CN102234435B - 采用复合型乳化剂制备的抗冻性乳化沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用复合型乳化剂制备的抗冻性乳化沥青及其制备方法。该乳化沥青包括沥青、阳离子型乳化剂、阴离子型乳化剂、两性离子型乳化剂、非离子型乳化剂、醇和水。所述的醇类为乙醇、丙醇、异丙醇和叔丁醇中的一种或多种。本发明的乳化沥青在复合乳化剂与低级脂肪醇的协同作用下，在不加入柴油或煤油等稀释剂的情况下，不但能够缩短水分挥发的时间，加快混合料硬化速度，还能提高抗冻性能，在-5℃～-25℃时不冻结，而且还保持了原有沥青的粘结性等优良性能，避免了混合料冬季发生低温收缩开裂或冻融松散现象。本发明的抗冻性乳化沥青用于公路养护、维修。

Description

采用复合型乳化剂制备的抗冻性乳化沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种乳化沥青及其制备方法，特别是一种采用复合型乳化剂制备的抗冻性乳化沥青及其制备方法，本发明乳化沥青可用于公路养护、维修。

背景技术

在公路的养护及维修过程中，乳化沥青是一种常用的材料之一。与热沥青相比，有节省能源、使用方便、环保等优点。但以往所使用的乳化沥青存在抗冻性能较差的缺点，冬季储存时很容易因冻结而破乳，以致无法继续使用。此外，采用乳化沥青铺筑的路面，冬季容易发生低温收缩开裂或冻融松散，也是由于所采用的乳化沥青抗冻性能较差引起的。以往的乳化沥青只能在温度高于-5℃时使用，当低于-5℃则发生冻结，融溶后便发生破乳，无法再使用。

CN1554708A公开了一种路用冷拌冷铺沥青料，是将沥青加热至120℃溶融，加入稀释剂(柴油或煤油)、树脂、聚氨酯、防冻剂(乙二醇或二甘醇)、促凝剂，搅拌均匀而得。该沥青料是一种稀释沥青，并不是乳化沥青，其中没有水的成分。该方法为了弥补因稀释剂的加入而使沥青丧失原有的粘结性等性能，加入了高分子物质树脂和聚氨酯，不但步骤复杂，增加了制备成本，而且该专利产品不适于在有水存在的情况下使用，在应用时必须保证路面干燥，与乳化沥青相比，对施工环境条件要求较为严格。此外，加入柴油或煤油作为稀释剂成本较高，而且当柴油或煤油挥发时还会污染空气，操作人员在工作时会闻到很浓的油气味，对人员的身体健康有害。添加乙二醇或二甘醇作为防冻剂，因其沸点较高不易挥发，不仅会使混合料的初凝时间延长，而且还会引起混合料松散，石料容易剥落。尽管该专利已经加入了胺类促凝剂，使初凝时间加快，增强了石料表面的电荷性，从而提高了沥青与石料的粘附性，但由于柴油(或煤油)及乙二醇(或二甘醇)的加入，会明显降低沥青的粘度和韧性，即使加入了胺类促凝剂也只能改善沥青与石料之间的粘附性，但无法改善石料与石料之间的粘结性。所以，该专利在粘结性方面存在问题。从其实施例中马歇尔稳定度数据也能够看出，混合料的粘结性不好，所以稳定度较小。

CN101148544A公开了一种冷灌缝沥青乳液及其制备方法，该沥青乳液中使用了少量的溶剂油，虽然较CN1554708A中柴油或煤油的用量低，但仍会在一定程度上使沥青的粘结性变差，而且会增加成本，污染空气。另外，CN101148544A单独使用了阳离子乳化剂或阴离子乳化剂，由于该沥青乳化体系较为复杂，而乳化剂单一，乳液的储存稳定性会存在问题。此外，该专利中使用了乙二醇或丙三醇，尽管二者抗冻性能好，但因其沸点较高不易挥发，应用后存留于混合料中，会使沥青的粘结性变差，使混合料不易硬化，新材料与旧路面之间的粘结性差，不易形成稳固的粘结层。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种抗冻性能好、粘结性好、成本低的采用复合型乳化剂制备的抗冻性乳化沥青及其制备方法。该乳化沥青可以实现在-5℃～-25℃时不冻结，避免了以往的乳化沥青因冬季冻结而引起破乳，造成资源浪费，同时还可避免采用以往的乳化沥青铺筑的路面冬季发生冻结收缩开裂或冻融松散现象。

