抗老化剂和耐老化沥青制造技术

本发明专利技术提供一种抗老化剂和耐老化沥青，其中，抗老化剂包括如下重量份的组分：纳米炭黑10‑20份，对苯二胺40‑60份，对甲酚5‑15份，石油树脂0‑10份；高芳烃油30‑40份。本发明专利技术提供的耐老化沥青，包括沥青和上述抗老化剂，且抗老化剂的含量为0.5‑1.0wt％。本发明专利技术提供的抗老化剂，能够有效抑制沥青的热氧老化，从而改善了沥青的耐热老化性能，提高沥青的存储稳定性。

Antiaging agents and aging bitumen

The present invention provides an antiaging agent and aging resistant bitumen, in which antiaging agents include components of the following weight: nano carbon black 10, 20 copies of benzene two amine 40, 15 cresol 5, 0 petroleum resin 0, 30 high aromatic oil 30. The aging resistant asphalt provided by the invention includes asphalt and the antiaging agent, and the content of the aging resistant agent is 0.5 1.0wt%. The antiaging agent provided by the invention can effectively suppress the thermal oxygen aging of asphalt, thus improve the heat aging performance of the asphalt and improve the storage stability of the bitumen.

【技术实现步骤摘要】
抗老化剂和耐老化沥青
本专利技术涉及一种抗老化剂和耐老化沥青，属于道路石油沥青

技术介绍
石油沥青因具备良好的粘结性和可塑性，成为公路建设尤其是高速公路建设最常用的路面材料。随着我国经济建设的发展，交通量迅速增大，由于超载和车辆渠化交通，沥青路面的运行情况面临严峻考验。不少沥青路面建成不久，就会出现温缩开裂进而形成裂缝，严重影响沥青路面的使用寿命。而沥青老化是影响沥青路面使用寿命的主要因素。沥青老化是指沥青在储存、运输、施工及路面使用过程中由于长时间暴露在空气中，在环境因素如热、氧、阳光和水的作用下发生挥发、氧化、分解、聚合等物理化学作用，导致沥青内部分子结构和化学组分发生变化，促使沥青物理化学性质劣化，主要体现在沥青的软化点升高、针入度下降、延度大幅度减小等。沥青的老化是不可逆过程，其形成的原因也较为复杂，目前一般认为沥青的老化主要有四种原因：热氧老化、轻组分挥发，光老化及气温变化的影响。研究表明，沥青的热氧老化符合自由基链式反应原理，在热、氧作用下，沥青分子中的双键等敏感基团发生化学键断裂，形成自由基；自由基进一步碎裂(β-消除)生成含羰基官能团的组分，沥青中的脂肪族硫化物(如硫醚)转化成含亚砜官能团的组分，正是这种反应改变了沥青的组成与结构，宏观表现为沥青的性质发生改变，比如粘度增大、针入度降低。热氧老化造成沥青的性能在短期内快速劣化，这也是影响沥青使用寿命的最关键因素。对于因轻组分挥发造成的沥青氧化，SHRP(StrategicHighwayResearchProgram，美国公路战略研究计划)研究认为，路面竣工后，老化仍然继续，但由于使用温度较低，轻组分挥发已不是主要矛盾；太阳光中的紫外线由于能量高，可切断沥青中的高聚物分子链，引发光化学反应，但是根据Martin的研究结果，光老化仅发生在沥青表层1mm处；由于气温变化、昼夜温差等冷热交替也会影响沥青材料的内部结构从而缓慢加剧沥青老化。通过添加一定量的抗老化剂是目前解决沥青老化问题经济有效的手段。比如中国专利CN201110328907.7公开了一种道路石油沥青抗老化剂配方，包括添加剂B和基础软组分C，由于基础软组分C中含有道路石油沥青，因此其应用范围会受到明显限制，尤其是在改性沥青中的应用。中国专利CN201410530108.1公开了一种液体石油沥青抗紫外线老化改性剂，包括SEBS、芳烃油、糠醛、纳米二氧化铈、粉末SBR、季戊四醇酯、异辛烷，将上述原料混合，经搅拌、溶胀、剪切制得。但是该专利技术提供的抗紫外线老化改性剂的成分较为复杂，并且只针对乳化沥青的光老化，其应用范围较为局限。中国专利CN201310376042.0公开了一种抗老化添加剂，由有机蒙脱土、抗氧剂和光稳定剂经机械搅拌均匀复配而成，主要利用了有机蒙脱土的片层结构对热、氧的阻隔性能。采用此添加剂制备耐老化沥青，添加量较大(1-10％)，成本较高。中国专利CN201410617872.2公开的沥青抗老化剂包括芳烃油、α-萘胺、乳化剂和水。在实际作业过程中，α-萘胺随水蒸气挥发到环境中，由于α-萘胺已证明是致癌物，所以该抗老化剂容易污染环境并危害作业人员。目前用于沥青的抗老化剂大多是针对沥青的光老化，用于抑制沥青热氧老化的抗老化剂相对较少。并且，由于沥青的化学组成和结构十分复杂，不同油源和不同工艺生产的沥青产品性能差异也较大，所以目前大多数抗老化剂仅针对某种特定类型或特定油源的沥青。