一种导电沥青及其制备方法和应用

1.本发明涉及沥青材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种导电沥青及其制备方法和应用。


背景技术：

2.石墨烯作为一种新兴的纳米层状材料，具有出色的力学性能、电学性能和热性能，与聚合物基体相结合可以显著提高材料的强度和韧性等，然而石墨烯受限于现有生产技术和较为昂贵的价格，不适合大规模生产和较大掺量的应用。
3.现有技术的导电沥青的制备方法，对石墨炔材料进行表面有机改性的方法合成导电沥青，工艺便捷，但是单一改性对沥青整体的性能改善效果不大。另一种高性能导电沥青的制备工艺，通过在乳化沥青中添加导电填料、增韧剂、防水剂等一系列成分合成一种高性能导电沥青，具有良好的力学性能和导电性能，得到广泛应用。但是乳化沥青由于其路面承载力较低而导致其应用受限。现有技术下制备的导电沥青材料导电性能不佳，制约了导电沥青路面的发展。因此，研发一种节能环保、成本低廉的导电沥青材料，具有重要的理论价值和实践意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的之一是提供一种导电沥青的制备方法，工艺方法简单，通过对微晶石墨的改性以及熔融共混的方法制备，操作简易，工艺便捷，环保无污染。
5.本发明的目的之二是提供一种导电沥青，环境友好，原料易得，价格低廉，实现废料再利用，节约成本，具备经济效益。
6.本发明的目的之三是提供一种导电沥青的应用，将导电沥青与砂石矿料和矿粉填料混合，得到的导电沥青混合料可用于导电沥青道路的铺设、导电地坪料和导电涂料等化工、电力、建筑领域。
7.本发明实现目的之一所采用的方案是：一种导电沥青的制备方法，包括如下步骤：
8.(1)将废旧太阳能电池板研磨并筛分，得到光发电导电填料；
9.(2)将微晶石墨加入醇类溶剂中，加入分散剂，研磨后得到微晶石墨浆料，将吡咯单体和甲基丙烯酸甲酯单体加入到所述微晶石墨浆料中，加入引发剂后搅拌至反应完全，洗涤、离心后，得到改性微晶石墨；
10.(3)将沥青加热后，加入光发电导电填料，改性微晶石墨，助溶剂，增韧剂，混合均匀后将沥青溶胀发育，得到导电沥青；上述步骤1和步骤2不分先后。
11.上述技术方案中，将废旧太阳能电池板、玛瑙球按重量份的比例100:300-400进行干磨，至废旧太阳能电池板的粒径为5-10微米。
12.上述技术方案中，微晶石墨与分散剂的重量份比例为20-30:1-5，研磨加入的玛瑙球级配为10mm：8mm：5mm＝1:3:3，研磨至微晶石墨的粒径为1-2微米，醇类溶剂为一缩二乙二醇或二缩二乙二醇，分散剂为油酸或十二烷基苯磺酸钠或纤维素醚。
13.上述技术方案中，吡咯单体、甲基丙烯酸甲酯单体、微晶石墨浆料、引发剂按重量份的比例为10-15:3-5:100:1-3，引发剂为过氧化二苯甲酰，其英文简称为bpo，或引发剂为偶氮二异丁腈，其英文简称为aibn。
14.上述技术方案中，沥青加热至150-170℃，沥青、光发电导电填料、改性微晶石墨、助溶剂、增韧剂按重量份的比例为100：10-20：6-10：5-10：10-15，混合温度为170-180℃，剪切速率为2000-5000r/min，溶胀发育的温度为125-135℃，溶胀发育时间为60-90min，所述助溶剂为废机油或煤焦油或环烷油，所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物或100 目废胶粉。
15.本发明实现目的之二所采用的方案是：一种如上述的导电沥青的制备方法制得的导电沥青材料，其体积电阻率为17-73ω
·
m。
16.本发明实现目的之三所采用的方案是：一种导电沥青材料的应用，将上述导电沥青的制备方法制得的导电沥青，加入加热后的砂石矿料中，然后加入矿粉填料，保温并混合均匀，得到导电沥青混合料。
17.上述技术方案中，将砂石矿料加热至150-160℃并保温，加入导电沥青后搅拌，砂石矿料、导电沥青和矿粉填料按重量份的比例为300：30-40：10-15，混合时间为5-10min。
18.本发明的作用机理是：
