CN102352113A - 一种聚合物微胶囊改性乳化沥青的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于沥青改性技术领域的一种聚合物微胶囊改性乳化沥青的制备方法。通过细乳液聚合的方法，在沥青微球表面微胶囊原位包覆、交联一层聚合物壳层，形成有机/无机复合核壳结构。该聚合物微胶囊改性乳化沥青成膜后，可形成聚合物和沥青的互穿网络结构，体现了有机/无机复合材料的特性，耐热性更佳，软化点高，用其生产的混合料抗永久变形好，防止高温季节路面形成车辙等病害，更适应炎热地区的路面建设及养护需要。由于其具有聚合物改性的特点，韧性增加，抗裂性好，还可广泛应用于高速铁路板式无砟轨道轨道或城市轻轨的乳化沥青水泥砂浆等领域。
Description
技术领域
本发明属于沥青改性技术领域，具体涉及一种聚合物微胶囊改性乳化沥青的制备方法。
背景技术
沥青是一类广泛用于公路交通、防水工程方面的材料。沥青最大的缺点在于其温度敏感性，冬季容易脆裂，夏季容易软化。随着现代社会国民经济的迅速发展，交通流量和行驶频率激增，车辆承重能力不断增加，同时要求公路设施能经受更严酷的高低温气候条件，耐久性更好，减少维修工作量。现代工程要求沥青在低温下仍具有应有的弹性和塑性，高温时具有一定的强度和热稳定性，与各类工程施工面的结合能力，抗疲劳性等方面提出了更高的要求。普通沥青已经无法达到其使用标准和要求。聚合物改性乳化沥青是一类常见的手段，其热稳定性、软化点、与集料的粘附性、回弹性能、成膜性、耐疲劳性、抗裂性等都有所提高。聚合物改性沥青乳液可以在常温下搅拌、喷洒、铺筑各种路面，也可用在透层油、粘层油、基层养护等方面，可以消除公路路面开裂、车辙、老化等问题，提高路面平整、防滑、防水及耐久性。
改性沥青是一种添加橡胶胶乳类高分子聚合物的乳化沥青产品，既吸取了橡胶沥青材料的特性，又保留着乳化沥青的优点，使乳化沥青的耐候性提高，弹性、粘结性和韧性增强，同时还可以提高微表处的高温稳定性、低温抗裂性、内聚力、防水性能，从而延长其使用寿命。其性能优劣直接影响路面养护微表处技术的成败。常见的聚合物改性乳化沥青主要通过两种方法进行制备：对乳化沥青进行聚合物改性和对聚合物改性沥青进行乳化。前者是将乳化沥青为母体，加入聚合物乳液及适当的添加剂如分散稳定剂等进行热混合。后者是将沥青与聚合物均匀混合后，再加入乳化剂溶液等进行高速剪切乳化。用于制备聚合物改性乳化沥青的聚合物主要有：丁苯橡胶胶乳、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、天然橡胶胶乳、羧基胶乳、氯丁橡胶胶乳等。聚合物添加量一般在3％左右。
不难发现，目前的改性手段更加通过的是一种物理复配的方法。不可避免存在聚合物和沥青的相容性较差、长期稳定性和乳化剂性能差、乳化温度高(一般都在150度以上)等缺点，这亦是目前聚合物改性乳化沥青生产领域面临的技术难题。针对这一技术背景，本专利发明了一种聚合物微胶囊改性乳化沥青的制备方法。通过自由基细乳液聚合的方法，在沥青颗粒表面原位聚合，微胶囊包覆、交联聚合物壳层，形成有机/无机复合核壳结构。解决了聚合物和沥青相容性的问题，长期稳定性好。制备过程中温度较低，在60～90℃即可生产。同时，普通物理复配的聚合物改性乳化沥青成膜后，沥青和聚合物的膜是连续、相互独立的；而本专利发明的聚合物微胶囊改性乳化沥青成膜后可形成聚合物和沥青的互穿网络结构IPN(interpenetrating Polymer Network)，无疑将进一步提高聚合物改性乳化沥青的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚合物微胶囊改性乳化沥青的制备方法。
一种聚合物微胶囊改性乳化沥青的制备方法，按照如下步骤进行：
(1)将10～500g基质沥青与含1～200g乳化剂的水溶液进行超声混合得到均匀溶液；
(2)向步骤(1)得到的溶液中加入10～500g单体溶胀1～5小时，升温至60～90℃，加入1～30g引发剂充分聚合1～3小时后，加入20～600g单体和4～50g引发剂持续反应1～12小时，降温冷却，滤去残渣后用NaOH调节原液pH值至碱性，得聚合物微胶囊改性乳化沥青。
