一种道路沥青光稳定剂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种道路沥青光稳定剂及其制备方法 (Road asphalt light stabilizer and preparation method thereof ) 是由 陈团结 樊孟孟 曹海波 臧晓宁 许丽 皎晓明 苗思雨 闫朗 于 2021-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种道路沥青光稳定剂及其制备方法。将马来酸酐溶入溶剂中,并不断搅拌,加入共轭双烯后逐渐升到60～90℃,恒温搅拌1～3h后,得到新的酸酐。新的酸酐加入三口烧瓶中,并加入溶剂,搅拌加热到60～80℃,在30min内滴加完2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇,反应2～3h后,冷却至常温,采用无水乙醇冲洗3次,过滤,之后在60℃真空环境下干燥,得到邻二酸单四甲基哌啶醇酯。邻二酸单四甲基哌啶醇酯加入三口烧瓶中,加入固体氢氧化钠和溶剂,逐渐升温到50℃并不断搅拌,待完全溶解后加入盐,保温搅拌1h后,冷却至常温,过滤,干燥,得到目标产物,邻二酸单四甲基哌啶醇酯盐。本发明具有持久有效的光稳定效果,且原料安全可靠,制备易于控制,操作简单。(The invention relates to a road asphalt light stabilizer and a preparation method thereof. Dissolving maleic anhydride into a solvent, continuously stirring, gradually increasing the temperature to 60-90 ℃ after adding conjugated diene, and stirring at constant temperature for 1-3 h to obtain new anhydride. Adding new anhydride into a three-neck flask, adding a solvent, stirring and heating to 60-80 ℃, dropwise adding 2,2,6, 6-tetramethyl-4-piperidinol within 30min, reacting for 2-3 h, cooling to normal temperature, washing for 3 times by using absolute ethyl alcohol, filtering, and drying at 60 ℃ in a vacuum environment to obtain the o-diacid mono-tetramethyl piperidinol ester. Adding o-diacid mono-tetramethyl piperidinol ester into a three-neck flask, adding solid sodium hydroxide and a solvent, gradually heating to 50 ℃, continuously stirring, adding salt after complete dissolution, keeping the temperature and stirring for 1h, cooling to normal temperature, filtering, and drying to obtain a target product, i.e. o-diacid mono-tetramethyl piperidinol ester salt. The invention has lasting and effective light stabilization effect, safe and reliable raw materials, easy preparation control and simple operation.)
技术领域
本发明属于道路材料技术领域，具体涉及一种道路沥青光稳定剂及其制备方法。
背景技术
我国高等级道路的建设已逐渐趋于完善，其中大部分的高等级路面选择了性能相对更优的沥青作为粘结材料。沥青作为一种高分子材料混合物，其性能受外界环境影响很大，尤以紫外线的影响最为突出，特别在我国西北高原地区沥青路面耐老化性能更差，导致路面病害频发，严重影响沥青路面的正常服役。国内外对于沥青老化的研究报道比较多，但对于沥青光稳定剂的研究开发相对较少，主要有以下几种方法：一是采用层状蒙脱土改性沥青，该方法对于改善沥青的热氧化及光稳定性有一定的作用。但因其在沥青中不能很好的均匀分散，导致其抗老化性能提升不明显；二是采用纳米材料改性沥青，以提升沥青的光稳定性。该方法改性沥青后的抗老化性能改善比较明显，但仍存在纳米粒子与沥青接触后易结团，分散性不足的问题，多数需要其它溶剂先对纳米粒子进行溶解或对纳米粒子进行表面处理后再溶于沥青中；三是采用既有的光稳定剂对沥青进行改性，该类方法对于沥青的光稳定性提升作用很有限，针对性不强。主要是因为既有的光稳定剂广泛应用于塑料、橡胶或纺织品等分子结构比较固定的材料体系中，对于道路沥青这种组成复杂的体系针对性不强。