19.通过对石墨进行超细化研磨，以获取微晶石墨，相较于石墨，石墨的粒径范围在20-50 微米，微晶石墨的粒径更小，粒径范围在1-2微米，通过对微晶石墨的改性，能有效地提升沥青高温稳定性、低温抗开裂性及抗疲劳性能，同时延缓沥青老化，延长沥青材料等的使用寿命。
20.以微晶石墨颗粒为基础，在其表面上实现原位聚合反应。经过超细化研磨后，微晶石墨表面上存在大量的活性位点，吡咯单体在其上发生聚合反应，在引发剂的作用下，发生自由基聚合反应，再加入甲基丙烯酸甲酯单体进行进一步的自由基聚合反应，在颗粒表面形成聚合物网络修饰。吡咯单体可以反应生成聚吡咯聚合物链，具有导电性。甲基丙烯酸甲酯单体可以聚合反应生成聚甲基丙烯酸甲酯，具有良好的光通路，耐老化性能好，且与沥青的相容性优良。
21.本发明的有益效果是：
22.1.本发明的导电沥青材料的制备方法，通过对微晶石墨进行改性处理，增强与沥青分子之间的相容性，同时复配增韧剂，能够有效提高沥青路面的高温稳定性以及耐老化性能，使沥青路面在夏季不易产生老化、车辙；改善沥青路面的低温抗裂性能，使沥青路面在冬季不易产生裂纹，工艺方法简单，相较于价格高昂的石墨烯，微晶石墨价格低廉，容易获得，对微晶石墨进行改性，更具备经济性。
23.2.微晶石墨材料可以吸附沥青中的轻质组分，同时抑制有毒烟雾的释放，对环境有很好的保护作用；道路导电沥青路面可以将电能转化为热能，增强融雪化冰的能力。
24.3.将微晶石墨以一定比例加入到基质沥青中可制得导电沥青，若导电沥青通电后，通过能量转换效应能够使积雪沥青路面温度升高，起到融雪化冰、保障道路畅通的作用。利用导电沥青铺筑的沥青路面具有传感功能，可以实时监测道路内部结构。
具体实施方式
25.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.实施例1
27.(1)将100重量份废旧太阳能电池板和300重量份玛瑙球混合，干磨3h，通过筛分得到粒径为5-10微米的光发电导电填料；
28.(2)将20重量份微晶石墨加入100重量份一缩二乙二醇中，加入3重量份油酸，并加入玛瑙球级配为10mm：8mm：5mm＝1:3:3，研磨5小时，研磨至微晶石墨的粒径为1-2微米，研磨完成后将玛瑙球过滤，得到微晶石墨浆料，将10重量份纯吡咯单体和5重量份甲基丙烯酸甲酯单体加入到100重量份微晶石墨浆料中，加入3重量份bpo，机械搅拌1小时至反应完全，通过乙醇洗涤、离心和分离，得到改性微晶石墨；
29.(3)将100重量份沥青在烘箱中加热至150℃，然后转移至油浴锅内，10重量份光发电导电填料，加入6重量份改性微晶石墨，5重量份废机油，10重量份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物，采用高速剪切仪在170℃的温度下进行混合，剪切速率为2000r/min，剪切时间为60min，混合均匀后放入135℃的烘箱中溶胀发育20min，得到导电沥青。
30.实施例2
31.(1)将100重量份废旧太阳能电池板和330重量份玛瑙球混合，干磨4h，通过筛分得到粒径为5-10微米的光发电导电填料；
32.(2)将25重量份微晶石墨加入100重量份二缩二乙二醇中，加入4重量份十二烷基苯磺酸钠，并加入玛瑙球级配为10mm：8mm：5mm＝1:3:3，研磨4小时，研磨至微晶石墨的粒径为1-2微米，研磨完成后将玛瑙球过滤，得到微晶石墨浆料，将12重量份纯吡咯单体和4 重量份甲基丙烯酸甲酯单体加入到100重量份微晶石墨浆料中，加入2重量份aibn，机械搅拌1.5小时至反应完全，通过乙醇洗涤、离心和分离，得到改性微晶石墨；
33.(3)将100重量份沥青在烘箱中加热至160℃，然后转移至油浴锅内，13重量份光发电导电填料，加入7重量份改性微晶石墨，6重量份环烷油，12重量份100目废胶粉，采用高速剪切仪在180℃的温度下进行混合，剪切速率为2500r/min，剪切时间为80min，混合均匀后放入135℃的烘箱中溶胀发育20min，得到导电沥青。
34.实施例3
