CN102675890A - 微波加热破乳慢裂快凝型改性乳化沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微波加热破乳慢裂快凝型改性乳化沥青及其制备方法，采用一定比例的沥青、阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂及助剂在高剪切力作用下乳化而成的沥青乳液，解决了现有慢裂快凝型乳化沥青凝结速度不可控制、温度和石料适应性差的问题，提供一种在常温下可长期稳定储存，不发生分层离析、破乳现象，与集料拌和后，不发生破乳凝结现象，可提供充足的施工时间，当被微波加热到约70℃时，就可快速破乳凝结的乳化沥青。本发明制备得到的沥青乳液颗粒细腻均匀，在稀浆封层施工应用中，可提供充分的拌和时间，并能控制凝结速度，对石料具有普适性，还可延长施工季节，提高工程质量。

Description

微波加热破乳慢裂快凝型改性乳化沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于交通路面材料技术领域，具体涉及利用微波加热破乳的慢裂快凝型改性乳化沥青及其制备方法。

背景技术

乳化沥青可常温施工、节约能源和沥青，且能保护环境和保障施工人员的健康，符合国家节能减排政策，因此，其应用已涉及多个领域。乳化沥青稀浆封层就是乳化沥青应用的一个重要方向。该技术是国家在上世纪80年代中期从国外引进的一种道路养护新技术，它具有和易性好、施工快、粘附力强、无污染等优点。慢裂快凝改性乳化沥青封层技术充分发挥了改性乳化沥青的优势，是一种快捷方便、经济实用的路面施工技术，用于路面的预防性养护具有较大的经济及社会效益。如高速公路的稀浆封层养护就需要慢裂快凝型改性乳化沥青，要求改性乳化沥青要和石料有充分的拌和时间，又要有快凝的效果。但是，目前市场上稀浆封层和微表处应用的改性乳化沥青储存稳定性差，造成沥青乳液离析，导致施工中路面油石比不同；沥青破乳速度不能满足尽快开放交通的要求，存在乳液破乳过快可能造成混合料报废，过慢则会推迟开放交通时间的问题；乳化沥青对石料的配伍具有很大的局限性，石料的产地、酸碱性、含水率等因素的变化，易使乳化沥青凝结时间不可控制，造成乳化沥青与石料不能拌和均匀，极大地影响着工程质量，提高工程制造成本。

上述问题使慢裂快凝型改性乳化沥青在高速公路的稀浆封层和微表处养护推广应用中受到很大阻碍。随着现代交通量的增长以及轴载增加，使得高等级公路预防性养护逐渐被重视，急需一种具有良好的储存稳定性、粘结性能和耐高温性能、破乳速度可控、破乳后可快速凝结的慢裂快凝型改性乳化沥青。

发明内容

本发明的目的就是提供一种利用微波加热破乳的慢裂快凝型改性乳化沥青的制备方法，制备出具有良好储存稳定性，破乳速度可控、破乳后可快速凝结且性能良好的慢裂快凝型改性乳化沥青。

为了实现上述技术目标，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种微波加热破乳的慢裂快凝型改性乳化沥青，其特征在于：它是由下述原料按照重量百分比制成：沥青：55～65%，阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂：4-6%，稳定剂：1-2%，余量为水，上述原料的重量百分比之和为100%；

所述的沥青为重交基质石油沥青或煤沥青；

所述的阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂是由烷基酰胺基多胺或胺化木质素阳离子表面活性剂、烷基磺酸钠或木质素磺酸盐阴离子表面活性剂、浊点温度为70℃的聚氧乙烯型或多元醇型非离子表面活性主剂与水性环氧树脂乳液反应制成；

所述的稳定剂是高分子量聚乙烯醇和钠基膨润土的复合物。

其中沥青优选70号或90号重交基质石油沥青。

阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂按照如下方法制得：

将30重量份烷基酰胺基多胺阳离子表面活性剂与50重量份（干重）的固含量50%的水性环氧树脂乳液在50℃反应1小时间后，然后加入10重量份的壬基酚聚氧乙烯醚TX-12非离子表面活性主剂，搅拌均匀后，保温，再加入10重量份的烷基磺酸钠阴离子表面活性剂反应1时间，最终制备出阳离子-阴离子-非离子三元复合乳化剂；