此外，现有抗老化剂通常具有毒性或者原料成本较高，严重制约了其在沥青中的推广和应用。因此，如何研发一种安全高效的抗老化剂，使其对各种类型的沥青均具有较好的抗老化效果，尤其是能够有效抑制沥青的热氧老化，提高沥青的热存储稳定性，延长沥青的使用寿命，是目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种抗老化剂，通过对苯二胺与对甲酚的复配，并配合以纳米炭黑、石油树脂和高芳烃油，能够快速终止沥青热氧老化，在不影响沥青产品性质的基础上，提高了沥青的抗老化性能。本专利技术还提供了一种耐老化沥青，在沥青中掺入上述抗老化剂，得到的耐老化沥青具有良好的耐热氧老化性能和热存储稳定性。本专利技术提供一种抗老化剂，包括如下重量份的组分：纳米炭黑10-20份，对苯二胺40-60份，对甲酚5-15份，石油树脂0-10份；高芳烃油30-40份。道路沥青在拌合、摊铺和压实过程中，通常需要较高的温度，所以极易发生热氧老化。沥青的热氧老化遵循自由基反应机理。专利技术人研究发现，对苯二胺能够终止自由基的生成，抑制自由基链式反应发生；对甲酚能够清除氧化老化过程中生成的自由基。在自由基链式反应的起始阶段，对苯二胺与自由基的反应活性较强，起主导作用，首先反应产生亚胺自由基，亚胺自由基相对不稳定，它从对甲酚接受一个氢原子重新转化成烷基化二苯胺，对甲酚则转化成相对稳定的苯氧自由基。本专利技术采用对苯二胺作为主抗氧剂，对甲酚作为辅抗氧剂，上述两种抗氧剂协同作用并循环反应，从而能够有效抑制甚至终止自由基链式反应，从源头上解决沥青的热氧老化问题，防止沥青短期内快速劣化，延长沥青的使用寿命。纳米炭黑的粒径非常小且比表面积非常大，容易弥散分布于沥青材料中并形成稳定的连续相。专利技术人研究发现，纳米炭黑能够吸附热氧老化过程中产生的自由基，阻止自由基链式反应的进行，从而进一步抑制热氧老化的进程。本专利技术对纳米炭黑的来源不做严格限定，可商购，也可自行制备。石油树脂是石油裂解的副产物，是分子量介于300-3000的低聚物，能够改善沥青的感温性和耐水性，尤其是对于改性沥青(通常是聚合物改性沥青)来说，由于沥青在改性过程中，其针入度和软化点会不可避免的发生变化，影响沥青的使用性能。石油树脂的加入，能够弥补上述改性剂的加入对针入度和软化点的影响，改善沥青的高温性能，所以可根据沥青的实际情况选择加入或不加入石油树脂，并合理调整石油树脂的加入量。在本专利技术的具体实施方式中，若用于改善基质沥青的耐老化性能，可以选择加入或不加入石油树脂，并根据基质沥青的性能合理调整石油树脂的加入量；若用于改善改性沥青的耐老化性能，通常在抗老化剂中加入5-10重量份的石油树脂。本专利技术对抗老化剂中所用的石油树脂不做具体限定，可以是碳五石油树脂(C5石油树脂)、碳九石油树脂(C9石油树脂)，和碳五与碳九共聚石油树脂(C5/C9共聚石油树脂)等中的一种，还可以是上述两种以上石油树脂的混合物。在路面竣工之后，在太阳光中紫外线的长期作用下，沥青中的聚合物分子链被切断，产生自由基并引发沥青光老化。本专利技术中的纳米炭黑可用作光屏蔽剂，有效阻止紫外线的进入；石油树脂本身具有耐紫外线的功能，可以对纳米炭黑起到协同作用，减少紫外光对沥青的老化作用，在一定程度上减缓自由基的生成。此外，对苯二胺和对甲酚也能够阻碍自由基的生成或者清除自由基，避免发生光老化。所以，本专利技术提供的抗老化剂，不仅能够有效抑制沥青的热氧老化，而且能够在一定程度上抑制沥青的光老化，从而能够保证沥青的使用性能，提高沥青的使用寿命。高芳烃油能够调整沥青的粘度和软化点，通过调整高芳烃油的加入量，能够调整抗老化剂的体系状态，确保对沥青的各项指标不会产生明显影响。本专利技术对所用的高芳烃油不做严格限定，优选芳烃含量≥70％的高芳烃油，在具体实施过程中，通常使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗老化剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：纳米炭黑10‑20份，对苯二胺40‑60份，对甲酚5‑15份，石油树脂0‑10份；高芳烃油30‑40份。

【技术特征摘要】
1.一种抗老化剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：纳米炭黑10-20份，对苯二胺40-60份，对甲酚5-15份，石油树脂0-10份；高芳烃油30-40份。2.根据权利要求1所述的抗老化剂，其特征在于，所述石油树脂为碳五石油树脂、碳九石油树脂和碳五与碳九共聚石油树脂中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的抗老化剂，其特征在于，所述石油树脂为5-10份。4.根据权利要求1所述的抗老化剂，其特征在于，所述高芳烃油中的芳烃含量≥70％。5.根据权利要求4所述的抗老化剂，其特征在于，所述高芳烃油为炼油过程中的高芳烃副产物。6.权利要求1-5任一项所述抗老化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将0-10份的石油树脂、10-20份的纳米炭黑和30-40份的高芳烃油在100±5℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙艳，孟伟，马晓金，李江，黄奋生，赵晓龙，张群，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11