35.(1)将30重量份微晶石墨加入100重量份一缩二乙二醇中，加入4重量份纤维素醚，并加入玛瑙球级配为10mm：8mm：5mm＝1:3:3，研磨3小时，研磨至微晶石墨的粒径为1-2 微米，研磨完成后将玛瑙球过滤，得到微晶石墨浆料，将13重量份纯吡咯单体和3重量份甲基丙烯酸甲酯单体加入到100重量份微晶石墨浆料中，加入2重量份bpo，机械搅拌2小时至反应完全，通过乙醇洗涤、离心和分离，得到改性微晶石墨；
36.(2)将100重量份废旧太阳能电池板和350重量份玛瑙球混合，干磨5h，通过筛分得到粒径为5-10微米的光发电导电填料；
37.(3)将100重量份沥青在烘箱中加热至170℃，然后转移至油浴锅内，15重量份光发电导电填料，加入8重量份改性微晶石墨，8重量份废机油，15重量份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯
的嵌段共聚物，采用高速剪切仪在170℃的温度下进行混合，剪切速率为3000r/min，剪切时间为90min，混合均匀后放入135℃的烘箱中溶胀发育20min，得到导电沥青。
38.实施例4
39.(1)将25重量份微晶石墨加入100重量份二缩二乙二醇中，加入5重量份十二烷基苯磺酸钠，并加入玛瑙球级配为10mm：8mm：5mm＝1:3:3，研磨4小时，研磨至微晶石墨的粒径为1-2微米，研磨完成后将玛瑙球过滤，得到微晶石墨浆料，将14重量份纯吡咯单体和4 重量份甲基丙烯酸甲酯单体加入到100重量份微晶石墨浆料中，加入1重量份aibn，机械搅拌1.5小时至反应完全，通过乙醇洗涤、离心和分离，得到改性微晶石墨；
40.(2)将100重量份废旧太阳能电池板和400重量份玛瑙球混合，干磨4h，通过筛分得到粒径为5-10微米的光发电导电填料；
41.(3)将100重量份沥青在烘箱中加热至160℃，然后转移至油浴锅内，18重量份光发电导电填料，加入9重量份改性微晶石墨，9重量份环烷油，12重量份100目废胶粉，采用高速剪切仪在180℃的温度下进行混合，剪切速率为4000r/min，剪切时间为70min，混合均匀后放入135℃的烘箱中溶胀发育20min，得到导电沥青。
42.实施例5
43.(1)将100重量份废旧太阳能电池板和350重量份玛瑙球混合，干磨3h，通过筛分得到粒径为5-10微米的光发电导电填料；
44.(2)将20重量份微晶石墨加入100重量份二缩二乙二醇中，加入3重量份油酸，并加入玛瑙球级配为10mm：8mm：5mm＝1:3:3，研磨5小时，研磨至微晶石墨的粒径为1-2微米，研磨完成后将玛瑙球过滤，得到微晶石墨浆料，将15重量份纯吡咯单体和5重量份甲基丙烯酸甲酯单体加入到100重量份微晶石墨浆料中，加入2重量份bpo，机械搅拌1小时至反应完全，通过乙醇洗涤、离心和分离，得到改性微晶石墨；
45.(3)将100重量份沥青在烘箱中加热至150℃，然后转移至油浴锅内，20重量份光发电导电填料，加入10重量份改性微晶石墨，10重量份环烷油，15重量份100目废胶粉，采用高速剪切仪在180℃的温度下进行混合，剪切速率为5000r/min，剪切时间为90min，混合均匀后放入135℃的烘箱中溶胀发育20min，得到导电沥青。
46.对比例1
47.不添加实施例3中的改性微晶石墨。
48.将100重量份废旧太阳能电池板和350重量份玛瑙球混合，通过干磨5h，通过筛分得到粒径为5-10微米的光发电导电填料；将100重量份沥青在烘箱中加热至170℃，然后转移至油浴锅内，15重量份光发电导电填料，8重量份废机油，15重量份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物，采用高速剪切仪在170℃的温度下进行混合，剪切速率为3000r/min，剪切时间为90min，混合均匀后放入135℃的烘箱中溶胀发育20min，得到对比例1制备的沥青。
49.对比例2
50.将实施例3中的加入改性微晶石墨，改为加入未改性微晶石墨，制备得到基质沥青。
51.将100重量份废旧太阳能电池板和350重量份玛瑙球混合，通过干磨5h，通过筛分得到粒径为5-10微米的光发电导电填料；将100重量份沥青在烘箱中加热至170℃，然后转移至油浴锅内，15重量份光发电导电填料，加入8重量份未改性微晶石墨，8重量份废机油，
