Page 225 - 《精细化工）》2023年第10期
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第 10 期                     岳   闯，等:  微纳米 SiO 2 改性沥青的制备及性能评价                             ·2303·


            米级 SiO 2 后，沥青的车辙因子得到提高，流变老化                        级纯），天津市天力化学试剂有限公司；3-缩水甘油
            指数降低了 89.1%，说明沥青的抗车辙和抗老化性                          基氧基丙基 三甲氧基硅 烷（GPTMS，质量分数
            能均得到提高。QIAN 等          [10] 使用纳米 SiO 2 和橡胶粉        98%）、酸性橙Ⅱ（AOⅡ，分析纯），北京伊诺凯科
            复合改性沥青，结果表明，添加 4%（以沥青的质量                           技有限公司；四氯化碳（质量分数 98%），萨恩化学
            为基准）的纳米 SiO 2 和 20%（以沥青的质量为基准）                     技术（上海）有限公司；偶氮二异丁腈（AIBN，分
            的橡胶粉的沥青抗紫外老化和低温性能综合提升最                             析纯）、氨水溶液（质量分数 25%，分析纯）、盐酸
            大。其中，纳米 SiO 2 提高了橡胶粉改性沥青的抗紫                        （分析纯），天津市大茂化学试剂厂；石油醚（沸程
            外老化性能，橡胶粉则消除了纳米 SiO 2 对沥青低温                        90~120  ℃，分析纯），天津市富宇精细化工有限公司。
            性能的不利影响。然而，纳米 SiO 2 容易发生团聚形                            RCT Basic S25 磁力搅拌器、RW 20 Digital 机械
            成尺寸较大的团聚体，导致难以发挥纳米效应                      [11] 。   搅拌器，德国 IKA 公司；6700 型傅里叶变换红外光
            此外，纳米 SiO 2 表面含有的大量—Si—OH 使其呈                      谱仪，美国 Thermo Fisher Scientific 公司；Tensor 27
            现亲水疏油性，与沥青相容性差，难以在沥青中均                             型红外光谱仪，德国 Bruker 公司；HR-2806F 型智
            匀分散，削弱了其对沥青的改善作用                 [12] 。GHOLAM      能软化点测试仪，北京路晨伟业仪器设备有限公司；
            等 [13] 报道，通过高速剪切混合或者对纳米粒子进行                        NanoBrook 90Plus PALS 型动态光散射仪（DLS），
            表面改性的方法均能够改善其在沥青中的分散性。                             美国布鲁克海文仪器公司；JSM-7610F Plus 型场发
            相比于机械混合，纳米粒子表面改性不仅可以减少纳                            射扫描电子显微镜（SEM），日本电子株式会社；
            米粒子之间的团聚，还能通过物理吸附或化学接枝增                            Rheo Stress  6000 型动态剪切流变仪（DSR），德国
            强两者的界面作用，从而提高改性沥青的性能                    [14] 。但    HAAKE 公司；T6060 型薄膜烘箱（TFOT）、PNR12
            是，纳米粒子的高价格（350~1000 元/kg）使其很难                      型针入度仪，德国 Petrotest 公司；H1MF9 型酶标仪，
            在实际中大规模应用，微米级 SiO 2 不仅价格低廉，                        美国基因公司。
            对沥青也有一定的增强作用。然而，鲜见表面修饰的                            1.2   材料的制备
            微米级 SiO 2 对沥青进行化学改性的相关报道。                          1.2.1  MQL 的制备
                 本文利用化学接枝法得到微纳米 SiO 2 分散均                          取 60 g QL、6 g MAH 和 60 mg AIBN 放入圆底
            匀、具有抗车辙和抗老化性能的沥青材料。首先，                             烧瓶中，充氮气保护，加热到 150  ℃后维持 0.5 h
            以偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，将马来酸酐                            直至其完全熔融呈液体状。再以 200 r/min 恒温搅拌
            （MAH）化学接枝到齐鲁 70#道路石油沥青（QL）                         3 h，即可得到活化沥青（MQL）。查阅文献可知                  [15] ，
            上得到活化沥青（MQL）。然后，通过支化聚乙烯                            MAH 接枝沥青过程中可能存在 3 种不同反应，分别
            亚胺（PEI）连接 SiO 2 与 MQL。利用场发射扫描电                     是 Diels-Alder 加成、交替共聚和电荷转移反应，具
            子显微镜（SEM）、动态剪切流变仪（DSR）、薄膜                          体反应机理如图 1 所示。
            烘箱（TFOT）检测了 SiO 2 的分散性以及改性后沥青
            的路用性能，包括抗车辙性能和抗老化性能。本文为
            沥青改性提供了一种新思路，而且制备的沥青材料
            在高温地区高速公路铺设方面具备很大的应用潜力。

            1   实验部分


            1.1   试剂与仪器
                 基质沥青采用齐鲁 70#道路石油沥青（QL），软
            化点、25  ℃针入度和 25  ℃延度分别为 46.8  ℃、

            67（0.1 mm）和>150 cm，中国石油化工股份有限公                       图 1   马来酸酐和沥青之间可能存在的反应机理               [15]
            司；SiO 2 （粒径 20 nm），邦瑞新材料科技有限公司；                    Fig. 1    Proposed mechanisms of reaction between asphalt
                                                                     and maleic anhydride [15]
            SiO 2 （粒径 10  μm）、马来酸酐（MAH，质量分数
            99.0%），上海阿拉丁生化科技股份有限公司；支化                          1.2.2  PEI-SiO 2 的制备
            聚乙烯亚胺（PEI，M w =1000，质量分数 99.0%），                       为了探究 SiO 2 的粒径对 SiO 2 表面改性的影响，
            武汉市强龙化工新材料有限责任公司；苯乙烯-丁二                            选取了粒径为 20 nm 的 SiO 2 〔SiO 2 （20 nm）〕和粒
            烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性沥青，中国石油                           径为 10 μm 的 SiO 2 〔SiO 2 （10 μm）〕进行 PEI-SiO 2
            化工股份有限公司镇海炼化分公司；无水乙醇（优                             的制备。制备方法如下：
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