种用于改善沥青老化性能的抗老化添加剂及耐老化沥青的制备方法

说明书摘要
本发明涉及一种用于改善沥青老化性能的抗老化添加剂及耐老化沥青的制备方法。

一种用于改善沥青老化性能的抗老化添加剂，其特征是它由有机蒙脱土、抗氧剂和光稳定剂经机械搅拌均匀复配而成，各原料所占质量百分比为：有机蒙脱土72%~84%，抗氧剂8%~14%，光稳定剂8%~14%。

耐老化沥青由沥青和该抗老化添加剂通过熔融共混制备而成，沥青所占质量百分比为90%~99%，抗老化添加剂所占质量百分比为1%~10%。

本发明根据不同原材料的性能特点，复配一种热稳定性好，可显著改善沥青抗热、氧、光老化性能的抗老化添加剂，并利用该抗老化添加剂制备相容性良好的耐老化沥青，实现对不同沥青抗热氧和光氧老化性能的协同改善目的。

采用该抗老化添加剂制备的耐老化沥青不仅具有良好的耐热氧老化性能，而且具有优越的耐光氧老化性能。

发明人：余剑英，冯振刚，周吉，贾晓娟，章灿林，徐海露，姜成城
权利要求书
1. 一种用于改善沥青老化性能的抗老化添加剂，其特征是它由有机蒙脱土、抗氧剂和光稳定剂组成，各原料所占质量百分比为：有机蒙脱土72%~84%，抗氧剂8%~14%，光稳定剂8%~14%。

耐老化沥青由沥青和该抗老化添加剂组成，沥青所占质量百分比为90%~99%，抗老化添加剂所占质量百分比为1%~10%。

2. 根据权利要求1所述的一种用于改善沥青老化性能的抗老化添加剂，其特征在于：所述的有机蒙脱土为钠基蒙脱土经十六烷基三甲基溴化铵或十八烷基二甲基苄基氯化铵有机化插层处理而得，有机蒙脱土的细度为200~400目。

3. 根据权利要求1所述的一种用于改善沥青老化性能的抗老化添加剂，其特征在于：所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯的混合物，混合时为任意比。

4. 根据权利要求1所述的一种用于改善沥青老化性能的抗老化添加剂，其特征在于：所述的光稳定剂为2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑，2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮和双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯中的一种或任意一种以上的混合物，混合时为任意比。

5. 根据权利要求1所述的一种用于改善沥青老化性能的抗老化添加剂，其特征在于：各原料所占质量百分比为：有机蒙脱土72%~84%，抗氧剂8%~14%，光稳定剂8%~14%。

6. 根据权利要求1所述的一种用于改善沥青老化性能的抗老化添加剂，其特征是按如下步骤进行：
（1）按各原料所占质量百分比为：有机蒙脱土72%~84%，抗氧剂8%~14%，光稳定剂8%~14%选取有机蒙脱土、抗氧剂和光稳定剂；
（2）将有机蒙脱土、抗氧剂和光稳定剂置于金属容器中，在室温下经搅拌机混合均匀，搅拌速率为500~1000rpm，搅拌时间为3~5min，为防止混合时粉尘外溢，金属容器须备有顶盖。

7. 根据权利要求1所述的一种耐老化沥青，其特征在于：所述的沥青为道路石油沥青，25℃针入度为60~100dmm，软化点为42~54℃。

8. 根据权利要求1所述的一种耐老化沥青，其特征在于：所述的抗老化添加剂为按照权利要求2~6制备而得的混合物。

9. 根据权利要求1所述的一种耐老化沥青，其特征在于：各原料所占质量百分比为：沥青90%~99%，抗老化添加剂1%~10%。

10. 根据权利要求1所述的一种耐老化沥青，其特征是按如下步骤进行：
（1）按各原料所占质量百分比为：沥青90%~99%，抗老化添加剂1%~10%选取沥青和抗老化添加剂；
（2）加热沥青至130~150℃，添加抗老化添加剂，开动高速剪切机，在2000~4000rpm 的转速下高速搅拌0.5~1h，保持温度为130~150℃。

说明书
一种用于改善沥青老化性能的抗老化添加剂及耐老化沥青的制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于改善沥青老化性能的抗老化添加剂及耐老化沥青的制备方法。

背景技术
沥青的老化是引起沥青混凝土路面出现病害的主要原因之一。

一般认为，沥青混合料在拌合、摊铺和压实过程中会发生短期的热氧老化，这会造成沥青的性能在短期内快速劣化。

在沥青路面的使用过程中，受太阳光中红外线和紫外线辐射，沥青将发生长期的热老化和紫外光老化，导致沥青发生一系列复杂的物理化学变化，从而造成沥青路面变硬变脆，极易发生病害，大大影响了沥青路面的使用性能，缩短了其使用寿命。

