蒙脱土/包装废PE复合基改性沥青的制备及其机理研究

沥青粘度大及纳米材料表面能高导致纳米改性剂在基质沥青中均匀分散困难、改性沥青体系相容性差。本项目提出纳米/聚合物复合基改性沥青的新思路，即先将纳米粒子与包装废弃聚合物进行熔融复合，合成纳米/聚合物复合基改性剂，然后再利用其进行沥青改性，从而制备分散均匀、综合性能优异的改性沥青。本项目研究内容包括（1）通过有机化处理合成有机纳米蒙脱土，采用熔融插层法将其与包装废聚合物复合制备纳米复合基改性剂，并通过剪切分散进行纳米改性沥青的制备；（2）通过改性沥青性能变化规律的分析和改性沥青四组分及其多相体系组织结构的研究，探明纳米复合改性沥青结构-性能之间的关系；（3）基于结构-性能的关系分析及纳米复合改性沥青体系分子热运动规律的研究，探讨改性剂与沥青的作用原理，进而揭示纳米/聚合物复合基改性沥青的机理。本项目的意义在于为开发高性能改性沥青材料开辟新思路，并为包装废弃聚合物的循环利用提供新方法。

日益增长的交通量、车辆大型化、重载超载车的比例不断增加以及普通沥青含蜡量高、粘结力差、延伸度差、温度敏感性大等性能缺点，使得普通沥青路面产生各种严重的病害，已远远不能满足现代交通建设的需求。为了进一步提高沥青材料的性能，各种新型沥青改性技术层出不穷，纳米改性沥青技术即是其中之一。但是由于沥青材料成分复杂、自身粘度大，使得实现纳米改性剂在沥青中完全剥离的条件苛刻；另一方面，由于纳米改性粒子其比表面积巨大，表面能极高，为了降低体系能量，从而表现出极强烈的聚结趋势，聚结以后的纳米粒子尺寸大大增加，不仅使均匀分散更加困难，而且可能使其失去纳米效应，导致改性效果不理想。.鉴于上述背景，本项目以回收的包装废弃塑料代替普通聚合物作为改性剂，并提出纳米/聚合物复合基改性沥青的新思路，即先将纳米粒子与包装废弃聚合物进行熔融复合，合成纳米/聚合物复合基改性剂，然后再利用其进行沥青改性。本项目主要研究内容及结果包括（1）采用蒙脱土作为纳米改性剂，以包装废聚乙烯（PE）作为纳米复合材料的中间基体，首先通过分离、提纯、季铵盐有机化插层处理等制备有机纳米蒙脱土（OMMT），然后采用熔融共混的方法将OMMT及包装废PE通过双螺杆挤出合成均匀分散的纳米/聚合物复合基改性剂。（2）优化纳米复配改性混合配比及改性工艺参数（改性温度、剪切搅拌时间等），进行纳米复合基改性沥青的制备，并对纳米复合基改性沥青的高低温性能、抗老化性能、热性能、流变性及路用性能进行了研究，分析改性前后沥青性能变化的规律。（3）通过红外光谱、图像显微系统及沥青四组分分析对改性沥青体系的微观结构进行研究，并结合沥青性能变化规律，研究纳米复合基改性沥青结构-性能之间的关系。（4）对纳米复合基沥青的改性机理研究发现，聚合物在沥青中吸附软沥青质发生溶胀，产生改性功能；纳米层状材料在沥青或改性沥青中形成插层或剥离结构，延长了氧气在沥青中的作用路径，同时增大了聚合物在沥青中的运动阻力，从而提高聚合物改性沥青的抗老化性能和高温存储稳定性。.基于项目研究，课题组取得的研究成果如下：发表SCI论文11篇；获国家发明专利授权3项；获陕西省科学技术二等奖1项，陕西高等学校科学技术一等奖1项；培养硕士研究生8人，博士研究生1人。