CN101691447B - 一种沥青水乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种沥青乳液，包含45-70重量％的沥青原料，0.01-2重量％的添加剂，0.05-5重量％的乳化剂，0.02-3重量％的助剂，25-45重量％的水，所述添加剂选自有机酸、酯、有机酸的碱金属盐、酯的碱金属盐中的一种或几种。制备该沥青乳液时，先向80-150℃的沥青原料中加入添加剂，然后加热至100-190℃，再与温度为40-95℃的含乳化剂、助剂以及水的溶液混合。本发明沥青乳液贮存稳定性高，颗粒粒径小。

Description

一种沥青水乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种沥青乳液及其制备方法，属于沥青加工的技术领域。

背景技术

沥青乳液具有广泛用途，可以用于铺路、建筑以及防腐防水等多种领域，但乳化沥青属于热力学不稳定的粗分散体系，长时间储存易沉淀分层，无法大规模生产，因此目前乳化沥青基本采用现场拌合的方式生产。

USP 7,087,665公开了一种预处理的橡胶改性的沥青水乳液的制备方法，包括将5-55重量％的橡胶颗粒与45-90重量％的沥青在一定条件下结合使其液化，然后用十二烷基苯磺酸进行预处理，再与水、酸以及多胺基化合物混合，得到水乳液。

USP6,001,886公开了将直馏沥青或丙烷溶剂脱沥青工艺得到的脱油沥青与含有包含氧化乙烯一氧化丙烯一氧化乙烯的三嵌段共聚物的水溶液通过均质器混合制备沥青乳液的方法。

CN 1635051A公布了一种沥青水乳液及其制备方法，该水乳液制备时先将40-78.7w％沥青原料与由重脱沥青油、催化裂化油浆、溶剂精制抽出油、蒸汽裂解制乙烯的焦油、煤焦油馏分构成的这组物质中的一种或一种以上的混合物软组分调和以后，并将该混合物升温至120℃-240℃，然后在20-50w％水中加入0.1-4w％的乳化剂、0.1-6w％的助剂和0.1-4w％稳定剂得到水溶液，并将该水溶液加热至50℃-100℃，最后将上述混合物与水溶液经机械混合得到沥青水乳液产品。该专利公布的方法，适于生产乳化燃料或者气化工艺的进料，不适于生产道路用乳化沥青，且所制备的沥青乳液稳定性不够高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种稳定性高的沥青水乳液及其制备方法。

本发明提供一种沥青乳液，所述沥青乳液包括：45-70重量％的沥青原料，0.01-2重量％的添加剂，0.05-5重量％的乳化剂，0.02-3重量％的助剂，25-45重量％的水，所述添加剂选自有机酸、酯、有机酸的碱金属盐、酯的碱金属盐中的一种或几种。

本发明还提供一种所述沥青乳液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将沥青原料加热至80-150℃，与添加剂混合，控制混合后的温度为100-190℃；

(2)将乳化剂、助剂以及水混合，加热至40-95℃；

(3)将步骤(1)和(2)所得的产物混合均匀，得到沥青乳液；

其中各组分的用量使所得到的沥青乳液中含有45-70重量％的沥青原料，0.01-2重量％的添加剂，0.05-5重量％的乳化剂，0.02-3重量％的助剂，25-45重量％的水，所述添加剂选自有机酸、酯、有机酸的碱金属盐、酯的碱金属盐中的一种或几种。

本发明提供的沥青乳液稳定性高，可长期储存，产品放置一个月，无沉淀，无分层，按照行业标准SH/T0099.5-2005《乳化沥青贮存稳定性测定方法》分析(该方法将乳化沥青置于标准贮存管内静置一定时间，然后分别取贮存管顶部和底部的试样测定蒸发残留物含量，底部和顶部蒸发残留物含量之差为乳液的贮存稳定性。贮存稳定性的值越小，表明乳液的稳定性越好)，其稳定性值满足JTG F40-2004中“道路用乳化沥青技术要求”。本发明提供的沥青乳液呈浅棕色，乳液颗粒中值粒径小，沥青分散均匀，适合管道输送输和运输。本发明沥青乳液在低添加剂用量的情况下，使用少量的乳化剂、助剂和稳定剂即可生产高稳定性的沥青乳液，生产工艺简单，生产成本低。