发明内容
本发明的目的是提供一种道路沥青光稳定剂及其制备方法，以克服现有技术存在的紫外线对沥青路面的影响大，导致路面病害频发，严重影响沥青路面的正常服役的问题。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种道路沥青光稳定剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将马来酸酐溶入溶剂中，并不断搅拌，加入共轭双烯，马来酸酐与共轭双烯的摩尔比为1.02～1.15:1，逐渐升到60～90℃，恒温搅拌1～3h后，冷却至室温，过滤，干燥，即得到新的酸酐；
(2)将新的酸酐加入三口烧瓶中，并加入溶剂，搅拌加热到60～80℃，在30min内滴加2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇，酸酐与2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇的摩尔比为1.05～1.12:1，反应2～3h后，冷却至常温，采用无水乙醇冲洗数次，过滤，之后在60℃真空环境下干燥，得到邻二酸单四甲基哌啶醇酯；
(3)将邻二酸单四甲基哌啶醇酯加入三口烧瓶中，加入固体氢氧化钠和溶剂，逐渐升温到50℃并不断搅拌，待完全溶解后加入盐，保温搅拌1h后，冷却至常温，过滤，干燥，得到目标产物，邻二酸单四甲基哌啶醇酯盐。
上述步骤(1)中，共轭双烯为呋喃、蒽、丁二烯或异戊二烯具有4～18个碳的共轭双烯。
上述步骤(1)中，所用溶剂为甲苯、二甲苯、丙酮等或其混合物。
上述步骤(2)中，采用溶剂是质量比为3:1的二甲苯与N-甲基吡咯烷的混合溶液。
上述步骤(3)中，采用溶剂为丙酮或甲醇。
上述步骤(3)中，所加入的盐为含有钙、镁、锌的氯化盐、硝酸盐或醋酸盐。
上述步骤(3)中，所加入的盐为氯化钙。
上述制备方法制备所得的道路沥青光稳定剂。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明得到的道路沥青光稳定剂采用沥青溶解性较好的原材料合成，同时由于在制备过程中加入了含有钙、镁、锌的氯化盐、硝酸盐或醋酸盐，可以水化为有机盐，使得该光稳定剂可以在沥青中均匀分散，得到持久有效的光稳定效果。
2、本发明针对道路沥青组成结构的研究，采用沥青溶解性较好的原材料4～18个碳的共轭双烯和马来酸酐，与光学敏感物质2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇进行化学合成，同时再引入金属离子，制备出一种针对性的有机盐类沥青光稳定剂。该受阻胺结构沥青光稳定剂可以与沥青形成稳定均匀的共混体系，使得沥青的光稳定性得到持久明显的改善。光稳定性效果好，提升路面的耐老化性能。
3、本发明制备原料安全可靠，制备易于控制，操作简单。本发明产物特别适合在我国西北高原地区沥青路面上使用，有效降低路面病害，延长沥青路面的正常服役，推广应用意义大。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明提供的一种道路沥青光稳定剂的制备方法，包括以下三步反应：
实施例1：一种道路沥青光稳定剂的制备方法，包括以下步骤：
第一步反应：
共轭双烯采用呋喃，马来酸酐:与呋喃的摩尔比为1.02:1.0，溶剂采用二甲苯。
将20g的马来酸酐加入250ml的装有回流和搅拌装置的三口烧瓶中，倒入100g的二甲苯，并不断搅拌，加入13.6g呋喃后逐渐升到60℃，恒温搅拌2h后，冷却至室温，过滤，干燥，即得到新的酸酐。
第二步反应：
第一步新的酸酐与2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇的摩尔比为1.1:1；二甲苯与N-甲基吡咯烷以质量比为3:1作为溶剂。
将新制备的11g酸酐加入250ml的装有回流和搅拌装置的三口烧瓶中，并加入100g的混合溶剂，搅拌加热到60℃，在30min内滴加完9.4g的2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇，反应2h后，冷却至常温，采用无水乙醇冲洗3次，过滤，之后在60℃真空环境下干燥，得到邻二酸单四甲基哌啶醇酯。
第三步反应：
将16g的邻二酸单四甲基哌啶醇酯加入100ml的装有回流和搅拌装置的三口烧瓶中，加入2.1g固体氢氧化钠和40g的甲醇，逐渐升温到50℃并不断搅拌，待完全溶解后加入2.78g的氯化钙，保温搅拌1h后，冷却至常温，过滤，干燥，得到目标产物，邻二酸单四甲基-4-哌啶醇酯钙盐。