本发明乳化沥青，包括沥青、阳离子型乳化剂、阴离子型乳化剂、两性离子型乳化剂、非离子型乳化剂、醇、水，以抗冻性乳化沥青的总重量计：

沥青                      40.0％～65.0％，

阳离子型乳化剂            0.02％～3.3％，

阴离子型乳化剂            0.01％～0.5％，

两性离子型乳化剂          0.01％～0.5％，

非离子型乳化剂            0.01％～0.7％，

醇                        10.0％～20.0％，

水                        24.0％～35.0％；

所用的醇类为乙醇、丙醇、异丙醇和叔丁醇中的一种或多种，优选为叔丁醇。

所用的阳离子型乳化剂为季铵盐类，可以是十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基苄基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵中的一种或几种。

所用的阴离子型乳化剂为硫酸酯盐类，优选为烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪胺聚氧乙烯硫酸钠中的一种或多种。所述的烷基硫酸钠的烷基碳数为12～18。所述的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中，脂肪醇的碳数为14～20，聚氧乙烯分子个数为1～4。所述的脂肪胺聚氧乙烯硫酸钠中，脂肪胺的碳数为14～20，聚氧乙烯分子个数为1～4。

所用的两性离子型乳化剂为氨基羧酸及其盐，可以是N-椰油基-β-氨基丙酸钠、N-椰油基-β-氨基丙酸、N-月桂基-β-氨基丙酸、N-豆蔻基-β-氨基丙酸、N-牛油基-β-亚氨二丙酸二钠、N-月桂基-β-亚氨二丙酸二钠中的一种或多种。

所用的非离子型乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚或烷基酚聚氧乙烯醚。其中，脂肪醇聚氧乙烯醚可以是月桂醇聚氧乙烯醚、油醇聚氧乙烯醚、棕榈醇聚氧乙烯醚、环己醇聚氧乙烯醚、萜烯醇聚氧乙烯醚中的一种或几种任意比例的混合物，其中脂肪醇聚氧乙烯醚中聚氧乙烯分子个数为15～25。烷基酚聚氧乙烯醚可以是辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或两种任意比例的混合物，其中烷基酚聚氧乙烯醚中聚氧乙烯分子个数为15～25。

所用的沥青为石油沥青，包括直馏沥青、氧化沥青、溶剂脱油沥青、聚合物改性沥青中的一种或多种，其针入度为40～2101/10mm。

所用的水可以是自来水、地下水、工业水及河水中的一种或多种。

本发明采用复合型乳化剂制备抗冻性乳化沥青的方法是：先把阳离子型乳化剂、阴离子型乳化剂、两性离子型乳化剂、非离子型乳化剂共同溶于水中，然后再加入醇类，制备成皂液并加热到40℃～65℃备用；将沥青加热至110℃～165℃备用；将上述皂液和热沥青分别输送到胶体磨中，经胶体磨均匀分散及研磨后，成为水包油型乳液，当乳液温度降到70℃以下，最好是降到40℃以下时出系统，得到抗冻性乳化沥青。其中所述的经胶体磨研磨后的乳液未降到出系统温度时，可以采用换热的方式，比如冷却器进行降温，然后出系统。

本发明采用复合型乳化剂制备的抗冻性乳化沥青具有如下优点：

1、本发明所用的乳化剂是由阳离子型、阴离子型、两性离子型及非离子型乳化剂复配而成，尤其是阳离子型乳化剂选用季铵盐类，阴离子型乳化剂选用硫酸酯盐类，两性离子型乳化剂选用氨基羧酸及其盐，非离子型乳化剂选用脂肪醇聚氧乙烯醚或烷基酚聚氧乙烯醚类，四者进行复配。该复配方案可以充分利用乳化剂各自的长处，通过配比的合理搭配，使所用的乳化剂总量减少，节省成本，还可以提高乳化剂的乳化能力，提高乳液的储存稳定性。乳液与石料的拌合性能好，能够适当增加可拌合时间，使混合料的拌合更容易均匀，乳液与石料拌合后，沥青与石料的结合性好，粘结力大，混合料的抗冻性和马歇尔稳定度也得到提高。而且还能促进混合料硬化速度，缩短硬化时间。

2、本发明的抗冻性乳化沥青，由于低级脂肪醇与复合乳化剂同时存在于乳化沥青中，通过两者的协同作用，不仅能够提高乳液稳定性，而且即使在-25℃反复冻融也不会发生结块现象，具有很好的稳定性和抗冻融性能。当在道路上应用后，一部分醇挥发出去并能够同时将水分携带挥发，缩短水分挥发的时间，加快混合料硬化速度，可迅速开放交通，避免因道路维修造成的交通拥堵，一部分醇仍存留于沥青材料中起到抗冻效果，使混合料不易发生冻融松散现象，提高了路面维修质量。此外，由于低级脂肪醇的存在，提高了混合料的扩散性，当用于路面嵌缝修补时，混合料容易扩散到旧路面裂缝的深层部位，提高修补效果。

