退役风电叶片芯材全组分利用制备沥青改性剂的方法和沥青改性剂、改性沥青与流程

本发明属于固体废弃物资源化利用及沥青改性材料，具体涉及一种退役风电叶片芯材全组分利用制备沥青改性剂的方法和沥青改性剂、改性沥青。

背景技术：

1、退役风电叶片主要由玻璃纤维增强复合材料（玻璃钢）和芯材（通常为巴沙木和pvc泡沫）构成。目前已有的退役风电叶片回收利用的技术，主要是关注玻璃纤维增强复合材料粉碎后用于沥青改性，而芯材往往作为废弃物被去除或简单焚烧、填埋，造成了资源浪费和潜在环境风险。还有一些现有技术是利用叶片中玻璃钢粉末与弹性体共混制备改性剂的方案，但均未涉及针对芯材的利用。至今也没有将芯材中的巴沙木与pvc泡沫协同用于沥青改性的专利或文献报道。

2、退役风电叶片回收利用的现有技术存在的缺陷在于：第一，芯材成为废流，叶片全组分利用率低；第二，依靠外加的化学偶联剂进行表面改性，成本高，与“以废治废”理念不符；第三，传统沥青改性剂的功能单一，缺乏抗老化缓释功能，难以满足路面长寿命需求。

3、因此，亟需开发一种能够将退役风电叶片芯材与玻璃纤维增强复合材料全部“吃干榨净”的全组分利用，并赋予沥青增强与抗老化双重功能的新方法。

技术实现思路

1、本发明目的在于，提供一种退役风电叶片芯材全组分利用制备沥青改性剂的方法和沥青改性剂、改性沥青，首次将巴沙木芯材醇解回收的多元醇用作玻璃钢粉末的表面活化剂，以及将pvc泡沫芯材制成多孔碳并负载抗老化剂，实现“取之于叶片、用之于叶片”的闭环，并构建“纤维增强+缓释抗老化”一体化改性体系。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、在第一个方面，提供一种退役风电叶片芯材全组分利用制备沥青改性剂的方法，包括以下步骤：

4、（1）从退役风电叶片中分离出玻璃纤维增强树脂、巴沙木芯材和pvc泡沫芯材；

5、（2）将步骤（1）所得的巴沙木芯材在多元醇和催化剂存在下进行醇解反应，得到含多元醇产物的液相；

6、（3）将步骤（1）所得的玻璃纤维增强树脂粉碎，得到玻璃钢粉末；将步骤（2）所得的多元醇产物作为表面活化剂与玻璃钢粉末混合进行表面活化处理，得到活化玻璃钢粉末；

7、（4）将步骤（1）所得的pvc泡沫芯材在惰性气氛下热解炭化，得到多孔碳材料，然后在该多孔碳材料上负载抗老化剂，得到负载型抗老化材料；

8、（5）将步骤（3）所得活化玻璃钢粉末与步骤（4）所得负载型抗老化材料复配，得到复配物即为沥青改性剂。

9、进一步地，将该复配物（即沥青改性剂）与基质沥青混合，经搅拌发育可制得改性沥青。

10、根据本发明提供的改性剂的方法，一些实施方案中，步骤（2）所述醇解反应所用的多元醇选自乙二醇、丙三醇和聚乙二醇中的一种或几种。该多元醇既可发挥溶剂作用将巴沙木芯材溶解，也作为反应原料提供羟基。

11、一些实施方案中，步骤（2）所述醇解反应所用的催化剂选自对甲苯磺酸、硫酸或固体酸催化剂。

12、一些实施方案中，步骤（2）所述醇解反应中，巴沙木芯材与多元醇的质量比为1:3~1:8（例如，1:3.5、1:4、1:5、1:6、1:7、1:7.5），催化剂用量为巴沙木芯材质量的0.5wt%~3wt%（例如，0.6wt%、1wt%、1.5wt%、2wt%、2.5wt%）。

13、一些实施方案中，步骤（2）所述醇解反应的工艺条件包括：反应温度为150~220℃（例如，155℃、160℃、180℃、200℃、210℃），反应时间为1~6h（例如，1.5h、2h、3h、4h、5h）。

14、一些实施方案中，步骤（2）所得多元醇产物的羟值为200~500 mg koh/g，例如，210mg koh/g、220mg koh/g、250mg koh/g、300mg koh/g、400mg koh/g、450mg koh/g。

15、根据本发明提供的改性剂的方法，一些实施方案中，步骤（3）所述玻璃钢粉末的粒径≤0.3mm；例如，0.25mm、0.2mm、0.15mm、0.1mm，等。

16、一些实施方案中，步骤（3）所述表面活化处理中，玻璃钢粉末与表面活化剂的质量比为100:3~100:15；例如，100:4、100:5、100:6、100:8、100:10、100:12、100:14。

17、一些实施方案中，步骤（3）所述表面活化处理的工艺条件包括：反应温度为50~120℃（例如，60℃、80℃、90℃、100℃、110℃），反应时间为0.5~3h（例如，1h、1.5h、2h、2.5h）。

18、根据本发明提供的改性剂的方法，一些实施方案中，步骤（4）所述热解炭化的工艺条件包括：热解炭化的温度为500~800℃（例如，550℃、600℃、650℃、700℃、750℃），热解炭化的时间为1-3 h（例如，1.5h、2h、2.5h）。