所述乳化剂选自烷基硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、脂肪醇硫酸盐、月桂基二乙醇酰胺、月桂酰胺丙基甜菜碱、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚琥珀酸酯磺酸钠、月桂酰胺丙基氧化胺、直链烷基苯磺酸盐、聚氧乙烯山梨醇单月桂酸酯、羟乙基纤维素中的一种或一种以上。
所述单体为丙烯酸类单体、苯乙烯、丙烯酸酯类单体、交联剂的混合物，丙烯酸类单体、苯乙烯、丙烯酸酯类单体与交联剂的质量比为(1～50)∶(50～800)∶(5～600)∶(1～50)。
所述丙烯酸类单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸铵盐、丙烯酸单价金属盐、丙烯酸二价金属盐、甲基丙烯酸铵盐、甲基丙烯酸单价金属盐、甲基丙烯酸二价金属盐中的一种或一种以上；所述交联剂选自异氰酸盐、有机过氧化物、硅烷、三聚氰胺、异氰酸酯、羟甲基酯中的一种或一种以上；所述丙烯酸酯类单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸四氢呋喃酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸异丁酯中的一种或一种以上。
所述引发剂为过氧化二苯甲酰、过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、V-50引发剂、过氧化十二酰中的一种或一种以上。
本发明的有益效果：1、本发明所制备的聚合物微胶囊改性乳化沥青稳定性好，在沥青颗粒表面原位聚合，微胶囊包覆、交联聚合物壳层，形成有机/无机复合核壳结构，解决聚合物和沥青的相容性问题。2、生产、制备过程简单，温度低。3、聚合物微胶囊改性乳化沥青成膜后可形成聚合物和沥青的互穿网络结构，进一步提高聚合物改性乳化沥青的性能。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
将400g基质沥青与含有30g脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的水溶液进行超声混合得到均匀溶液后，加入10g(甲基丙烯酸、苯乙烯、丙烯酸甲酯与异氰酸酯的混合物，各组分的质量比为2∶70∶10∶3)溶胀2小时，升温至90℃，用3g的引发剂充分聚合3小时后，加入30g上述单体和10g过氧化二苯甲酰持续反应3小时，降温冷却，滤去残渣后用NaOH调节原液PH值至碱性，即得聚合物微胶囊改性乳化沥青。
测试聚合物微胶囊改性乳化沥青粒径大小为2180nm，分散指数为0.134。
实施例2
将500g基质沥青与含有8g月桂酰胺丙基甜菜碱的水溶液进行超声混合得到均匀溶液后，加入20g单体(丙烯酸铵钠、苯乙烯、甲基丙烯酸四氢呋喃酯与硅烷的混合物，各组分的质量比为11∶270∶100∶11)溶胀5小时，升温至80℃，用6g的过硫酸钠充分聚合3小时后，加入80g上述单体和20g过硫酸钠持续反应8小时，降温冷却，滤去残渣后用NaOH调节原液PH值至碱性，即得聚合物微胶囊改性乳化沥青。
测试聚合物微胶囊改性乳化沥青粒径大小为2330nm，分散指数为0.152。
实施例3
将300g基质沥青与含有85g脂肪醇聚氧乙烯醚琥珀酸酯磺酸钠的水溶液进行超声混合得到均匀溶液后，加入10g单体(丙烯酸钠、丙烯酸铜、苯乙烯、甲基丙烯酸异丁酯中与三聚氰胺的混合物，各组分的质量比为10∶11∶570∶400∶31)溶胀4小时，升温至85℃，用8g的V-50引发剂充分聚合2小时后，加入80g上述单体和40gV-50引发剂持续反应10小时，降温冷却，滤去残渣后用NaOH调节原液PH值至碱性，即得聚合物微胶囊改性乳化沥青。
测试聚合物微胶囊改性乳化沥青粒径大小为2210nm，分散指数为0.092。
实施例4
将440g基质沥青与含有125g月桂酰胺丙基氧化胺的水溶液进行超声混合得到均匀溶液后，加入136g单体(甲基丙烯酸铵钠、苯乙烯、丙烯酸-2-乙基己酯、三聚氰胺与羟甲基酯的混合物，各组分的质量比为41∶600∶490∶21∶20)溶胀1小时，升温至70℃，用10g的偶氮二异丁腈充分聚合1小时后，加入40g上述单体和45g偶氮二异丁腈持续反应12小时，降温冷却，滤去残渣后用NaOH调节原液PH值至碱性，即得聚合物微胶囊改性乳化沥青。
