CN102220021A - 一种乳化sbs改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种乳化SBS改性沥青及其制备方法，其包括以下质量的组分，基质沥青55-60％；SBS 2.5-4％；SBS改性沥青稳定剂SWD0.1-0.5％；沥青阳离子乳化剂1-3％；水40-45％；还包括相当于水质量0.3-0.8％的氯化钙、相当于水质量0.1-0.5％的增稠剂以及调节pH值2-4的酸；所述的SBS为线型结构，其嵌段比为20/80-28/72，分子量为10-16万。本发明乳化SBS改性沥青蒸发残留物高温性能好，软化点达72℃以上，延度达30cm以上，是一种高性能的乳化改性沥青，可广泛应用于高等级路面的建设及养护。

Description

一种乳化SBS改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于沥青改性及乳化加工技术领域，涉及道路改性沥青材料，具体涉及乳化SBS改性沥青及其改性和乳化的方法。

背景技术

SBS是苯乙烯、丁二烯的嵌段共聚物。业内从事技术的人员知道，SBS的技术参数不同，即嵌段比、分子量、构型(线型、星型)不同，其性能差别也较大，表现在SBS的物性如300％定伸强度、拉伸强度、伸长率、永久变型、硬度、融体流动速率、粘度等因素的不同，并直接影响其应用效果。事实上，本发明表明，SBS的分子量、嵌段比等因素对乳化SBS改性沥青的性能特别是乳化效果影响甚大。

乳化沥青技术因应用范围广、储运及施工方便、节能降耗、降低污染、延长施工期等优势，越来越受到道路稀浆封层施工的青睐，但未经改性的乳化沥青施工后存在低温发脆、高温流淌的先天不足，制约了其应用推广。为改善其高低温性能，有必要对乳化沥青进行改性或者乳化改性后的沥青。

对乳化沥青进行改性，现有技术大都是在乳化沥青中加入丁苯胶乳(SBR)、氯丁胶乳、EVA乳液等改性剂，但这种方法要么只提高改性沥青的高温性能而不能明显改善其低温性能；要么只提高改性沥青的低温性而不能明显改善其高温性能，这些改性剂缺乏全面提高改性乳化沥青性能的能力，不能满足现代交通对路面的性能要求。也有用SBS乳液(又称液体SBS)改性乳化沥青的相关技术，如2005年5月25日公开的中国专利，液体沥青改性剂的制造方法(公开号为1618862)公开了一种液体SBS制做方法，又如2009年1月21日公开的中国专利，一种热塑性丁苯橡胶水性胶乳沥青改性剂及其制备方法(公开号为101348598)公开了SBS乳液的制做方法，这两份专利所公开的SBS乳液制作方法基本相同，即将固体SBS溶于有机溶剂中，用表面活性剂和水通过乳化方法得到SBS乳液，这种SBS乳液含有较多的有害溶剂，即使公开号为101348598的专利采用负压法回收有机溶剂，但要完全回收有机溶剂技术难度很大，易造成SBS乳液破乳，且用这种SBS乳液生产乳化沥青，会导致表面活性剂过多，可造成乳化沥青不合格，因此，目前还难以用于生产乳化沥青。

乳化改性后的沥青一直研究比较活跃，缘于用SBS改性沥青不仅能有效地改善沥青的高、低温性能，还能有效改善沥青的弹性，深受市场欢迎，并在道路施工上得到了广泛的应用。但这种SBS改性沥青对改性剂SBS的技术参数和加入量有一定的要求，一股SBS的嵌段比在30/70以上、星型结构的SBS分子量在20-30万、线型结构的SBS分子量在11-16万，加入量一股大于3.5％，否则达不到理想的改性效果，目前生产厂家提供给市场的改性沥青用SBS其技术参数都在此范围内。但这种SBS改性沥青即使在较特殊的乳化条件下乳化起来也非常困难，常常导致严重结皮，乳液稳定性差，甚至不乳化的结果，业内有乳化SBS改性沥青不可行的说法。