15 重量份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物，采用高速剪切仪在170℃的温度下进行混合，剪切速率为3000r/min，剪切时间为90min，混合均匀后放入135℃的烘箱中溶胀发育20min，得到对比例2制备的基质沥青。
52.导电沥青的导电性能测试：
53.导电沥青的导电性能可用通过测量它的体积电阻率来衡量。
54.依据标准：bt 1410-2006，使用北京同德创业科技有限公司的rk2511n电阻率测定仪，于25℃，标准环境条件下将上述实施例1至5和对比例1至2导电沥青固化样片进行测试。
55.实施例1至5和对比例1至2得的样品的测试结果如表1所示：
56.表1：
[0057] 体积电阻率(ω
·
m)对比例1105对比例2536.23实施例172.35实施例240.68实施例320.55实施例418.63实施例517.26
[0058]
导电沥青的宏观性能测试：
[0059]
依据标准t0606-2011，使用数显沥青软化点测定仪(wsy-025e)对沥青软化点进行测试；依据标准t0604－2011，采用数显式沥青针入度测定仪(syd-2801f)对沥青25℃针入度进行测试；依据标准t0605－2011，采用低温沥青延伸度测定仪(lyy-8)测定沥青5℃延度；采用薄膜烘箱加热(rtfot)对沥青进行老化，在163℃的环境下对试验沥青加热5h，研究沥青老化后残留针入度比。
[0060]
实施例1至5和对比例1至2得的样品的测试结果如表2所示：
[0061]
表2：
[0062][0063][0064]
通过上述测试结果表明：加入微晶石墨后，沥青的导电性能有所提升，软化点、针入度、延度也有明显的改善效果；通过对比例1与对比例2比较，加入未改性的微晶石墨，沥
青与石墨粉体的不相容导致其导电性能提升有限；掺入微晶石墨后，耐老化性能有提升；综合比较，加入改性微晶石墨，沥青在导电性能和耐老化性能方面都具有明显提升，因而具有更为优良的导电性能和耐老化性能。
[0065]
进一步的，当改性微晶石墨掺入量为8份时，沥青电阻率变化幅度趋于平缓，这说明已经达到较好的改性效果；通过对比例2和实施例3平行比较，在对微晶石墨进行改性后，导电沥青在导电性能方面会有进一步提升，与此同时，从残留针入度比较，耐老化性能得到了更好的提升。
[0066]
应用实施例
[0067]
应用实施例1
[0068]
将300重量份砂石矿料加热至150℃，与30重量份实施例1得到的导电沥青投入拌合机中预搅拌20s，然后加入10重量份的矿粉填料，于150℃温度下保温并混合搅拌5min，得到导电沥青混合料。
[0069]
应用实施例2
[0070]
将300重量份砂石矿料加热至160℃，与35重量份实施例2得到的导电沥青投入拌合机中预搅拌22s，然后加入12重量份的矿粉填料，于155℃温度下保温并混合搅拌6min，得到导电沥青混合料。
[0071]
应用实施例3
[0072]
将300重量份砂石矿料加热至150℃，与40重量份实施例3得到的导电沥青投入拌合机中预搅拌25s，然后加入13重量份的矿粉填料，于160℃温度下保温并混合搅拌7min，得到导电沥青材料。
[0073]
应用实施例4
[0074]
将300重量份砂石矿料加热至160℃，与35重量份实施例4得到的导电沥青投入拌合机中预搅拌23s，然后加入12重量份的矿粉填料，于150℃温度下保温并混合搅拌8min，得到导电沥青材料。
[0075]
应用实施例5
[0076]
将300重量份砂石矿料加热至160℃，与40重量份实施例5得到的导电沥青投入拌合机中预搅拌25s，然后加入15重量份的矿粉填料，于160℃温度下保温并混合搅拌10min，得到导电沥青材料。
[0077]
导电沥青混合料可用于导电沥青道路的铺设、导电地坪料和导电涂料等化工、电力、建筑领域。
[0078]
上述对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。