19、一些实施方案中，进一步地，将热解炭化所得炭化产物在活化剂存在下进行化学活化，化学活化的工艺条件包括：在惰性气氛条件下，活化温度为600-900 ℃（例如，650℃、700℃、750℃、800℃、850℃），活化时间为1-3 h（例如，1.5h、2h、2.5h）。

20、一些实施方案中，所述活化剂选自koh或zncl2。

21、一些实施方案中，活化剂与pvc泡沫芯材的质量比为1:1~4:1（例如，1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5）。活化剂的用量范围，以未炭化之前的pvc泡沫芯材的量为基准计算。

22、一些实施方案中，所得多孔碳材料的比表面积为400~1200 m2/g（例如，450m2/g、500m2/g、600m2/g、800m2/g、1000m2/g），孔体积为0.3~0.8 cm3/g（例如，0.35cm3/g、0.4cm3/g、0.5cm3/g、0.6cm3/g、0.7cm3/g、0.75cm3/g）。

23、一些实施方案中，步骤（4）中，多孔碳材料与抗老化剂的质量比为1:0.5~1:3（例如，1:0.6、1:1、1:1.5、1:2、1:2.5）。可以通过真空浸渍法或溶液吸附法将抗老化剂负载于多孔碳材料孔隙中。

24、一些实施方案中，所述抗老化剂选自受阻酚类抗氧化剂、芳香胺类抗氧化剂或亚磷酸酯类抗氧化剂。

25、一些实施方案中，步骤（4）在该多孔碳材料上负载抗老化剂后，进一步将其用聚合物进行包覆，形成微封装结构的负载型抗老化材料。通过包覆聚合物，使负载型抗老化材料具有一定程度的缓释作用，且可以防止负载型抗老化材料散开，保证后续使用中的均匀性。

26、一些实施方案中，所述聚合物选自sbs、sbr或eva；所述聚合物的用量为负载型抗老化材料质量的5-20 wt%（例如，6wt%、8wt%、10wt%、12wt%、15wt%、18wt%）。

27、根据本发明提供的改性剂的方法，一些实施方案中，步骤（1）从退役风电叶片中分离出玻璃纤维增强树脂、巴沙木芯材和pvc泡沫芯材的步骤包括：将退役风电叶片进行玻璃纤维增强树脂与芯材的机械分离，然后芯材中巴沙木芯材和pvc泡沫芯材经识别分拣后分别收集。

28、根据本发明提供的改性剂的方法，一些实施方案中，步骤（5）所得沥青改性剂中，活化玻璃钢粉末与负载型抗老化材料的复配质量比为(5-20)：1；例如，6:1、7:1、8:1、10:1、12:1、14:1、15:1、18:1。

29、在第二个方面，提供一种如上所述方法制得的沥青改性剂。例如，该改性剂包含表面经巴沙木芯材醇解所得多元醇产物活化后的活化玻璃钢粉末和负载有抗老化剂的多孔碳材料（负载型抗老化剂）。

30、在第三个方面，提供一种改性沥青，包含：基质沥青、如上所述方法制得的沥青改性剂或者如上所述的沥青改性剂以及任选的第二改性剂。

31、一些实施方案中，所述第二改性剂选自sbs、sbr或eva。

32、一些实施方案中，所述改性沥青中各组分的用量质量份数如下：

33、基质沥青，100份，

34、所述的沥青改性剂，3.5~15份（例如，4份、5份、5.5份、6份、8份、10份、12份、14份），

35、第二改性剂，0~5份（例如，0.5份、1份、2份、3份、4份、4.5份）。

36、或者，一些实施方案中，所述改性沥青中各组分的用量质量份数如下：

37、基质沥青，100份，

38、活化玻璃钢粉末，2~10份（例如，3份、4份、5份、6份、8份、9份），

39、负载型抗老化材料，0.5~5份（例如，1份、2份、3份、4份、4.5份），

40、第二改性剂，0~5份。

41、在第四个方面，提供一种如上所述改性沥青的制备方法，包括如下步骤：

42、将基质沥青加热熔融，再将其与所述沥青改性剂以及任选的第二改性剂剪切搅拌混合均匀，得到所述改性沥青。

43、一些实施方案中，所述加热熔融的温度为140-180℃（例如，145℃、150℃、160℃、170℃、175℃）。

44、一些实施方案中，所述剪切搅拌的工艺条件包括：搅拌速率为5000-10000 rpm（例如，5500rpm、6000rpm、8000rpm、9000rpm），搅拌时间为30-120 min（例如，45min、60min、80min、100min）。

45、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果至少在于：

46、（1）首次实现退役叶片芯材的100%高值化利用，零废流排放；

47、（2）利用芯材醇解后所得的多元醇产物替代昂贵的偶联剂，实现退役叶片内源自洽改性，成本降低30%以上；

48、（3）构建的负载型抗老化系统可在沥青服役期间持续释放抗氧化组分，延长路面寿命30%~50%；

49、（4）所采用的制备工艺条件温和，易于工业化放大；

50、（5）通过在基质沥青中加入该改性剂制得的改性沥青，综合性能（如高温性能、高温储存稳定性、抗老化等）得到改善。