然而，业内对乳化SBS改性沥青的研究一直非常活跃，通过乳化剂的优化、乳化设备及工艺的改良，特别是SBS改性沥青热粘度的降低，达到乳化SBS改性沥青的目的。如2006年6月28日公开的中国专利，一种SBS改性乳化沥青及其制备方法(公开号为1793234)，公开了使用Sasobit(沙索必特)降低热SBS改性沥青的粘度，通过适当的乳化手段得到乳化SBS改性沥青的方法，又如2005年9月7日公开的中国专利，乳化SBS改性沥青及其加工方法(公开号为1664012)，公开了在适当的乳化剂和乳化工艺条件下，采用超声波乳化机制得乳化SBS改性沥青的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种乳化SBS改性沥青，同时还提供所述乳化SBS改性沥青的改性和乳化的方法。

本发明乳化SBS改性沥青所用SBS为线型结构(包括两臂偶联的线性结构)，其嵌段比(S/B)为20/80--28/72，优选25/75，其分子量为10-16万，优选12-13万。本发明乳化SBS改性沥青由以下组分组成

基质沥青                 55-60％

SBS                      2.5-4％

SBS改性沥青稳定剂SWD     0.1-0.5％

沥青阳离子乳化剂         1-3％

水                       40-45％

氯化钙                   0.3-0.8％(相对于水)

酸                       调节PH值2-4

增稠剂                   0.1-0.5％(相对于水)

本发明中所述基质沥青优选SK-70石油沥青。

所述SBS改性沥青稳定剂SWD是本发明不可缺少的重要组分，可以有效提高SBS改性沥青的软化点和延度，同时提高SBS改性沥青的稳定性。稳定剂优选盘锦宇拓化工有限公司开发的SBS改性沥青稳定剂SWD。本发明并不排斥采用其它稳定剂或添加剂来提高本发明所述技术参数的SBS改性的沥青软化点和延度，只是通过实际证明采用SWD的效果最优。

所述沥青阳离子乳化剂可以是十六、十八烷基苯三甲基氯化氨等，优选盘锦宇拓化工有限公司开发的慢裂型阳离子乳化剂。

所述酸包括盐酸、乙酸和甲酸，目的是调节PH，提高乳化剂的活性，最好的PH值范围是2-4。所述氯化钙的用量最好是0.5％。所述增稠剂为市面普通增稠剂，用量最好是0.3％。

本发明中SBS改性沥青制备的具体方法是：

1、先把基质沥青加热到160-180℃，加入改性剂SBS，搅拌20分钟，然后加入改性剂SWD，在温度175±10℃下以乳化剪切机(转速4000r/min左右)剪切20分钟即可。

