有機插層LDHs改性瀝青的制備、性能及其改性機理研究.pdf

1、瀝青材料以其優(yōu)良的路用性能在公路建設中得到廣泛應用。然而瀝青在紫外光、熱、氧等作用下會發(fā)生老化，導致瀝青路面使用壽命大大縮短，因此，提高瀝青的耐老化性能對延長瀝青路面使用壽命具有重要的意義?；趯訝铍p羥基復合金屬氫氧化物（LDHs）對紫外線具有優(yōu)良的物理阻隔作用，近年來LDHs已被用于改善瀝青耐老化性能，但LDHs屬于無機材料，親水性強，與瀝青材料的相容性較差，在瀝青中難以均勻分散，且在改性瀝青熱儲存和運輸過程中易發(fā)生離析、團聚，從而會

2、影響其對紫外線屏蔽功能的發(fā)揮，嚴重降低其對瀝青耐老化性能的改善效果。為改善LDHs與瀝青的相容性，本文利用LDHs具有的離子可交換性和結(jié)構(gòu)記憶效應，將有機陰離子插入到 LDHs層間，改善LDHs與瀝青的相容性，以進一步提高LDHs改性瀝青的抗老化性能。
　　本文首先研究了LDHs摻量對瀝青性能的影響，確定了LDHs的適宜用量；然后分別采用離子交換法和結(jié)構(gòu)重建法將十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）、十二烷基硫酸鈉（SDS）和十二烷基磺酸鈉

3、（SDSO）三種有機陰離子型化合物與鄰羥基苯甲酸（HBA）和2-羥基-4-甲氧基-5-磺酸基二苯丙酮（HMBSA）兩種陰離子型紫外吸收劑插入到LDHs層間，制備出了層間具有不同有機陰離子客體的插層 LDHs，并采用 X-射線衍射儀（XRD）、紅外光譜儀（FTIR）、場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）、紫外-可見分光光度計（UV-vis）和熱重-差示掃描量熱同步熱分析儀（TG–DSC）對其進行了表征；進而采用熔融共混法制備了有機插層LD

4、Hs改性瀝青，研究了有機插層改性LDHs與瀝青的相容性，并研究了有機插層LDHs對瀝青物理性能、流變性能、耐熱氧和紫外光氧老化性能的影響；最后采用棒狀薄層色譜-氫火焰離子檢測器（TLC-FID）、FTIR、XRD等測試手段對有機插層 LDHs改性瀝青老化前后的四組分、化學結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)進行了表征，探討了有機插層LDHs對瀝青耐老化性能改善機理。主要研究結(jié)論如下：
　?。?）LDHs改性使瀝青的軟化點、粘度和復數(shù)模量增大，相位角減小

5、，提高了瀝青的抗高溫變形能力，有效改善了瀝青的耐熱氧和紫外光氧老化性能。但隨著LDHs摻量的增加，LDHs改性瀝青的離析越來越嚴重，LDHs與瀝青的相容穩(wěn)定性明顯下降。
　?。?）離子交換法和結(jié)構(gòu)重建法均可使有機陰離子取代LDHs層間CO32-，形成有機插層 LDHs，其中SDBS、SDS、SDSO在 LDHs層間形成了垂直于主體層板的單層客體，而HBA和HMBSA在LDHs層間以一定的傾斜角度、分子苯環(huán)相互重疊的方式平行排列，有

6、機插層LDHs的層間距取決于插層陰離子的大小及其在LDHs層間的排列方式。
　?。?）紫外-可見光譜分析表明有機化改性的LDHs仍具有很好的紫外光反射能力，其中陰離子型紫外吸收劑插層改性顯著提高了LDHs的紫外吸收能力；TG-DSC測試發(fā)現(xiàn)，陰離子型紫外吸收劑的熱穩(wěn)定性也因受LDHs主體層板的保護而顯著增強。
　　（4）通過離子交換法和結(jié)構(gòu)重建法制備的有機插層LDHs與瀝青的相容性得到顯著提高，有機插層LDHs能均勻地分散在

7、瀝青中，并明顯減少了熱儲存過程中離析的發(fā)生。有機插層LDHs與瀝青的相容穩(wěn)定性與有機陰離子種類有關，有機陰離子與瀝青分子相互作用力越強、有機插層LDHs的層間距越大，有機插層LDHs與瀝青的相容穩(wěn)定性越好。
　?。?）相比于LDHs，有機插層LDHs明顯提高了瀝青的抗高溫變形能力，賦予瀝青更好的低溫性能，這歸因于有機插層提高了LDHs與瀝青之間的相容性。
　?。?）有機插層LDHs改性瀝青表現(xiàn)出更好的耐熱氧和紫外老化性能。有

8、機插層LDHs與瀝青的相容穩(wěn)定性越高，其對瀝青耐老化性能改善效果越明顯。相比于其它有機陰離子插層LDHs改性瀝青，陰離子型紫外吸收劑插層LDHs改性瀝青具有更為突出的耐紫外老化性能。
　?。?）LDHs大的長徑比使其具有阻隔瀝青輕質(zhì)組分的揮發(fā)和氧氣向瀝青內(nèi)部的擴散，從而提高瀝青的抗熱氧老化性能。但普通LDHs在瀝青中分散性差，且易發(fā)生團聚，導致這種阻隔作用難以發(fā)揮，而有機插層LDHs在瀝青中優(yōu)良的分散穩(wěn)定性，可更好地發(fā)揮LDHs的