具体实施方式

本发明提供的沥青乳液中，所述的添加剂选自有机酸、酯、有机酸的碱金属盐、酯的碱金属盐中的一种或几种，所述的有机酸优选甲酸、乙酸、乙二酸、酒石酸、柠檬酸、脂肪酸C10-22(含有10-22个碳原子的脂肪酸)、烷基硫酸酯C10-22、芳香酸、环烷烃羧酸、磺酸，所述的有机酸的碱金属盐优选为上述各种酸的碱金属盐中的一种或几种；更优选所述有机酸为乙二酸、苯甲酸、脂肪酸C10-22、萘酸、石油磺酸中的一种或几种，所述的有机酸的碱金属盐优选为上述各种酸的碱金属盐中的一种或几种。所述的酯例如烷基硫酸酯C10-22、磷酸酯、羧酸酯，所述的酯的碱金属盐例如烷基硫酸酯C10-22的碱金属盐。这些添加剂能够与沥青很好地融合，并且不影响沥青的针入度、软化点、延度。本发明所述沥青乳液中，含有少量的添加剂即可获得满意的效果，优选添加剂含量为0.02-1重量％，更优选添加剂含量大于0.02重量％且小于0.1重量％。

根据本发明所述的沥青乳液，所述的沥青原料选自石油沥青、煤焦油沥青、油砂沥青和天然沥青中的一种或几种。沥青原料的软化点优选为40℃-100℃。

根据本发明所述的沥青乳液，所述的乳化剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂、复合型乳化剂(同为阳离子乳化剂的混合物、同为阴离子乳化剂的混合物、阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂的混合物、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的混合物)中的一种或者几种。沥青乳化剂在亲油基和亲水基的作用下，能够将相互排斥的沥青相和水相连接起来，降低它们之间的界面张力，降低乳液的能量状态，使沥青原料和水形成稳定的水包油型乳状液。

所述的阳离子表面活性剂选自由C12-18烷基卤化铵、C12-18烷基二甲基卤化铵、C12-18烷基三甲基卤化按、C12-18烷基羟乙基硝酸铵、C14-18烷基二甲基羟乙基卤化铵、C12-18烷基二甲基羟乙基硝酸铵、双C12-18烷基二甲基卤化铵、双季铵盐、烷基酰胺基多胺、烷基丙烯二胺、阳离子咪唑啉、胺化木质素构成的这组物质中的一种或几种。

所述阴离子表面活性剂选自由C10-14烷基苯磺酸钠、C10-35烷基硫酸钠、硬酯酸钠、C10-18脂肪酸甲酯α-磺酸钠、脂肪醇硫酸钠、油酰胺基甲氧基苯磺酸钠、木质素磺酸盐构成的这组物质中的一种或一种以上的混合物。

所述两性离子表面活性剂选自氨基酸盐、甜菜碱构成的这组物质中的一种或一种以上的混合物。

所述非离子表面活性剂选自由聚乙二醇、C14-16多元醇、C8-12烷基酚聚氧乙烯醚、C8-12烷基酚聚乙烯醚、C8-12脂肪醇聚乙烯醚构成的这组物质中的一种或一种以上的混合物。

根据本发明所述的沥青乳液，所述的助剂选自钾、氨、钠、钙、铝、铁、铬、锶、钡、钴以及镍的氯化物构成的这组金属无机盐中的一种或几种。其中铁的氯化物优选为FeCl₃。助剂的作用主要是辅助提高乳化剂的活性，降低表面张力。

根据本发明所述的沥青乳液，其中还可含有稳定剂。所述的稳定剂选自由羧甲基纤维素钠、纤维素、胺类、淀粉、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、明胶、聚丙烯酸、聚醋酸乙烯构成的这组物质中的一种或一种以上的混合物。乳液中稳定剂的含量不超过3重量％，优选为0.02-1重量％。稳定剂的作用是增加乳化液的粘度，提高乳液的稳定性。