3、本发明不使用柴油或溶剂油等油品，可以保持沥青原有的良好性能，比如粘结性等，而且可降低成本，减轻因柴油或溶剂油分挥发造成的空气污染及人身安全问题。

4、本发明方法可以采用现有的工业装置，不用进行改造即可实施。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但本发明不限于以下实施例。

实施例1

取针入度为1481/10mm的辽河原油直馏沥青6400g，加热至115℃备用。取阳离子型乳化剂十六烷基三甲基氯化铵330g，阴离子型乳化剂脂肪(18)醇聚氧乙烯(3)醚硫酸钠20g，两性离子型乳化剂N-椰油基-β-氨基丙酸钠50g，非离子型乳化剂油醇聚氧乙烯(20)醚1g，共同溶于2129g水中，待乳化剂充分溶解后，再加入异丙醇1070g，充分搅拌均匀，加热到42℃，制备成皂液备用。然后将皂液和沥青分别输送到胶体磨中，经胶体磨均匀分散及研磨后，成为水包油型乳液，再通过冷却器使乳液温度降低到60℃以下，从系统的出口流出，得到抗冻性乳化沥青。具体结果见表1。

实施例2

取针入度为981/10mm的茂名石化公司的阿曼原油溶剂脱油沥青6000g，加热至125℃备用。取阳离子型乳化剂十八烷基三甲基氯化铵50g，阴离子型乳化剂脂肪(18)胺聚氧乙烯(4)硫酸钠1g，两性离子型乳化剂N-月桂基-β-氨基丙酸1g，非离子型乳化剂辛基酚聚氧乙烯(20)醚30g，溶于2518g水中，待乳化剂充分溶解后，再加入乙醇400g，叔丁醇1000g，充分搅拌均匀，加热到50℃，制备成皂液备用。然后将皂液和沥青分别输送到胶体磨中，经胶体磨均匀分散及研磨后，成为水包油型乳液，再通过冷却器使乳液温度降低到50℃以下，从系统的出口流出，得到抗冻性乳化沥青。具体结果见表1。

实施例3

取针入度为561/10mm的齐鲁石化公司的科威特原油氧化沥青4200g，加热至155℃备用。取阳离子型乳化剂十八烷基三甲基苄基氯化铵2g，阴离子型乳化剂十二烷基硫酸钠50g，两性离子型乳化剂N-牛油基-β-亚氨二丙酸二钠6g，非离子型乳化剂月桂醇聚氧乙烯(20)醚70g，溶于3672g水中，待乳化剂充分溶解后，再加入丙醇2000g，充分搅拌均匀，加热到55℃，制备成皂液备用。然后将皂液和沥青分别输送到胶体磨中，经胶体磨均匀分散及研磨后，成为水包油型乳液，再通过冷却器使乳液温度降低到70℃以下，从系统的出口流出，得到抗冻性乳化沥青。具体结果见表1。

实施例4

取针入度为2081/10mm的SBS改性沥青5000g，加热至162℃备用。取阳离子型乳化剂十二烷基二甲基苄基氯化铵150g，阴离子型乳化剂脂肪(20)醇聚氧乙烯(4)醚硫酸钠10g，两性离子型乳化剂N-月桂基-β-亚氨二丙酸二钠20g，非离子型乳化剂壬基酚聚氧乙烯(20)醚12g，溶于3208g水中，待乳化剂充分溶解后，再加入叔丁醇1600g，充分搅拌均匀，加热到62℃，制备成皂液备用。然后将皂液和沥青分别输送到胶体磨中，经胶体磨均匀分散及研磨后，成为水包油型乳液，再通过冷却器使乳液温度降低到40℃以下，从系统的出口流出，得到抗冻性乳化沥青。具体结果见表1。

比较例1

取针入度为561/10mm的齐鲁石化公司的科威特原油氧化沥青4200g，加热至155℃备用。取阳离子型胺化木质素乳化剂440g，非离子型乳化剂失水山梨醇硬脂酸酯160g，溶于3200g水中，待乳化剂充分溶解后，再加入丙醇2000g，充分搅拌均匀，加热到55℃，制备成皂液备用。然后将皂液和沥青分别输送到胶体磨中，经胶体磨均匀分散及研磨后，成为水包油型乳液，再通过冷却器使乳液温度降低到70℃以下，从系统的出口流出，得到抗冻性乳化沥青。具体结果见表1。

