[發明專利]一種提高瀝青中納米碳纖維分散性的方法

在審

• 申請號: 202010860398.1
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN111978747A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 范素穎;許濤;李池璇
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: C08L95/00
• 分類號: C08L95/00;C08K9/00;C08K7/06;C08K3/04;B82Y30/00;C08J3/28;C08J3/20
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本發明是一種提高瀝青中納米碳纖維分散性的方法，屬于瀝青改性技術領域，解決目前物理分散方法使瀝青中納米碳纖維分散性較低、化學分散方法降低了改性瀝青均勻性及強度的問題。本發明首先采用凍結剪切及研磨的方法，將在?5℃的低溫空氣浴中保持30分鐘的瀝青變為粉末，然后與經干燥處理后的納米碳纖維在超聲波技術的作用下混合均勻并分成六份，接著將六份混合物在135℃的烘箱中加熱至瀝青呈熔融狀態，最后將六份混合物混合，并用人工及高速剪切乳化機攪拌混合物，使納米碳纖維在瀝青中分散均勻。本發明提供的分散方法可用于改性瀝青的制備，減少物理及化學分散方法對納米效應的發揮的不良影響，提高瀝青中納米碳纖維的分散性，改善瀝青性能。

技術領域

本發明是一種提高瀝青中納米碳纖維分散性的方法，屬于瀝青改性技術領域。

背景技術

近年來，隨著材料科學的發展，納米碳纖維在生產和應用方面發展迅速，成為一種熱門的瀝青改性劑。納米碳纖維的尺寸屬于納米級別，因而具備納米效應，這就使其自身成為一類獨特的改性劑。瀝青材料的性能在很大程度上取決于結構元素，這些結構元素納米尺度上都是有效的。當選用納米碳纖維作為改性劑時，納米碳纖維發揮其納米特性改變了瀝青的微觀結構，同時由于微觀結構是宏觀性能唯一的決定因素，瀝青的宏觀性能隨之發生了變化，整體性能得到改善。但納米碳纖維尺寸小、比表面積大，纖維的表面分子和原子之間具有較強的靜電力和范德華力，它們之間的相互作用使得納米碳纖維團聚現象明顯，難以在瀝青中分散均勻。

納米碳纖維的分散是指納米碳纖維先在瀝青中分散離開，然后在整個瀝青中均勻分布的過程，主要分為以下三階段：潤濕、解團聚、分散顆粒的穩定化。潤濕是指將納米碳纖維緩慢的加入到瀝青中，使納米碳纖維表面的空氣和其他雜質被瀝青取代的過程。解團聚是指采用物理或化學方法，使團聚的納米碳纖維分散為小的團聚體。穩定化是指納米碳纖維能長時間均勻的分散在瀝青中。理想狀態是單根納米碳纖維均勻分散在瀝青中，但由于納米碳纖維具有很高的活性，這種狀態基本不會出現。為了促進納米碳纖維的分散，一般在解團聚階段采取一些措施。

目前，為了讓納米碳纖維在瀝青中的分散更均勻，學者們提出了很多辦法，主要分為以下三類：強制攪拌法、機械高速剪切法、化學溶劑溶解抽取法。當采用強制攪拌法時，納米碳纖維的分散程度有限。機械高速剪切法是最常用的物理分散方法，具有制備時間短、不會產生污染環境的廢氣和發生爆炸危險的優勢，但采用機械高速剪切法時納米碳纖維的分散程度有限，此外，若工藝及操作不當，甚至會對瀝青性能造成負面影響。當采用化學溶劑溶解抽取法進行分散時，分散劑大多是乙醇、煤油等有機物，雖提高了相容性，但會使改性瀝青均勻性變差，同時還會引入氣泡降低改性瀝青的使用性能。

實際上，納米碳纖維加入瀝青后，其分散狀態有兩種，一種是納米碳纖維與瀝青完全融合，另一種是納米碳纖維呈團聚狀態分散在瀝青中。與瀝青融合并從納米尺度對瀝青進行改性的納米碳纖維所占的比例，是評價納米碳纖維對瀝青性能影響效果的最根本指標。因此，如何提高與瀝青相容的納米碳纖維的比例來提高改性瀝青的性能已成為研究的重點之一。當前人們嘗試了多種辦法來解團聚，大多采用化學及物理修飾的方法來提高納米碳纖維在瀝青中的分散性，但這同時存在分散程度有限、均勻性差、降低瀝青性能等缺點。

因此，本發明根據納米碳纖維的改性機理，通過減小瀝青尺寸、增大瀝青的比表面積，然后使瀝青與納米碳纖維均勻混合這種新的分散方法來提高瀝青與納米碳纖維的接觸面積，并促進納米碳纖維在瀝青中納米尺度上的分散。這種分散方法能解決物理分散方法使納米碳纖維的分散性較低的問題，以及消除使用化學分散方法對漿體均勻性、強度的負面影響，從而提高兩者的相容性，促進納米效應的發揮，使改性瀝青的性能得到改善。

發明內容

(1)技術問題

本發明目的是提供一種提高瀝青中納米碳纖維分散性的方法，解決目前物理分散方法使瀝青中納米碳纖維分散性較低、化學分散方法降低了改性瀝青均勻性及強度的問題。

(2)技術方案