测试聚合物微胶囊改性乳化沥青粒径大小为2253nm，分散指数为0.078。
实施例5
将80g基质沥青与含有2g羟乙基纤维素乳化剂和3g月桂酰胺丙基氧化胺的水溶液进行超声混合得到均匀溶液后，加入20g单体(甲基丙烯酸铵钠、苯乙烯、丙烯酸乙酯与羟甲基酯的混合物，各组分的质量比为45∶700∶550∶47)溶胀5小时，升温至60℃，用8g的过硫酸铵充分聚合2小时后，加入20g上述单体和48g过硫酸铵持续反应4小时，降温冷却，滤去残渣后用NaOH调节原液PH值至碱性，即得聚合物微胶囊改性乳化沥青。
测试聚合物微胶囊改性乳化沥青粒径大小为2276nm，分散指数为0.178。
实施例1-5所得到的产品性能测试结果如下：
软化点测试按照GB/T 4507-1999《沥青软化点测定法(环球法)》进行。针入度测试按照GB/T 4509《石油沥青针入度测定法》进行。延度测试按照GB/T4508-1999《沥青延度测定法》进行。
实验结果表明，聚合物微胶囊改性乳化沥青软化点随聚合物添加比例增大而升高，表示耐热性越好。延度值降低，表示塑性变差，针入度则有所提高。性能优异，稳定性好，且蒸发过程气味少，有良好的应用价值和前景。
Claims (5)
1.一种聚合物微胶囊改性乳化沥青的制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行：
(1)将10～500g基质沥青与含1～200g乳化剂的水溶液进行超声混合得到均匀溶液；
(2)向步骤(1)得到的溶液中加入10～500g单体溶胀1～5小时，升温至60～90℃，加入1～30g引发剂充分聚合1～3小时后，加入20～600g单体和4～50g引发剂持续反应1～12小时，降温冷却，滤去残渣后用NaOH调节原液pH值至碱性，得聚合物微胶囊改性乳化沥青。
2.根据权利要求1所述一种聚合物微胶囊改性乳化沥青的制备方法，其特征在于，所述乳化剂选自烷基硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、脂肪醇硫酸盐、月桂基二乙醇酰胺、月桂酰胺丙基甜菜碱、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚琥珀酸酯磺酸钠、月桂酰胺丙基氧化胺、直链烷基苯磺酸盐、聚氧乙烯山梨醇单月桂酸酯、羟乙基纤维素中的一种或一种以上。
3.根据权利要求1所述一种聚合物微胶囊改性乳化沥青的制备方法，其特征在于，所述单体为丙烯酸类单体、苯乙烯、丙烯酸酯类单体、交联剂的混合物，丙烯酸类单体、苯乙烯、丙烯酸酯类单体与交联剂的质量比为(1～50)∶(50～800)∶(5～600)∶(1～50)。
4.根据权利要求3所述一种聚合物微胶囊改性乳化沥青的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸类单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸铵盐、丙烯酸单价金属盐、丙烯酸二价金属盐、甲基丙烯酸铵盐、甲基丙烯酸单价金属盐、甲基丙烯酸二价金属盐中的一种或一种以上；所述交联剂选自异氰酸盐、有机过氧化物、硅烷、三聚氰胺、异氰酸酯、羟甲基酯中的一种或一种以上；所述丙烯酸酯类单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸四氢呋喃酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸异丁酯中的一种或一种以上。
5.根据权利要求1所述一种聚合物微胶囊改性乳化沥青的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过氧化二苯甲酰、过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、V-50引发剂、过氧化十二酰中的一种或一种以上。
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