利用添加剂对沥青材料进行改性是改善沥青耐老化性能的有效途经之一。

专利CN 101307156A公开了一种路用沥青抗老化复合改性剂，该抗老化复合改性剂由防老剂、抗氧剂和光屏蔽剂组成，所用防老剂为防老剂2246-S或防老剂2246或防老剂1010或防老剂1076，抗氧剂为抗氧剂168或抗氧剂DLTP，光屏蔽剂为炭黑DL8或炭黑BP7或炭黑Vcx500。

专利CN 102504552A公开了一种道路石油沥青抗老化剂，该抗老化剂由添加剂和基础软组分组成，所用添加剂为自由基捕获剂、过氧化物分解剂、光稳定剂和金属离子络合剂的混合物，所用基础软组分为道路石油沥青或富含芳烃组分或两者的混合物。

专利CN 102181161 A公开了一种镁铝基层状双氢氧化物耐老化道路沥青，它由沥青和镁铝基层状双氢氧化物制备而成，该耐老化沥青具有改善的抗紫外光老化能力。

由于不同产地的沥青物理化学性质差异很大，同一添加剂对不同产地沥青的耐老化性能影响也不相同，有时甚至出现截然相反的效果，因此需针对不同沥青开发出相对应的抗老化添加剂。

此外，沥青的老化包括热氧老化和光氧老化两个方面，这就要求所选用的抗老化添加剂不仅要具有改善沥青热氧老化的能力，而且同时应有效抑制沥青的光氧老化。

发明内容
本发明的目的在于针对不同产地沥青提供一种热稳定性好，可显著改善其抗热、氧、光老化性能的抗老化添加剂，并利用该抗老化添加剂制备相容性良好的耐老化沥青，实现对不同产地沥青热氧和光氧老化性能的协同改善目的。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于改善沥青老化性能的抗老化添加剂，其特征是它由有机蒙脱土、抗氧剂和光稳定剂组成，各原料所占质量百分比为：有机蒙脱土72%~84%，抗氧剂8%~14%，光稳定剂8%~14%。

耐老化沥青由沥青和该抗老化添加剂组成，沥青所占质量百分比为90%~99%，抗老化添加剂所占质量百分比为1%~10%。

1. 一种用于改善沥青老化性能的抗老化添加剂的制备方法
所述的有机蒙脱土为钠基蒙脱土经十六烷基三甲基溴化铵或十八烷基二甲基苄基氯化铵有机化插层处理而得，有机蒙脱土的细度为200~400目。

所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯的混合物，混合时为任意比。

所述的光稳定剂为2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑，2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮和双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯中的一种或任意一种以上的混合物，混合时为任意比。

上述各原料所占质量百分比为：有机蒙脱土72%~84%，抗氧剂8%~14%，光稳定剂8%~14%。

上述的用于改善沥青老化性能的抗老化添加剂的制备方法，其特征是按如下步骤进行：（1）按各原料所占质量百分比为：有机蒙脱土72%~84%，抗氧剂8%~14%，光稳定剂8%~14%选取有机蒙脱土、抗氧剂和光稳定剂；
（2）将有机蒙脱土、抗氧剂和光稳定剂置于金属容器中，在室温下经搅拌机混合均匀，搅拌速率为500~1000rpm，搅拌时间为3~5min，为防止混合时粉尘外溢，金属容器须备有顶盖。

2. 耐老化沥青的制备方法
所述的沥青为道路石油沥青，25℃针入度为60~100dmm，软化点为42~54℃。

所述的抗老化添加剂为按照上述步骤1制备而得的混合物。

上述各原料所占质量百分比为：沥青90%~99%，抗老化添加剂1%~10%。

上述的耐老化沥青的制备方法，其特征是按如下步骤进行：
（1）按各原料所占质量百分比为：沥青90%~99%，抗老化添加剂1%~10%选取沥青和抗老化添加剂；
（2）加热沥青至130~150℃，添加抗老化添加剂，开动高速剪切机，在2000~4000rpm的转速下高速搅拌0.5~1h，保持温度为130~150℃。

本发明的有益效果如下：
其一，有机蒙脱土的片层结构对热、氧具有优越的阻隔性能，同时对紫外光具有一定的屏蔽作用；抗氧剂可捕获活性自由基，分解氢过氧化物；光稳定剂对紫外光具有很强的吸收能力并可将吸收的紫外光转化为热能耗散出去，同时可捕获光自由基。

