨损，缩短了道路的维修周期；

2、现有技术存在一定的技术缺陷，首先，现有制备方法大多采用单一成分改性沥青，难以实现多种成分协同作用，无法全面提升沥青组合物在结构稳定性、柔韧性、抗老化等多方面的综合性能，其次，现有技术常依赖不可再生的化学原料，且在有机溶剂使用过程中处理不当，未充分考虑环保和可持续发展理念，对环境造成较大压力，再者，传统工艺往往步骤繁琐复杂，未采用一步法反应和超声波辅助合成技术，导致生产效率低下，且难以保证产品质量的稳定性，为此，我们提出聚合物改性沥青组合物及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供聚合物改性沥青组合物及其制备方法。

2、以解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供如下技术方案：聚合物改性沥青组合物的制备方法，所述制备方法包括以下具体步骤：

3、步骤一、制备纳米级无机材料预处理物，选取纳米二氧化硅作为纳米级无机材料，在真空环境下加热去除杂质和水分，再冷却至室温；

4、步骤二、提取植物可聚合成分，以亚麻籽为植物原料并将其粉碎，然后用有机溶剂进行萃取，萃取过程在带有搅拌装置的萃取釜中进行搅拌萃取，确保亚麻籽与有机溶剂充分接触，得到萃取液，随后将萃取液经过旋转蒸发仪进行蒸馏，去除有机溶剂，得到浓缩液，将浓缩液通过硅胶柱层析进行纯化，以乙醇和水按体积比3:1-5:1混合而成的洗脱剂为流动相，流速为1ml/min-2ml/min，进行层析纯化，得到纯化后的植物可聚合成分；

5、步骤三、合成离子液体并预处理，将含季铵盐阳离子和含氟有机阴离子的前体物质分别溶解在有机溶剂二氯甲烷中，在惰性气体保护下缓慢滴加两种溶液，滴加完毕后在室温下搅拌反应，反应完毕后通过减压蒸馏除去有机溶剂，得到离子液体，在使用离子液体前，对其进行干燥处理去除残留的水分和有机溶剂；

6、步骤四、制备复合改性剂，将纳米级无机材料预处理物、植物可聚合成分和预处理后的离子液体按质量比为1:2:3混合在有机溶剂和水的溶剂体系中，将混合后的溶液置于反应釜中，在温度为60℃-80℃和压力为1.5atm-2atm的条件下进行一步法反应，在反应过程中，利用超声波辅助合成技术，使超声波频率保持在20khz-40khz，搅拌速率为100r/min-200r/min，反应时间为30min-60min，得到复合改性剂；

7、步骤五、混合基质沥青与复合改性剂，基质沥青在加热釜中用导热油间接加热至160℃-180℃，升温速率为10℃/min-20℃/min，并恒温至无固体颗粒残留，复合改性剂以5g/min-10g/min的速率加入加热后的基质沥青，同时以500r/min-800r/min的搅拌速率顺时针和逆时针交替搅拌20min-30min，使其均匀分散；

8、步骤六、加入温敏性聚合物并完成制备，首先利用含有聚（n-异丙基丙烯酰胺）链段和其他辅助单体制备温敏性聚合物，按温敏性聚合物与基质沥青质量比为1:5-1:10加入含有聚链段的共聚物n-异丙基丙烯酰胺作为温敏性聚合物，同时以500r/min-800r/min的搅拌速率顺时针和逆时针交替搅拌15min-25min，确保均匀分散且无团聚，再将混合物转移至剪切设备中进行剪切，得到聚合物改性沥青组合物。

9、作为本发明的进一步方案：所述步骤一中，纳米级无机材料为纳米二氧化硅，其粒径为10nm-50nm，所述纳米二氧化硅在使用前需经过预处理，预处理过程包括在真空环境下于330℃-400℃加热2h-3h，以去除表面吸附的杂质和水分，然后在氮气保护下冷却至室温。

10、作为本发明的进一步方案：所述步骤二中，以亚麻籽为植物原料，将其粉碎至粒径为0.1mm-1mm，然后用正己烷作为有机溶剂进行萃取，亚麻籽与正己烷的质量比为1:5-1:8，萃取过程在带有搅拌装置的萃取釜中进行，搅拌速率为100r/min-200r/min，萃取温度为40℃-60℃，萃取时间为2h-4h，得到萃取液，萃取液经过旋转蒸发仪在50℃-70℃、真空度为0.08mpa-0.1mpa条件下进行蒸馏，去除有机溶剂，得到浓缩液。