或者将30重量份胺化木质素阳离子表面活性剂与50重量份（干重）的固含量为50%的水性环氧树脂乳液在50℃反应1小时间后，然后加入10重量份的聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯T-60非离子表面活性主剂，搅拌均匀后，保温，再加入10重量份木质素磺酸盐阴离子表面活性剂反应1时间，最终制备出阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂。

微波加热破乳的慢裂快凝型改性乳化沥青的制备方法，首先按照重量份配比选取沥青：55～65%，阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂：4-6%，稳定剂：1-2%，余量为水，上述原料的重量百分比之和为100%，然后将选取的沥青加热至135～140℃下保温备用，另将水加入乳化剂水溶液配置釜内，加热升温至55～60℃，按比例依次加入稳定剂、阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂，搅拌均匀，最后将上述配制的基质沥青和乳化剂水溶液按要求同时加入胶体磨，即可磨制成微波加热破乳的慢裂快凝型环氧树脂改性乳化沥青。

本发明针对现有慢裂快凝型乳化沥青的可拌和时间短、凝结时间短而不可控的缺点，提供一种利用微波加热控制破乳的慢裂快凝型改性乳化沥青。该新型慢裂快凝型环氧改性乳化沥青采用自制的阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂。该三元复合乳化剂利用水性环氧树脂的环氧基团在低温下即可与阳离子慢裂表面活性剂的伯胺反应，实现了在不添加酸的情况下，阳离子表面活性剂即可溶于水中，在非离子表面活性剂的增溶作用和同系的阴离子慢裂表面活性剂相似相溶及强电相互作用的共同作用下，突破了阳离子与阴离子表面活性剂一般不能混和使用的配伍禁忌，表现出超强的乳化能力和稳定性。同时在稳定剂的保水作用下，使用三元复合乳化剂制备的慢裂快凝型环氧改性乳化沥青具有优良的慢裂性能，具有对各种石料广泛的适应性。在微波作用下，阳离子表面活性剂的胺基与水性环氧树脂的环氧基团发生交联反应，非离子表面活性剂在浊点反生相反转，导致三元复合乳化剂凝聚，从而使乳化沥青快速破乳。

在稀浆封层施工中，该新型慢裂快凝型环氧改性乳化沥青与石料的拌和时间充分，在微波作用下，乳化沥青中含有足够的羟基、羧基、氨基、酰胺基等快速吸收微波基团，乳化沥青温度快速升温至约70℃时，即达到非离子乳化剂的浊点温度，改性乳化沥青迅速破乳凝结。这种利用微波控制破乳的慢裂快凝型环氧树脂改性乳化沥青可满足高等级公路稀浆封层对乳化沥青储存稳定性、可拌和性、快凝性和粘结性等的要求；该慢裂快凝型环氧树脂改性乳化沥青不添加酸碱成分，还可减少乳化沥青对配制容器的腐蚀以及对自然环境的破坏；该慢裂快凝型环氧树脂改性乳化沥青使用的三元复合乳化剂在微波作用下发生凝聚，大大降低了成型的乳化沥青混和料中的表面活性剂遇水溶解的程度，减轻了水溶性的乳化剂对自然环境的污染；该慢裂快凝型环氧树脂改性乳化沥青使用水性环氧树脂还可大大提高乳化沥青对各种石料的粘附性及沥青混和料的高低温性能；该慢裂快凝型环氧树脂改性乳化沥青通过微波加热不仅可控制乳化沥青的破乳凝结时间，还可延长稀浆封层的季节，节约施工养护时间，提早开放交通。

具体实施方式

本发明制备微波加热破乳的慢裂快凝型环氧树脂改性乳化沥青的原理是利用阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂优良的乳化性能和慢裂性能，制备稳定性和慢裂性良好的乳化沥青，在微波的快速加热作用下乳化沥青中的非离子表面活性剂在其固有的浊点温度下迅速反生相反转，加之，微波快速作用下环氧树脂与阳离子表面活性剂反应交联反应，阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化体系迅速凝聚，达到乳化沥青快速破乳。