比较例2

取针入度为2081/10mm的SBS改性沥青5000g，加热至162℃备用。取阳离子型乳化剂十二烷基二甲基苄基氯化铵150g，阴离子型乳化剂脂肪(20)醇聚氧乙烯(4)醚硫酸钠10g，两性离子型乳化剂N-月桂基-β-亚氨二丙酸二钠20g，非离子型乳化剂壬基酚聚氧乙烯(20)醚12g，溶于3208g水中，待乳化剂充分溶解后，再加入乙二醇1600g，充分搅拌均匀，加热到62℃，制备成皂液备用。然后将皂液和沥青分别输送到胶体磨中，经胶体磨均匀分散及研磨后，成为水包油型乳液，再通过冷却器使乳液温度降低到40℃以下，从系统的出口流出，得到抗冻性乳化沥青。具体结果见表1。

比较例3

取针入度为981/10mm的茂名石化公司的阿曼原油溶剂脱油沥青6000g，加热至125℃备用。取阴离子型乳化剂十二烷基苯磺酸钠100g，非离子型乳化剂聚氧乙稀山梨醇三油酸酯20g，溶于2480g水中，待乳化剂充分溶解后，再加入乙醇400g，叔丁醇1000g，充分搅拌均匀，加热到50℃，制备成皂液备用。然后将皂液和沥青分别输送到胶体磨中，经胶体磨均匀分散及研磨后，成为水包油型乳液，再通过冷却器使乳液温度降低到50℃以下，从系统的出口流出，得到抗冻性乳化沥青。具体结果见表1。

表1

Claims (13)

1.一种采用复合型乳化剂制备的抗冻性乳化沥青，包括沥青、阳离子型乳化剂、阴离子型乳化剂、两性离子型乳化剂、非离子型乳化剂、醇、水，以乳化沥青的总重量计：

所用的醇类为乙醇、丙醇、异丙醇和叔丁醇中的一种或多种；所述的阳离子型乳化剂为季铵盐类，所述的阴离子型乳化剂为硫酸酯盐类，所述的两性离子型乳化剂为氨基羧酸及其盐，所述的非离子型乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚或烷基酚聚氧乙烯醚。

2.按照权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于所述的醇类为叔丁醇。

3.按照权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于所述的季铵盐类是十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵中的一种或几种。

4.按照权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于所述的硫酸酯盐类为烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪胺聚氧乙烯硫酸钠中的一种或多种。

5.按照权利要求4所述的乳化沥青，其特征在于所述的烷基硫酸钠的烷基碳数为12～18；所述的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中，脂肪醇的碳数为14～20，环氧乙烷的加成数为1～4；所述的脂肪胺聚氧乙烯硫酸钠中，脂肪胺的碳数为14～20，环氧乙烷的加成数为1～4。

6.按照权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于所述的氨基羧酸及其盐是N-椰油基-β-氨基丙酸钠、N-椰油基-β-氨基丙酸、N-月桂基-β-氨基丙酸、N-豆蔻基-β-氨基丙酸、N-牛油基-β-亚氨二丙酸二钠、N-月桂基-β-亚氨二丙酸二钠中的一种或多种。

7.按照权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于所述的脂肪醇聚氧乙烯醚是月桂醇聚氧乙烯醚、油醇聚氧乙烯醚、棕榈醇聚氧乙烯醚、环己醇聚氧乙烯醚、萜烯醇聚氧乙烯醚中的一种或几种任意比例的混合物，其中所述的脂肪醇聚氧乙烯醚中环氧乙烷的加成数为15～25；所述的烷基酚聚氧乙烯醚是辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或两种任意比例的混合物，其中所述的烷基酚聚氧乙烯醚中环氧乙烷的加成数为15～25。

8.按照权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于所用的沥青为针入度为40～210 1/10mm的石油沥青。

9.按照权利要求8所述的乳化沥青，其特征在于所用的石油沥青为直馏沥青、氧化沥青、溶剂脱油沥青和聚合物改性沥青中的一种或多种。

10.权利要求1～9任一所述的乳化沥青的制备方法，包括如下步骤：先把阳离子型乳化剂、阴离子型乳化剂、两性离子型乳化剂、非离子型乳化剂共同溶于水中，然后再加入醇类，制备成皂液并加热到40℃～65℃备用，将沥青加热至110℃～165℃备用；将上述皂液和热沥青分别输送到胶体磨中，经胶体磨均匀分散及研磨后，成为水包油型乳液，当乳液温度降到70℃以下时出系统，得到抗冻性乳化沥青。

11.按照权利要求10所述的制备方法，其特征在于所述的乳液温度降到40℃以下时出系统，得到抗冻性乳化沥青。

12.按照权利要求10所述的制备方法，其特征在于所述的经胶体磨研磨后的乳液未降到出系统温度时，采用换热的方式降温，然后出系统。

13.按照权利要求12所述的制备方法，其特征在于所述的换热采用冷却器。