2、皂液制备：

在水中加入乳化剂、氯化钙和增稠剂，用酸调节PH值为2-4，加热使温度达60-80℃，使增稠剂溶解均匀，即得热的皂液。

3、乳化沥青：

间歇式：将皂液置于乳化分散釜中，然后将SBS改性沥青在高速(最好达4000r/min以上)剪切下注入皂液中乳化分散形成乳液，冷却即得到成品乳化SBS改性沥青。

连续式：将皂液和SBS改性沥青分别装入乳化设备中的皂液罐和沥青罐，然后同步进入胶体磨进行乳化，冷却即得到成品乳化SBS改性沥青。

以往的乳化SBS改性沥青采用的SBS的嵌段比一股在30/70以上、星型结构的SBS分子量在20-30万、线型结构的SBS分子量在11-16万，加入量一股大于3.5％，否则达不到理想的改性效果，目前生产厂家提供给市场的改性沥青用SBS其技术参数都在此范围内；嵌段比都比较高，但这种SBS改性沥青即使在较特殊的乳化条件下乳化起来也非常困难，常常导致严重结皮，乳液稳定性差，甚至不乳化的结果。而低嵌段比的SBS由于改性沥青的效果不好，没有人使用低嵌段比的SBS来制备乳化改性沥青，本发明首次选用了线型结构(包括两臂偶联的线性结构)，嵌段比(S/B)为20/80--28/72，优选25/75，其分子量为10-16万，优选12-13万的SBS，(湖南岳阳巴陵石化公司生产的牌号为SBS-796工业产品就是其中的一种)来制备乳化改性沥青，乳化效果很好，与高嵌段比的SBS相比有明显优势。但发明人发现虽然单独使用本发明选取的SBS，在常规的用量时，其改性沥青效果不明显，但当加入了一种SBS改性沥青稳定剂SWD后，则刚好能弥补SBS改性沥青性能不足的缺陷；两者很好的发挥了协同效应。也就是说，低嵌段比(20/80-28/72)的SBS改性沥青的乳化效果好，但改性沥青的性能不好，采用加入SBS改性沥青稳定剂后达到了改性沥青性能好的目的，同时又保留了SBS改性沥青乳化效果好的特性。本发明与公开号为1793234的专利在原理上是不同的；本发明是采用降低SBS的嵌段比的方法来达到乳化的目的，而公开号为1793234的专利是采用加入Sasobit(沙索必特)降低热SBS改性沥青的粘度的方法来达到乳化的目的，而降低SBS的嵌段比与降低SBS改性沥青的粘度并没有必然联系。

用本发明所述的SBS，在加入0.3-0.4％的稳定剂SWD的条件下，其改性沥青的性能优越，只须加入3-4％的SBS时，改性沥青的软化点就可达80℃以上，延度达30cm以上。用本发明提供的SBS所制备的改性沥青容易乳化，乳化条件与乳化沥青的条件基本相当，所得的乳化SBS改性沥青蒸发残留物高温性能好，软化点达72℃以上，延度达30cm以上，是一种高性能的乳化改性沥青，可广泛应用于高等级路面的建设及养护。

具体实施例

以下实施例有利于本专业技术人员更好地理解本发明，而不会限制本发明。

实施例1

乳化SBS改性沥青组成配方及所用SBS技术参数：

基质沥青SK-70                        55％

SBS(嵌段比S/B＝25/75、分子量12万)    3.5％(相对于沥青)

SWD                                  0.35％(相对于沥青)

水加热到70℃                         40％

阳乳化剂YT-CSS03                     1.5％(相对于沥青)

氯化钙                               0.5％(相对于水)

增稠剂                               0.3％(相对于水)

乳化SBS改性沥青制备方法

1、把基质沥青加热到180℃，加入SBS改性剂，搅拌20分钟。

2、加入稳定剂SWD，在4000r/min的高速剪切下剪切20分钟。

3、制备皂液。在70℃的热水中加入乳化剂、氯化钙、增稠剂，搅拌均匀，直至完全溶解，再加入盐酸调节PH为3，即制得皂液。

4、在3000r/min以上的高速剪切下，将热的改性沥青(160℃)慢慢加入到热的皂液中进行乳化，冷却后即得成品乳化SBS改性沥青。

乳化SBS改性沥青的性能

乳化温度的数据                70-90℃

乳液蒸发残留物的软化点(℃)    74

乳液蒸发残留物的5℃延度(cm)   36

乳液储存稳定性(5d)％          3.5

实施例2

乳化SBS改性沥青组成配方及乳化方法与实施例1相同，只是所用SBS的技术参数改变，所用SBS的嵌段比(S/B)为22/78、分子量为13万。

乳化SBS改性沥青的性能

乳化温度的数据                70-90℃

乳液蒸发残留物的软化点(℃)    73

乳液蒸发残留物的5℃延度(cm)   35

乳液储存稳定性(5d)％          3.2

实施例3

乳化SBS改性沥青所用SBS技术参数及乳化方法与实施例1相同，配方与实施例1基本相同，只是所用SBS的量降到3％、所用稳定剂SWD的量增加到0.4％。

乳化SBS改性沥青的性能

乳化温度的数据                70-90℃

乳液蒸发残留物的软化点(℃)    73

乳液蒸发残留物的5℃延度(cm)   30

乳液储存稳定性(5d)％          3.6

实施例4

乳化SBS改性沥青的方法与实施例1相同，配方与实施例1相比，SBS改为岳阳巴陵石化公司生产的SBS-796(线型、嵌段比20/80、分子量12-13万)，所用SBS的量增到4％、所用稳定剂SWD的量增加到0.4％，其它相同。