实施例2
第一步反应：
共轭双烯采用1,3-丁二烯，马来酸酐:与1,3-丁二烯的摩尔比为1.08:1.0，溶剂采用甲苯。
将10.6g马来酸酐加入250ml的装有回流和搅拌装置的三口烧瓶中，倒入100g甲苯，并不断搅拌，加入5.4g的1,3-丁二烯后逐渐升到60℃，恒温搅拌1h后，冷却至室温，过滤，干燥，即得到新的酸酐。
第二步反应：
第一步新的酸酐与2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇的摩尔比为1.08:1；二甲苯与N-甲基吡咯烷以质量比为3:1作为溶剂。
将新制备的酸酐9.85g加入250ml的装有回流和搅拌装置的三口烧瓶中，并加入100g的混合溶剂，搅拌加热到60℃，在30min内滴加完9.4g的2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇，反应2.5h后，冷却至常温，采用无水乙醇冲洗3次，过滤，之后在60℃真空环境下干燥，得到邻二酸单四甲基哌啶醇酯。
第三步反应：同实施例1。
实施例3
第一步反应：
共轭双烯采用蒽，马来酸酐:与蒽的摩尔比为1.15:1.0，溶剂采用二甲苯。
将11.3g的马来酸酐加入250ml的装有回流和搅拌装置的三口烧瓶中，并加入100g的二甲苯，不断搅拌，加入17.8g的蒽后逐渐升到80℃，恒温搅拌2h后，冷却至室温，过滤，干燥，即得到新的酸酐。
第二步反应：
第一步新的酸酐与2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇的摩尔比为1.12:1.0；二甲苯与N-甲基吡咯烷以质量比为3:1作为溶剂。
将新制备的18.5g酸酐加入250ml的装有回流和搅拌装置的三口烧瓶中，并加入100g混合溶剂，搅拌加热到70℃，在30min内滴加完9.4g的2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇，反应2.5h后，冷却至常温，采用无水乙醇冲洗3次，过滤，之后在60℃真空环境下干燥，得到邻二酸单四甲基哌啶醇酯。
第三步反应：
同实施例1
实施例4
第一步反应：
共轭双烯采用2,4-己二烯，马来酸酐:与2,4-己二烯的摩尔比为1.12:1.0，溶剂采用丙酮。
将11g马来酸酐加入100ml的装有回流和搅拌装置的三口烧瓶中，并加入40g丙酮，搅拌溶解后，加入8.2g的2,4-己二烯后逐渐升到75℃，恒温搅拌1.5h后，冷却至室温，过滤，干燥，即得到新的酸酐。
第二步反应：
第一步新的酸酐与2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇的摩尔比为1.05:1.0；二甲苯与N-甲基吡咯烷以质量比为3:1作为溶剂。
将新制备的11.3g酸酐加入250ml的装有回流和搅拌装置的三口烧瓶中，并加入100g混合溶剂，搅拌加热到75℃，在30min内滴加完9.4g的2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇，反应2h后，冷却至常温，采用无水乙醇冲洗3次，过滤，之后在60℃真空环境下干燥，得到邻二酸单四甲基哌啶醇酯。
第三步反应：
将上文中制备的邻二酸单四甲基哌啶醇酯16.9加入100ml的装有回流和搅拌装置的三口烧瓶中，并加入40g丙酮，再加入固体氢氧化钠2.1g，持续搅拌逐渐升温到50℃，待完全溶解后加入2.78g氯化钙，保温搅拌1h后，冷却至常温，过滤，干燥，得到目标产物，邻二酸单四甲基-4-哌啶醇酯钙盐。
实施例5
第一步反应：
共轭双烯采用1,3-环己二烯，马来酸酐:与1,3-环己二烯的摩尔比为1.06:1.0，溶剂采用丙酮。
将10.4g的马来酸酐加入100ml的装有回流和搅拌装置的三口烧瓶中，加入40g丙酮，持续搅拌中加入8.0g的1,3-环己二烯后逐渐升到80℃，恒温搅拌3h后，冷却至室温，过滤，干燥，即得到新的酸酐。
第二步反应：
第一步新的酸酐与2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇的摩尔比为1.1:1.0；二甲苯与N-甲基吡咯烷以质量比为3:1作为溶剂。
将新制备的11.7g酸酐加入100ml的装有回流和搅拌装置的三口烧瓶中，加入40g混合溶剂，搅拌加热到70℃，在30min内滴加完9.4g的2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇，反应2.5h后，冷却至常温，采用无水乙醇冲洗3次，过滤，之后在60℃真空环境下干燥，得到邻二酸单四甲基哌啶醇酯。
第三步反应：
同实施例4。
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