通过将这三类添加剂进行复配，可以得到对沥青热、氧、光老化性能同时具有显著改善作用的抗老化添加剂。

其二，通过调配抗老化添加剂各成分的种类与比例，可以针对不同产地的沥青开发出对应的具有良好改性效果的抗老化添加剂。

具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：
将75份（质量份，下同）有机蒙脱土（有机插层剂为十六烷基三甲基溴化铵），8份四
[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，5份三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，6份2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑和6份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯置于带有顶盖的金属容器中，在室温下利用搅拌机以1000rpm的速率搅拌3min，即得到抗老化添加剂。

将沥青A（25℃针入度为73dmm，软化点为46.3℃）加热至145~150℃，添加上述抗老化剂5份，在4000rpm的转速下搅拌30min，制得耐老化沥青。

对比样为将该沥青直接在145~150℃温度下以4000rpm的转速搅拌30min，或在沥青中单独掺加相同份数的有机蒙脱土（有机插层剂为十六烷基三甲基溴化铵）、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑或双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。

对该耐老化沥青和对比样分别进行薄膜烘箱试验（TFOT）和紫外（UV）烘箱辐照试验（紫外光强度为1200μW/cm2，老化温度为60℃，老化时间为6天，下同）。

耐老化沥青及对比样老化前后的60℃粘度增量和软化点增量结果见表1。

表1 耐老化沥青及对比样老化前后的粘度增量和软化点增量
通过比较可知，TFOT和UV老化后，耐老化沥青的60℃粘度增量和软化点增量均明显小于对比样，该抗老化添加剂显著改善了沥青A的耐热氧和耐紫外光老化性能。

实施例2：
将75份有机蒙脱土（有机插层剂为十八烷基二甲基苄基氯化铵），8份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，5份三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，6份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮和6份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯置于带有顶盖的金属容器中，在室温下利用搅拌机以1000rpm的速率搅拌3min，即得到抗老化添加剂。

将沥青B（25℃针入度为71dmm，软化点为47.1℃）加热至145~150℃，添加上述抗老化剂5份，在4000rpm的转速下搅拌30min，制得耐老化沥青。

对比样为将该沥青直接在145~150℃温度下以4000rpm的转速搅拌30min，或在沥青中单独掺加相同份数的有机蒙脱土（有机插层剂为十八烷基二甲基苄基氯化铵）、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮或双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。

对该耐老化沥青和对比样分别进行薄膜烘箱试验（TFOT）和紫外（UV）烘箱辐照试验。

耐老化沥青及对比样老化前后的60℃粘度增量和软化点增量结果见表2。

通过比较可知，TFOT和UV老化后，耐老化沥青的60℃粘度增量和软化点增量均明显小于对比样，该抗老化添加剂显著改善了沥青B的耐热氧和耐紫外光老化性能。

实施例3：
将78份有机蒙脱土（有机插层剂为十六烷基三甲基溴化铵），6份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，4份三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，4份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、3份2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑和5份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯置于带有顶盖的金属容器中，在室温下利用搅拌机以1000rpm的速率搅拌3min，即得到抗老化添加剂。

将沥青C（25℃针入度为92dmm，软化点为44.3℃）加热至145~150℃，添加上述抗老化剂7份，在4000rpm的转速下搅拌30min，制得耐老化沥青。

对比样为将该沥青直接在145~150℃温度下以4000rpm的转速搅拌30min，或在沥青中单独掺加相同份数的有机蒙脱土（有机插层剂为十六烷基三甲基溴化铵）、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四
醇酯、三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑或双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。

对该耐老化沥青和对比样分别进行薄膜烘箱试验（TFOT）和紫外（UV）烘箱辐照试验。

耐老化沥青及对比样老化前后的60℃粘度增量和软化点增量结果见表3。

表3 耐老化沥青及对比样老化前后的粘度增量和软化点增量
通过比较可知，TFOT和UV老化后，耐老化沥青的60℃粘度增量和软化点增量均明显小于对比样，该抗老化添加剂显著改善了沥青C的耐热氧和耐紫外光老化性能。

实施例4：
将76份有机蒙脱土（有机插层剂为十八烷基二甲基苄基氯化铵），6份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，10份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮和8份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯置于带有顶盖的金属容器中，在室温下利用搅拌机以1000rpm的速率搅拌3min，即得到抗老化添加剂。

将沥青D（25℃针入度为83dmm，软化点为45.3℃）加热至145~150℃，添加上述抗老化剂9份，在4000rpm的转速下搅拌30min，制得耐老化沥青。

对比样为将该沥青直接在145~150℃温度下以4000rpm的转速搅拌30min，或在沥青中单独掺加相同份数的有机蒙脱土（有机插层剂为十八烷基二甲基苄基氯化铵）、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮或双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。