根据本发明所提供的沥青乳液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将45-70重量％的沥青原料升温至80-150℃，然后加入0.01-2重量％，优选0.05-1重量％的添加剂，搅拌均匀，将其加热至100-190℃；所述添加剂选自有机酸、酯、有机酸的碱金属盐、酯的碱金属盐中的一种或几种，优选为甲酸、乙酸、乙二酸、酒石酸、柠檬酸、脂肪酸C10-22、烷基硫酸酯C10-22、芳香酸、环烷烃羧酸、磺酸以及上述各种酸、酯的碱金属盐中的一种或几种，更优选为乙二酸、苯甲酸、脂肪酸C10-22、萘酸、石油磺酸、烷基磷酸酯、烷基硫酸酯C10-22以及上述各种酸、酯的碱金属盐中的一种或几种；

(2)将0.05-5重量％的乳化剂、0.02-3重量％的助剂与25-45重量％的水混合，制备乳化剂水溶液，并将该溶液加热到40-95℃；

(3)将步骤(1)添加了添加剂的热沥青和步骤(2)中的乳化剂水溶液在乳化机中充分剪切混合制得沥青乳液。

根据本发明所述的沥青乳液制备方法，所述的乳化剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂、复合型乳化剂(同为阳离子乳化剂的混合物、同为阴离子乳化剂的混合物、阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂的混合物、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的混合物)中的一种或者几种。所述的助剂选自钾、氨、钠、钙、铝、铁、铬、锶、钡、钴以及镍的氯化物中的一种或几种。

根据本发明所述的沥青乳液制备方法，步骤(2)中还包括引入稳定剂的步骤，优选所述稳定剂与乳化剂以及助剂混合后，再与水混合。所述稳定剂引入量为不超过3重量％，优选为0.2-1重量％。所述的稳定剂选自由羧甲基纤维素钠、纤维素、胺类、淀粉、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、明胶、聚丙烯酸、聚醋酸乙烯构成的这组物质中的一种或一种以上的混合物。

根据本发明所述的沥青乳液制备方法，步骤(3)所述乳化机例如匀油机、搅拌器、高剪切乳化机、胶体磨。

下面的实施例将对本发明提供的方法予以进一步的说明，但并不因此而使本发明受到任何限制。

实施例1-4以及对比例中所使用的沥青原料为镇海炼化生产的道路沥青，型号为AH-90#，实施例5所用的沥青原料为脱油沥青，性质见表1。

实施例1

将650g沥青原料加热至温度为110℃，在搅拌下加入0.2g丙烯酸乙酯(北京东方化工厂生产)，然后加热至120℃。将3g十六烷基三甲基氯化铵(商品名1631，上海合成洗涤剂三厂生产)与1g氯化钾(北京化工厂生产)、1g聚乙二醇双硬脂酸酯(商品名DS-6000，广州市东兴精细化工有限公司生产)、0.5g聚丙烯酰胺(上海盛众精细化工有限公司)与344.3g水混合，搅拌使各组分溶解，得到乳化剂水溶液，然后加热至70℃。将所制备的含丙烯酸乙酯的沥青与乳化剂水溶液用胶体磨(型号为W4型，温州胶体磨厂生产)充分混合得到沥青乳液，该乳液产品无结皮，性质见表2。

该产品储存稳定性满足道路用乳化沥青技术要求，放置一个月，无沉淀，无分层，放置半年后有少量沉淀，经过搅拌即可恢复均匀，其中值粒径采用激光粒度仪(MASTERSIZER-E)测定为5μm。

对比例1

与实施例1相比，本对比例未在沥青中加入丙烯酸乙酯，其他组分和用量相同，制备过程相同，所得沥青乳液性质见表2。

该产品静置5天后有少量沉淀，搅拌后可均匀分散，其中值粒径为19μm。

对比例2

将650g沥青原料加热至温度为120℃。将3g十六烷基三甲基氯化铵(商品名1631，上海合成洗涤剂三厂生产)与1g氯化钾(北京化工厂生产)、1g聚乙二醇双硬脂酸酯(商品名DS-6000，广州市东兴精细化工有限公司生产)、0.5g聚丙烯酰胺(上海盛众精细化工有限公司)与344.3g水混合，在搅拌下加入0.2g丙烯酸乙酯(北京东方化工厂生产)，搅拌使各组分溶解，得到乳化剂水溶液，然后加热至70℃。将所制备的含丙烯酸乙酯的沥青与乳化剂水溶液用胶体磨(型号为W4型，温州胶体磨厂生产)充分混合得到沥青乳液，该乳液产品无结皮，性质见表2。

