[发明专利]路用木质纤维素材料及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明属于路用工程新材料领域，具体是涉及应用于沥青玛蹄脂碎石路面(stone matrix asphalt，SMA)高速公路路面的纤维稳定剂材料及其制备方法。

二、背景技术

SMA路面作为世界上最受欢迎的高等级公路结构之一，由于其自身的结构特点，纤维稳定剂在SMA路面中起着至关重要的作用。目前我国用于SMA路面的纤维稳定剂中几乎全部为木质纤维素。木质纤维素在SMA路面用起到如下作用：a)加筋作用；b)分散作用；c)吸附和吸收沥青作用；d)增粘作用；e)稳定缓冲作用。由于SMA技术的新颖性，对木质纤维素的研究及生产技术国内外也是不同的，在目前国内外木质纤维素的应用情况分析，在不同的国家和地区，SMA路面均有使用不成功的例子，其中有些就是因为木质纤维素产品质量不高有关，这在一定程度上限制了SMA路面的继续推广。根据SMA在世界各国的应用情况及有关研究发现，目前木质纤维素产品使用中的问题主要是：a)易受潮结团，致使产品失效；b)吸油率不足，在夏天时易出现高温泛油现象；c)与沥青亲和性差，在沥青中不易分散，从而导致部分沥青路面泛油，部分干涩；d)纤维在沥青中易结团；e)高温稳定性差，在与沥青拌合合运输工程中，纤维强度发生严重变化，影响其使用效果。F)在风送拌合过程中，积压后的纤维不易完全分散；g)耐酸碱性能差，在与沥青接触过程中强度下降明显。由于木质纤维素产品是一种新型产品，各生产商的技术均严格保密，我们结合SMA路面中木质纤维素的使用情况反馈，美国的木质纤维素标准及对国内外产品的性能剖析，我们对国内外木质纤维素产品的性能及生产技术有了详尽的了解，并得到现阶段改进并生产高性能木质纤维素材料的基本原则为：

(1)选择合适的原料：原料应具有合适的纤维长度分布(长纤维最长不大于6mm，冲气筛筛选通过100目筛的纤维比例为70％)，以保证产品在分散过程中不交联缠绕，可以均匀分布在沥青内部且形成网状结构；

(2)选择合适的填料：填料应具有大的比表面积(BET表面积大于12m²/g为佳)和较高的硬度(莫氏硬度大于3)，以均匀覆盖于纤维表面赋予木质纤维素良好的耐磨擦性能；同时具有大的比表面积可以吸附更多的沥青，以提高木质纤维素的吸油性能；

(3)热稳定性：可以承受260℃以上的温度而纤维强度及形状不发生明显改变，以便于在沥青高温搅拌和运输过程中不发生裂解炭化，以保持其强度性能。

(4)电学性质：应具有较低的表面电阻(表面电阻系数小于35×10⁹Ω)，便于在高温干燥情况下纤维的风送分散过程中纤维不因表面静电吸引而难以分散；

(5)耐酸碱性：纤维应具有一定的耐酸碱性能，可以在pH＝2或pH＝13的溶液中漂浮7天以上而不发生任何沉降，以保证在与酸性沥青介质及其他碱性物质长时间的接触过程中其发生酸性或碱性降解而影响其强度性能；

(6)疏水亲油的界面性质：木质纤维素与沥青应具有相同或相近的界面性能，以使木质纤维素与沥青接触时更易混合均匀，提高其在沥青分散性；并且具有疏水性能，减少干燥的木质纤维素吸水受潮结团而失效的现象；

(7)吸油性能：木质纤维素应具有合适的比表面积(BET比表面积3-5m²/g)使其具有好的吸油性能(吸油量大于自身重量的5倍)，以保证可以吸附多余的沥青而防止局部沥青泛油和局部沥青干涸的现象。

三、发明内容

1、发明目的

本发明的目的是要制备一种可用于SMA路面的木质纤维素材料，该材料是采用废新闻纸为原料，采用湿法造纸和干法造纸工艺相结合制备而成。制备纤维最大长度小于6mm，冲气筛筛选通过100目筛的纤维比例为70％，具有吸油量大于自身重量5g/g，表面电阻系数小于35×10⁹Ω，干度大于95％，灰分含量为13-23％，在210℃下干燥2h失重小于6％，且能在沥青中均匀分散的木质纤维素产品。

2、技术方案

1)原料选择

本发明采用未脱墨废新闻纸为原料，该原料长径比为56，纤维平均长度为1.05mm，最长纤维为4.85mm，冲气筛通过100目纤维比例为72％，灰分含量为7.12％，苯醇抽提物为3.21％。原料中的灰分和苯醇抽提物在制备木质纤维素的过程中得到了充分利用。

2)制备方法

一种应用与SMA高速公路路面的木质纤维素材料的制备方法，其特征在于本发明的木质纤维素材料是通过结合湿法和干法造纸工艺赋予纤维所需性能。

其制备步骤如下：