[發明專利]一種制備高分散度碳納米管改性瀝青的方法

在審

• 申請號: 201410823199.8
• 申請日: 2014-12-25
• 公開（公告）號: CN104448350A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 楊軍;劉慧杰;童天志;牛曉偉;龔明輝;王萌;吳春穎
• 申請（專利權）人: 東南大學;江蘇省交通科學研究院股份有限公司
• 主分類號: C08J3/03
• 分類號: C08J3/03;C08L95/00;C08K9/04;C08K7/24
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明屬于道路材料領域，涉及一種羧基化碳納米管改性瀝青的制備方法。

背景技術

瀝青路面是我國目前各級道路建設中最廣泛采用的高級路面。在建設完工通車之后，瀝青路面會逐漸出現各種病害，并最終導致影響行車，需重新翻修。這些病害主要包括四類：

1）變形類

車轍屬變形類，是指路面上沿行車輪跡產生的縱向帶狀凹槽。車轍是在行車荷載重復作用下，路面產生永久性變形積累形成的帶狀凹槽。車轍降低了路面平整度，當車轍達到一定深度時，由于轍槽內積水，極易發生汽車飄滑而導致交通事故。

2）裂縫類

瀝青路面建成后，都會產生各種形式的裂縫，導致路面強度下降，在大量行車荷載作用下，使瀝青路面產生結構性破壞。瀝青路面裂縫的形式是多種多樣的，裂縫從表現形式可分為橫向裂縫、縱向裂縫和網狀裂縫三種。

3）松散類

瀝青路面的松散是指路面結合料失去粘結力、集料松動。松散是直接影響行車安全的路面病害，由于行車作用，一般在輪跡帶比較嚴重。

4）其他類

修補損壞：因破損或病害而采取修復措施進行治理，路表外觀上已修補的部分與未修補的部分明顯不同。

由于這些病害的存在，嚴重影響了路面耐久性，造成使用年限大幅度折減。我國瀝青混凝土路面一般設計年限為15年，而實際上，通常10年左右就要大修。利用高性能改性瀝青作為膠結料鋪設路面，以減少路面病害，增強路面耐久性，對于公路建設的可持續發展具有重要意義。

現有技術中，研究者多選擇有機聚合物改性劑來提高瀝青的路用性能，但是聚合物本身耐老化性能較差，且形成的改性瀝青存在儲存穩定性差等劣勢，因此，聚合物改性瀝青的發展受到一定限制。而無機納米材料不僅能有效提高瀝青性能，而且有望克服上述聚合物改性瀝青的不足。在納米材料家族中，碳納米管以其優異的性能得到廣泛關注，但目前關于碳納米管改性瀝青的研究還很缺乏。

碳納米管（Carbon?Nanotube，CNT）作為一微納米材料，重量輕，六邊形結構連接完美，具有許多優異的力學、電學和化學性能。碳納米管具有良好的力學性能，CNTs抗拉強度達到50～200GPa，是鋼的100倍；它的彈性模量可達1TPa，與金剛石的彈性模量相當，約為鋼的5倍。

碳納米管的結構雖然與高分子材料的結構相似，但其結構卻比高分子材料穩定得多。碳納米管是目前可制備出的具有最高比強度的材料。以碳納米管作為增強相制成復合材料，可使復合材料表現出良好的強度、彈性、抗疲勞性，顯著改善復合材料的性能。

最近幾年隨著碳納米管制備技術的不斷提升，其成本也不斷降低，將碳納米管應用于交通領域已經成為可能。而羧基化碳納米管是在普通碳納米管表面進行羧基改性獲得的納米材料，利用羧基化碳納米管對基質瀝青進行改性，理論上可得到具有高強度、高韌性、高模量、耐疲勞的改性瀝青。由于羧基化碳納米管具有極高的比表面積，因此易團聚，以我們的試驗結果為例，添加1%羧基化碳納米管（CCNTs）能提高瀝青性能約10%，但隨著CCNTs摻量的增加這種改性幅度反而出現下降，原因在于微觀尺度下CCNTs極易團聚。因此如何實現羧基化碳納米在基質瀝青中的均勻分散，對于改性瀝青的性能具有重要影響。

碳納米管分散方法研究現狀主要如下：

伊朗科技大學的齊阿里哈桑和卡姆蘭·拉希姆利用機械攪拌，高速剪切，超聲分散的方法制得碳納米管改性瀝青，并使用掃描電子顯微鏡觀測碳納米管材料的分散情況，發現采用超聲分散的方法可獲得均一穩定各向同性的改性瀝青材料。但這種方法需采用價格高昂的超聲波粉碎機，且由于瀝青必須處于高溫低粘度狀態，對設備的損害較大。

日本北見工業大學的白川辰雄使用乳化瀝青作為基質材料，并對碳納米管材料進行強酸（濃硫酸和濃硝酸）處理，由掃描電子顯微鏡得到的微觀圖像來看，該方法可實現碳納米管的有效分散。但是由于必須對碳納米管進行酸化處理，其微觀結構遭到破壞，最終得到的改性瀝青效能如何尚待研究。

?綜合來看，目前比較有效的方法就是利用超聲分散設備將CCNTs分散于瀝青中，但是該設備（1）價格十分昂貴（2）每次制備量很少（3）在工程中無法應用，只能用于實驗室研究。因此選擇一種合適的分散方法對制備CCNTs改性瀝青十分必要。

發明內容