对该耐老化沥青和对比样分别进行薄膜烘箱试验（TFOT）和紫外（UV）烘箱辐照试验。

耐老化沥青及对比样老化前后的60℃粘度增量和软化点增量结果见表4。

表4 耐老化沥青及对比样老化前后的粘度增量和软化点增量
通过比较可知，TFOT和UV老化后，耐老化沥青的60℃粘度增量和软化点增量均明显小于对比样，该抗老化添加剂显著改善了沥青D的耐热氧和耐紫外光老化性能。

实施例5：
将84份有机蒙脱土（有机插层剂为十八烷基二甲基苄基氯化铵），3份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，5份三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，4份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮和4份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯置于带有顶盖的金属容器中，在室温下利用搅拌机以1000rpm的速率搅拌3min，即得到抗老化添加剂。

将沥青E（25℃针入度为77dmm，软化点为46.5℃）加热至145~150℃，添加上述抗老化剂3份，在4000rpm的转速下搅拌30min，制得耐老化沥青。

对比样为将该沥青直接在145~150℃温度下以4000rpm的转速搅拌30min，或在沥青中单独掺加相同份数的有机蒙脱土（有机插层剂为十八烷基二甲基苄基氯化铵）、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮或双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。

对该耐老化沥青和对比样分别进行薄膜烘箱试验（TFOT）和紫外（UV）烘箱辐照试验。

耐老化沥青及对比样老化前后的60℃粘度增量和软化点增量结果见表5。

通过比较可知，TFOT和UV老化后，耐老化沥青的60℃粘度增量和软化点增量均明显小于对比样，该抗老化添加剂显著改善了沥青E的耐热氧和耐紫外光老化性能。

实施例6：
抗老化添加剂和耐老化沥青的制备方法，可按如下步骤进行：
将80份有机蒙脱土（有机插层剂为十六烷基三甲基溴化铵），5份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，4份三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，5份2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑和6份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮置于带有顶盖的金属容器中，在室温下利用搅拌机以750rpm的速率搅拌5min，即得到抗老化添加剂。

将沥青加热至135~140℃，添加上述抗老化剂5份，在4000rpm的转速下搅拌45min，制得耐老化沥青。

对该耐老化沥青分别进行薄膜烘箱试验（TFOT）和紫外（UV）烘箱辐照试验，通过与对比样比较发现，耐老化沥青同时具有较好的耐热氧老化性能和耐紫外光老化性能。

实施例7：
将79份有机蒙脱土（有机插层剂为十八烷基二甲基苄基氯化铵），6份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，4份2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑，5份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮和6份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯置于带有顶盖的金属容器中，在室温下利用搅拌机以750rpm的速率搅拌5min，即得到抗老化添加剂。

将沥青加热至135~140℃，添加上述抗老化剂5份，在4000rpm的转速下搅拌45min，制得耐老化沥青。

对该耐老化沥青分别进行薄膜烘箱试验（TFOT）和紫外（UV）烘箱辐照试验，通过与对比样比较发现，耐老化沥青同时具有较好的耐热氧老化性能和耐紫外光老化性能。

实施例8：
抗老化添加剂和耐老化沥青的制备方法，可按如下步骤进行：
将72份有机蒙脱土（有机插层剂为十六烷基三甲基溴化铵），5份四[β-(3,5-二叔丁基
-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，4份三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，8份2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、5份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮和6份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯置于带有顶盖的金属容器中，在室温下利用搅拌机以750rpm的速率搅拌5min，即得到抗老化添加剂。

将沥青加热至135~140℃，添加上述抗老化剂7份，在3000rpm的转速下搅拌60min，制得耐老化沥青。

对该耐老化沥青分别进行薄膜烘箱试验（TFOT）和紫外（UV）烘箱辐照试验，通过与对比样比较发现，耐老化沥青同时具有较好的耐热氧老化性能和耐紫外光老化性能。

实施例9：
将79份有机蒙脱土（有机插层剂为十八烷基二甲基苄基氯化铵），6份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，4份三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，5份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮和6份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯置于带有顶盖的金属容器中，在室温下利用搅拌机以750rpm的速率搅拌5min，即得到抗老化添加剂。

将沥青加热至135~140℃，添加上述抗老化剂7份，在3000rpm的转速下搅拌60min，制得耐老化沥青。

对该耐老化沥青分别进行薄膜烘箱试验（TFOT）和紫外（UV）烘箱辐照试验，通过与对比样比较发现，耐老化沥青同时具有较好的耐热氧老化性能和耐紫外光老化性能。