该产品其中值粒径采用激光粒度仪(MASTERSIZER-E)测定为8μm，但其储存稳定性低于将丙烯酸乙酯加入到沥青中。该产品静置5d后有少量沉淀，搅拌后可均匀分散，其中值粒径为8μm。

实施例2

将600g沥青原料加热至温度为100℃，搅拌下与0.95g环烷酸钠(上海长峰化工厂产品)混合，然后加热至140℃。将2g双十八烷基三甲基氯化铵(商品名D1831，上海合成洗涤剂三厂生产)、2g十六烷基三甲基溴化铵(商品名1631Br，上海合成洗涤剂三厂生产)与1g氯化钾(北京化工厂生产)、1g聚乙烯醇(商品名1788，北京有机化工厂生产)混合，然后加入393.1g水，搅拌使各组分溶解，得到乳化剂水溶液，并加热至温度为80℃。将所制备的含环烷酸钠的沥青与乳化剂水溶液用均质器(型号为M50型，由上海启东混合器厂生产)充分混合得到沥青乳液，该乳液产品无结皮，性质见表3。

该产品放置一个月，无沉淀，无分层，储存稳定性满足道路用乳化沥青技术要求，放置半年后有少量沉淀，经过轻微搅拌即可恢复均匀性，其中值粒径为7μm。

实施例3

将680g沥青原料加热至温度为95℃，搅拌下与13.5g石油磺酸盐(新疆克拉玛依炼油厂)混合，然后加热至温度为145℃。将45g 5-油酰胺基-2-甲氧基苯磺酸钠(商品名LS，石家庄海森化工有限公司生产)、与0.5g氯化钠(北京化工厂生产)、0.5g聚乙烯醇(商品名1788，北京有机化工厂生产)、0.5g聚乙烯醇(商品名1799，北京有机化工厂生产)混合，然后加入260g水，搅拌使各组分溶解，得到乳化剂水溶液，并加热至75℃。将所制备的含石油磺酸盐的沥青与乳化剂水溶液用管线式高剪切混合乳化机(德国FLUKO公司生产)充分混合得到沥青乳液，该乳液产品无结皮，性质见表3。

该产品放置一个月，无沉淀，无分层，储存稳定性满足道路用乳化沥青技术要求，放置半年后有少量沉淀，经过轻微搅拌即可恢复均匀性，其中值粒径为5μm。

实施例4

将520g沥青原料加热至温度为90℃，搅拌下与5g苯甲酸(石家庄市托特工贸有限公司)混合，然后加热至温度为150℃。将40g咪唑啉季铵盐衍生物(上海盛众精细化工有限公司)、与15g氯化钠(北京化工厂生产)混合，然后加入440g水，搅拌使各组分溶解，得到乳化剂水溶液，并加热至75℃。将所制备的含苯甲酸的沥青与乳化剂水溶液用胶体磨(型号为W4型，由温州胶体磨厂生产)充分混合得到沥青乳液，该乳液产品无结皮，性质见表3。

该产品放置一个月后储存稳定性仍旧满足道路用乳化沥青技术要求，且无分层、无沉淀，其中值粒径为6μm。

实施例5

将620g沥青原料(戊烷溶剂脱油沥青，性质见表1)加热至温度为140℃，搅拌下与18g磷酸酯(邢台科王助剂有限公司)混合，然后加热至温度为160℃。将7g十二烷基二甲基氧化铵(商品名OB-2，上海合成洗涤剂三厂生产)、与4.5g氯化铝(北京化工厂生产)、0.5克羧甲基纤维素钠(河北茂源化工有限公司)混合，然后加入350g水，搅拌使各组分溶解，得到乳化剂水溶液，并加热至75℃。将所制备的含磷酸酯的沥青与乳化剂水溶液用高剪切混合乳化机(德国FLUKO公司生产)充分混合得到沥青乳液，该乳液产品无结皮，性质见表3。

该产品放置一个月后无沉淀，无分层，储存稳定性好，其中值粒径为4μm，制备的乳化沥青可作为乳化燃料和气化原料的进料。

表1

项目	AH-90#道路沥青	脱油沥青
			C，％	85.46	87.57
H，％	10.30	10.5
			S，％	3.2	0.35
N，％	0.58	0.50
			软化点(环球法)，℃	46.7	81.1
针入度(25℃)，dmm	87	85
			延度(15℃)，cm	＞150	5

