Colouring penetration-grade bitumen through emulsification and optical masking with a light mineral phase: laboratory development and process design
本研究表明，通过涉及乳化及添加轻质矿物相进行光学掩蔽的低成本、可扩展工艺，可以实现常规黑色沥青的提亮与着色，从而将粘结剂从黑色转变为灰色，并允许在减少颜料用量的同时实现有效的着色。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
我们脚下的地面通常是由沥青构成的深色、黏稠的织锦，这种材料源自原油的重质残留物。这种被称为沥青的物质充当着将我们每天使用的道路、自行车道和停车场粘合在一起的胶水。在自然状态下，由于充满了被称为沥青质的微小复杂分子，这些分子吸收了几乎所有的可见光，因此沥青呈现出深邃且吸光的黑色。虽然这种黑色对于耐用性来说非常完美，但它也有一个缺点：它会吸收太阳的热量，导致“城市热岛”效应，使城市变得比周围郊区显著炎热。为了应对这一问题，工程师和城市规划者长期以来一直寻求为这些表面着色的方法，将其变为更浅的红色、绿色或蓝色，以反射热量并提高安全性。然而，通往彩色道路之路一直被一个简单的物理问题所阻碍。向黑色的胶水中添加鲜艳的颜料通常会导致一种浑浊、暗褐色的混乱状态；而另一种选择——使用昂贵的透明合成粘合剂（它们可以接受任何颜色）——则使得该项目成本过高，无法广泛应用。
卡拉奇大学的一个研究小组致力于通过寻找一种方法，将普通的黑色沥青转化为一种无需像合成替代品那样支付高昂代价的轻质可着色基底，从而解决这个难题。他们的方法不是去对抗沥青的黑色，而是去隐藏它。他们首先测试了最显而易见的想法：直接将明亮的橙色染料混合到热的液态沥青中。结果令人失望。即使加入了大量的染料，混合物仍然保持着一种暗褐色的浑浊状态。沥青中的黑色分子过于占优势，吞噬了染料试图反射的光线。他们还尝试直接在热沥青中加入粘土和白垩等浅色粉末，希望这些白色颗粒能让混合物变亮。这也失败了。在热的连续液体中，黑色沥青包裹了每一个粉末颗粒，使整个混合物重新变回了黑色。
突破出现在研究人员改变沥青物理状态的时候。他们不再将其保持为连续的液体，而是将其分解成微小的液滴并悬浮在水中，创造出一种沥青-水乳液。想象一下，这就像把一块实心的巧克力变成漂浮在牛奶中的微小巧克力尘埃云。一旦沥阻止被困在这些微小的液滴中，研究人员就在液滴周围的水中引入了一种浅色的矿物相，具体来说是一种细粘土和氢氧化钙。因为沥青不再是连续的黑色薄膜，这些浅色矿物就可以沉积在液滴周围，并在光线到达黑色核心之前将其散射。研究人员称这一过程为“光学掩蔽”，它将混合物从漆黑的液体转变为柔和的浅灰色。
有了这种新的灰色基底，研究人员发现他们可以更有效地添加颜色。因为背景不再是吸光的黑色，所以只需要少量的颜料就能创造出可见且鲜艳的色调。然而，这种新混合物面临两个障碍。首先，将沥青转化为乳液并用粘土覆盖会削弱其粘结能力。为了解决这个问题，他们添加了一种聚合物改性粘合剂，其作用类似于胶水，以恢复材料的强度。其次，他们最初使用的鲜艳纺织染料在暴露于水时很容易被冲走。研究人员确定，为了让道路持久耐用，他们需要将这些水溶性染料更换为耐光性的无机颜料，类似于传统建筑中使用的氧化铁，这类颜料能更好地与表面结合。
在实验室证明了这一概念后，该团队设计了一个连续的工业流程来生产这种彩色粘合剂。他们计算出，每生产一公斤干粘合剂，该过程大约需要 0.22 兆焦耳的热量和 0.077 千瓦时的电量。据估计，这种彩色粘合剂原材料的成本约为研究当时普通未着色沥青价格的 1.4 倍。虽然这比标准的道路胶水要贵，但仍远低于目前用于彩色道路的透明合成粘合剂。研究人员得出结论，这种光学掩蔽法为创造有色的、高反射性的路面提供了一条低成本的途径。然而，他们指出，在将这种材料用于实际街道之前，必须经过严格的测试，以确保它能够承受交通和自然元素的磨损，因为目前的研究仅限于实验室观察和视觉检查。
您所在领域的论文太多了？
获取与您研究关键词匹配的最新论文每日摘要——附技术摘要，使用您的语言。