乳化SBS改性沥青的性能

乳化温度的数据                 70-90℃

乳液蒸发残留物的软化点(℃)     72

乳液蒸发残留物的5℃延度(cm)    30

乳液储存稳定性(5d)％           3.0

对比例1

乳化SBS改性沥青组成配方及乳化方法与实施例1相同，只是所用SBS的技术参数改变，所用SBS为岳阳巴陵石化公司生产的道改-2(星型、嵌段比30/70、分子量26-28万)。

乳化结果  不乳化。

对比例2

乳化SBS改性沥青组成配方及乳化方法与实施例1相同，只是所用SBS的技术参数改变，所用SBS为岳阳巴陵石化公司生产的用于道改的791-H(嵌段比30/70、分子量11-13万)。

乳化SBS改性沥青的性能

乳液蒸发残留物的软化点(℃)     68

乳液蒸发残留物的5℃延度(cm)    33.5

乳液储存稳定性(5d)％           分层

对比例3

乳化SBS改性沥青组成配方及乳化方法与实施例1相同，只是所用SBS的技术参数改变，所用SBS为韩国生产的LG-411(星型结构、嵌段比为30/70、分子量为29-30万)。

乳化结果  不乳化。

对比例4

乳化SBS改性沥青组成配方及乳化方法与实施例1相同，只是所用SBS的技术参数改变，所用SBS为韩国生产的LG-501(线型结构、嵌段比为31/69、分子量为13-15万)。

乳化SBS改性沥青的性能

乳液蒸发残留物的软化点(℃)     64

乳液蒸发残留物的5℃延度(cm)    30

乳液储存稳定性(5d)％           分层

对比例5

在实施例4中不加稳定剂SWD，其它相同。

乳化SBS改性沥青的性能

乳液蒸发残留物的软化点(℃)      58

乳液蒸发残留物的5℃延度(cm)     23.6

乳液储存稳定性(5d)％            3.0。

Claims (6)

1.一种乳化SBS改性沥青，其特征在于，包括以下质量的组分，

基质沥青                                55-60％；

SBS                                     2.5-4％；

SBS改性沥青稳定剂SWD                    0.1-0.5％；

沥青阳离子乳化剂                        1-3％；

水                                      40-45％；

还包括相当于水质量0.3-0.8％的氯化钙、相当于水质量0.1-0.5％的增稠剂以及调节PH值2-4的酸；所述的SBS为线型结构，其嵌段比为20/80--28/72，分子量为10-16万。

2.根据权利要求1所述的乳化SBS改性沥青，其特征在于，所述的SBS的嵌段比为25/75，分子量为12-13万。

3.根据权利要求1所述的乳化SBS改性沥青，其特征在于，所述沥青阳离子乳化剂包括十六或十八烷基苯三甲基氯化氨。

4.根据权利要求1所述的乳化SBS改性沥青，其特征在于，所述的酸包括盐酸、乙酸、甲酸。

5.根据权利要求1所述的乳化SBS改性沥青，其特征在于，所述氯化钙的用量是相当于水质量的0.5％；所述增稠剂用量是相当于水质量的0.3％。

6.权利要求1所述的乳化SBS改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)先把基质沥青加热到160-180℃，加入SBS，搅拌20分钟，然后加入SBS改性沥青稳定剂SWD，在温度175±10℃下在乳化剪切机中以转速4000r/min剪切20分钟，得SBS改性沥青备用；

(2)皂液制备：

在水中加入沥青阳离子乳化剂、氯化钙和增稠剂，用酸调节PH值为2-4，加热使温度达60-80℃，使增稠剂溶解均匀，即得热的皂液；

(3)将皂液置于乳化分散釜中，然后将SBS改性沥青在4000r/min以上高速剪切下注入皂液中乳化分散形成乳液，冷却即得到成品乳化SBS改性沥青；或者将皂液和SBS改性沥青分别装入乳化设备中的皂液罐和沥青罐，然后同步进入胶体磨进行乳化，冷却即得到成品乳化SBS改性沥青。