表2

表3

Claims (16)

1.一种沥青乳液，包含45-70重量％的沥青原料，0.01-2重量％的添加剂，0.05-5重量％的乳化剂，0.02-3重量％的助剂，25-45重量％的水，所述添加剂选自甲酸、乙酸、乙二酸、酒石酸、柠檬酸、脂肪酸C10-22、烷基硫酸酯C10-22、羧酸酯、磺酸、芳香酸、环烷烃羧酸以及上述各种酸、酯的碱金属盐中的一种或几种。

2.按照权利要求1所述的沥青乳液，其特征在于，所述的添加剂选自脂肪酸C10-22、石油磺酸、苯甲酸、萘酸、烷基硫酸酯C10-22、羧酸酯以及上述各种酸、酯的碱金属盐中的一种或几种。

3.按照权利要求1所述的沥青乳液，其特征在于，所述的添加剂选自甲酸、乙酸、乙二酸、酒石酸、柠檬酸、脂肪酸C10-22、磺酸、芳香酸以及上述各种酸的碱金属盐中的一种或几种。

4.按照权利要求1所述的沥青乳液，其特征在于，添加剂含量为0.02-1重量％。

5.按照权利要求4所述的沥青乳液，其特征在于，添加剂含量大于0.02重量％且小于0.1重量％。

6.按照权利要求1所述的沥青乳液，其特征在于，所述的沥青原料的软化点为40℃-100℃。

7.按照权利要求1或4所述的沥青乳液，其特征在于，所述的沥青原料选自石油沥青、煤焦油沥青、油砂沥青和天然沥青中的一种或几种。

8.按照权利要求1所述的沥青乳液，其特征在于，所述的乳化剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂、复合型表面活性剂中的一种或几种。

9.按照权利要求1所述的沥青乳液，其特征在于，所述的助剂选自钾、氨、钠、钙、铝、铁、铬、锶、钡、钴以及镍的氯化物中的一种或几种。

10.按照权利要求1所述的沥青乳液，其特征在于，所述的沥青乳液中含有0.02-3重量％稳定剂。

11.按照权利要求10所述的沥青乳液，其特征在于，所述的稳定剂选自羧甲基纤维素钠、纤维素、胺类、淀粉、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、明胶、聚丙烯酸和聚醋酸乙烯中的一种或几种。

12.一种沥青乳液的制备方法，包括以下步骤

(1)将沥青原料加热至80-150℃，与添加剂混合，控制混合后的温度为100-190℃；

(2)将乳化剂、助剂以及水混合，加热至40-95℃；

(3)将步骤(1)和(2)所得的产物混合均匀，得到沥青乳液；

其中各组分的用量使所得到的沥青乳液中含有45-70重量％的沥青原料，0.01-2重量％的添加剂，0.05-5重量％的乳化剂，0.02-3重量％的助剂，25-45重量％的水，所述添加剂选自甲酸、乙酸、乙二酸、酒石酸、柠檬酸、脂肪酸C10-22、烷基硫酸酯C10-22、羧酸酯、磺酸、芳香酸、环烷烃羧酸以及上述各种酸、酯的碱金属盐中的一种或几种。

13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，所述的添加剂选自甲酸、乙酸、乙二酸、酒石酸、柠檬酸、脂肪酸C10-22、烷基硫酸酯C10-22、磺酸、芳香酸、环烷烃羧酸以及上述各种酸、酯的碱金属盐中的一种或几种。

14.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，所述的沥青原料选自石油沥青、煤焦油沥青、油砂沥青和天然沥青中的一种或几种；所述的乳化剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂、复合型乳化剂中的一种或几种；所述的助剂选自钾、氨、钠、钙、铝、铁、铬、锶、钡、钴以及镍的氯化物中的一种或几种。

15.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤(2)中还引入稳定剂，以沥青乳液的重量为基准，所述稳定剂的引入量为0.02-3重量％，所述的稳定剂选自由羧甲基纤维素钠、纤维素、胺类、淀粉、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、明胶、聚丙烯酸、聚醋酸乙烯中的一种或几种。

16.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，所述的添加剂选自甲酸、乙酸、乙二酸、酒石酸、柠檬酸、脂肪酸C10-22、磺酸、芳香酸以及上述各种酸的碱金属盐中的一种或几种。