11、作为本发明的进一步方案：所述步骤三中，有机溶剂为二氯甲烷，在氩气保护下，于-2℃-10℃缓慢滴加两种溶液，滴加速度控制在0.5ml/min-1.5ml/min，滴加完毕后在室温下搅拌反应24h-48h，反应完毕后通过减压蒸馏除去有机溶剂，得到离子液体，在使用离子液体前对其进行干燥处理，在真空环境下于50℃-70℃加热3h-5h。

12、作为本发明的进一步方案：所述步骤六中，温敏性聚合物在低温时聚合物链段收缩，在高温时聚合物链段伸展，玻璃化转变温度为-20℃-20℃，温敏性聚合物由含有聚（n-异丙基丙烯酰胺）链段的共聚物组成，其合成过程如下：将含有聚（n-异丙基丙烯酰胺）链段的单体和丙烯酸甲酯、苯乙烯作为辅助单体在引发剂存在下进行聚合反应，聚合反应温度为60℃-80℃，聚合反应时间为4h-8h，引发剂用量为单体质量的0.5%-2%，在聚合反应过程中持续搅拌，搅拌速率为100r/min-200r/min。

13、作为本发明的进一步方案：所述步骤六中，在使用前，对基质沥青进行预处理，预处理过程包括在120℃-140℃加热2h-3h，去除其中的水分和轻质挥发物，然后在氮气保护下冷却至室温。

14、作为本发明的进一步方案：所述步骤四中，溶剂体系为有机溶剂甲苯和水按体积比2:1混合而成，在使用溶剂体系前，要对甲苯进行预处理，预处理过程包括在浓硫酸存在下于室温搅拌1h-2h，然后用蒸馏水洗涤至中性，再用无水硫酸钠干燥，最后在氮气保护下过滤除去硫酸钠，得到预处理后的甲苯。

15、作为本发明的进一步方案：所述步骤四中，超声波辅助合成技术中的超声波发生装置为压电式超声波发生器，其功率为200w-500w，在使用超声波发生装置时，需将超声波探头浸入反应釜中的溶液中，浸入深度为2cm-3cm，以确保超声波能有效作用于反应体系。

16、作为本发明的进一步方案：所述步骤六中，剪切时间范围为1h-2h，剪切头转速为3000r/min-5000r/min，剪切温度为140℃-160℃。

17、另外，本发明还提供了聚合物改性沥青组合物，所述聚合物改性沥青组合物由聚合物改性沥青组合物的制备方法制备得到。

18、采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

19、1.本发明通过多种成分复合改性提升沥青组合物性能，纳米二氧化硅经预处理后增强表面活性，填充沥青分子空隙，提高结构稳定性和抗磨损能力，因其纳米尺寸与沥青分子紧密结合，亚麻籽提取的植物可聚合成分经系列处理后，其活性基团与沥青分子反应，改善柔韧性和黏附性，离子液体经合成与预处理，其中阴阳离子与沥青分子活性位点作用，提高抗老化性能，温敏性聚合物由含特定链段的共聚物组成，低温收缩使分子结构紧密抗裂，高温伸展适应体积膨胀保持稳定，有效提升高温稳定性和低温抗裂性，延长铺设物的使用寿命；

20、2.本发明通过在选材上选择亚麻籽作为植物可聚合成分的原料，具有显著的环保优势，它是一种天然、可再生的资源，与传统化学原料形成鲜明对比，亚麻籽在生长过程中能够吸收二氧化碳，对环境具有积极的影响，在提取植物可聚合成分时，虽然使用了有机溶剂，但这些有机溶剂都经过了合理的处理，从而减少了对环境的污染，萃取过程中使用的正己烷，在完成萃取任务后，通过旋转蒸发仪进行蒸馏去除，避免了有机溶剂的浪费和对环境的潜在危害，离子液体合成过程中使用的二氯甲烷，在反应结束后也通过减压蒸馏的方式除去，进一步对环境进行保护，符合可持续发展的理念，为沥青行业的绿色发展提供了一条可行的途径；

21、3.本发明通过采用一步法反应制备复合改性剂并结合超声波辅助合成技术，一步法反应减少了反应步骤，提高了生产效率，相比传统多步骤工艺，减少了生产时间和设备需求，在制备复合改性剂时，将纳米级无机材料预处理物、植物可聚合成分和预处理后的离子液体按特定质量比混合在经过预处理的溶剂体系中，在特定温度和高压条件下进行反应，超声波辅助合成技术中，压电式超声波发生器使反应更充分、均匀，更好地控制反应过程和产物质量，对基质沥青和溶剂等的预处理过程进行详细规范，进一步优化了整个制备工艺，提高了产品的质量的稳定性。