[發(fā)明專利]納米氧化石墨烯改性瀝青制備及抗老化性能評(píng)價(jià)的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011087504.3
• 申請(qǐng)日: 2020-10-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112179936A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許濤;徐蕙玉;譚凌智
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N25/00
• 分類號(hào): G01N25/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供一種納米氧化石墨烯改性瀝青制備及抗老化性能評(píng)價(jià)的方法，屬于瀝青老化技術(shù)領(lǐng)域，解決目前多采用有機(jī)改性劑和零維或一維的無(wú)機(jī)改性劑，很少采用二維納米氧化石墨烯改性瀝青，且宏觀性能評(píng)價(jià)方法難以揭示納米氧化石墨烯與瀝青界面作用狀況的問(wèn)題。本發(fā)明旨在從分子層面上介紹納米氧化石墨烯改性瀝青制備及抗老化性能評(píng)價(jià)的方法，首先制備納米氧化石墨烯改性瀝青并進(jìn)行性能及微觀結(jié)構(gòu)表征，然后利用分子動(dòng)力學(xué)模擬納米氧化石墨烯與瀝青之間的作用，從而揭示納米氧化石墨烯對(duì)瀝青抗老化性能的改性機(jī)制，確定納米氧化石墨烯最佳摻量。本發(fā)明對(duì)于揭示納米氧化石墨烯與瀝青界面作用狀況、提高瀝青路面抗老化性能和使用壽命都具有現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是納米氧化石墨烯改性瀝青制備及抗老化性能評(píng)價(jià)的方法，屬于瀝青老化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

瀝青是由碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘傺苌锝M成的黑色到暗褐色的固態(tài)或半固態(tài)粘稠狀物質(zhì)，以天然形態(tài)存在于自然界或由石油煉制過(guò)程制得。瀝青以其優(yōu)異的粘結(jié)性能和防水、防潮特性主要應(yīng)用于道路鋪筑和建筑防水。隨著交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，瀝青路面已經(jīng)成為高等級(jí)公路鋪筑的主要形式，道路瀝青的使用占到了全部瀝青產(chǎn)品的80％左右，瀝青材料在公路建設(shè)領(lǐng)域已成為不可替代的產(chǎn)品。

但是，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使得交通量的迅速增加，導(dǎo)致瀝青路面車(chē)轍、開(kāi)裂等破壞類型時(shí)有發(fā)生。此外，自然界中的熱氧、光、雨水等因素不可避免長(zhǎng)期作用于瀝青路面，加快瀝青老化，減少了瀝青路面的使用壽命。瀝青老化的主要原因是氧化。老化后，瀝青的分子量會(huì)增加或不可逆地通過(guò)吸氧締合形成大分子，瀝青的膠體結(jié)構(gòu)因此發(fā)生改變，降低瀝青的路面性能。氧不僅與瀝青表面發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生羥基和含氧基團(tuán)，而且逐漸擴(kuò)散到瀝青內(nèi)部，使瀝青內(nèi)部持續(xù)老化。因此傳統(tǒng)的普通瀝青已經(jīng)不能完全滿足需要，人們開(kāi)始嘗試在瀝青中添加各種添加劑對(duì)瀝青進(jìn)行改性，提高瀝青的抗老化性能和使用壽命。

近年來(lái)，納米材料與技術(shù)已滲透到建筑材料領(lǐng)域，人們開(kāi)始將納米技術(shù)應(yīng)用于高性能瀝青材料的研究和開(kāi)發(fā)上。作為納米材料的一個(gè)重要分支，碳納米材料質(zhì)量輕、性能優(yōu)，一部分碳納米材料還具有與瀝青相似的分子結(jié)構(gòu)，成為學(xué)者們探索瀝青改性劑種類和推動(dòng)納米技術(shù)在道路材料中應(yīng)用的重要突破口。在眾多碳納米材料中，納米石墨烯和碳納米管具有優(yōu)異的力學(xué)性能和電熱性能，還具有較高的比表面積，近年來(lái)成為了人們最關(guān)注的碳納米材料改性劑，但由于制備成本很高，廣泛利用碳納米材料對(duì)瀝青進(jìn)行改性不具現(xiàn)實(shí)意義，因此碳納米材料改性瀝青的使用并不普遍。

納米氧化石墨烯作為納米石墨烯的氧化物，它保留了納米石墨烯部分優(yōu)異的物理性能，如阻隔性能，力學(xué)性能等，納米氧化石墨烯的價(jià)格也比納米石墨烯更便宜，經(jīng)濟(jì)效益更高。此外，納米氧化石墨烯片層邊緣有許多活躍的含氧官能團(tuán)，賦予了無(wú)機(jī)和有機(jī)材料良好的兼容性能。也就是說(shuō)，納米氧化石墨烯不僅具有獨(dú)特的層狀納米結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的阻氧性能，而且與瀝青具有良好的相容性，并且具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。

盡管納米氧化石墨烯具有眾多優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)其摻入瀝青中，在瀝青中的結(jié)構(gòu)形態(tài)，以及能否與瀝青穩(wěn)定地結(jié)合在一起，直接決定納米氧化石墨烯能否將自身優(yōu)良的特性賦予在瀝青上。為了表征改性后的瀝青微觀結(jié)構(gòu)，研究人員多用掃描電子顯微鏡、傅里葉紅外光譜、X射線衍射等測(cè)試方法對(duì)不同的改性瀝青進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)表征。除此之外，研究人員還通過(guò)原子力顯微鏡，熒光顯微鏡等檢測(cè)方法對(duì)瀝青微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，但這些方法都只能觀察到納米氧化石墨烯在瀝青中的分散狀態(tài)和兩者微觀結(jié)構(gòu)變化，或者是瀝青組分及官能團(tuán)的變化，不能呈現(xiàn)出納米氧化石墨烯與瀝青之間的兩相結(jié)合狀態(tài)，兩者之間的界面和表面作用情況也無(wú)法說(shuō)明，也就難以揭示納米氧化石墨烯的氣液阻擋層狀結(jié)構(gòu)對(duì)瀝青抗老化性能的改性機(jī)理。