采用的技术方案为：

本发明的利用微波加热破乳的慢裂快凝型环氧树脂改性乳化沥青组成及重量百分比为：

沥青55～65%，阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂4-6%，稳定剂1-2%，其余为水,上述原料的重量百分比之和为100%。

其中沥青优选70号或90号重交基质石油沥青。

阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂采用的非离子表面活性剂优先选用浊点温度均为70℃的壬基酚聚氧乙烯醚TX-12或聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯T-60。阳离子表面活性剂优选烷基酰胺基多胺JSA-1或胺化木质素，阴离子表面活性剂优选烷基磺酸钠或木质素磺酸钠。水性环氧树脂乳液优选非离子型自乳化环氧树脂乳液。

根据阳离子和阴离子表面活性剂的不同，阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂的制备有以下两种方法：

烷基酰胺基多胺阳离子表面活性剂30份与50份（干重）水性环氧树脂乳液（固含量50%）在50℃反应1小时间后，然后加入10份壬基酚聚氧乙烯醚TX-12非离子表面活性主剂，搅拌均匀后，保温，再加入10份烷基磺酸钠阴离子表面活性剂反应1时间，最终制备出阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂。该方法制备的阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂本发明实施例中记为WTW。

胺化木质素阳离子表面活性剂30份与50份（干重）水性环氧树脂乳液（固含量50%）在50℃反应1小时间后，然后加入10份聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯T-60非离子表面活性主剂，搅拌均匀后，保温，再加入10份木质素磺酸盐阴离子表面活性剂反应1时间，最终制备出阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂，该方法制备的阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂本发明实施例中记为MTM。

稳定剂选用无机稳定剂钠基膨润土和有机稳定剂聚乙烯醇复合作为乳化沥青的稳定剂，同时也作为乳化沥青的保水剂，可提高乳化沥青常温的慢裂性能。

为对本发明进行更好的说明，列举以下实施例，但以下实例并不作为对本发明的限定。

实施例1

将600g重交90号沥青加热至140℃下保温备用，将10g聚乙烯醇完全溶解于50g水中，将10g钠基膨润土倒入聚乙烯醇水溶液中膨胀陈化24小时待用，称取70gWTW三元复合乳化剂（该自制的三元复合乳化剂含水约21g）溶于260水中，然后将已配制好的70g复合稳定剂与WTW三元复合乳化液搅拌均匀，加热该乳化剂水溶液至60℃。将配制的基质沥青和乳化剂水溶液按要求同时加入胶体磨，磨制即可成为微波加热破乳的慢裂快凝型环氧树脂改性乳化沥青1#。

实施例2

将650g重交90号沥青加热至140℃下保温备用，将10g聚乙烯醇完全溶解于50g水中，将10g钠基膨润土倒入聚乙烯醇水溶液中膨胀陈化24小时后待用。称取60gMTM三元复合乳化剂（该自制的三元复合乳化剂含水约18g）溶于220g水中，然后将已配制好的70g复合稳定剂与MTM三元复合乳化液搅拌均匀，加热该乳化剂水溶液至60℃，将配制的基质沥青和乳化剂水溶液按要求同时加入胶体磨，磨制即可成为微波加热破乳的慢裂快凝型环氧树脂改性乳化沥青2#。

实施例3

将550g重交90号沥青加热至140℃下保温备用，将10g聚乙烯醇完全溶解于50g水中，将10g钠基膨润土倒入聚乙烯醇水溶液中膨胀陈化24小时后待用。称取80gMTM三元复合乳化剂（该自制的三元复合乳化剂含水约24g）溶于300g水中，然后将已配制好的70g复合稳定剂与MTM三元复合乳化液搅拌均匀，加热该乳化剂水溶液至60℃，将配制的基质沥青和乳化剂水溶液按要求同时加入胶体磨，磨制即可成为微波加热破乳的慢裂快凝型环氧树脂改性乳化沥青3#。

性能试验

遵循本发明的制备方法制备得到的微波加热破乳的慢裂快凝型环氧树脂改性乳化沥青检测的内容和技术要求按《公路工程沥青及混合料试验规程》(JTJ052-2000)中有关乳化沥青的实验规程及《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ032-94)中BC-2、BC-3型乳化沥青的技术要求进行质量检测，检测试结果见下表1和表2。

表1.微波加热破乳的慢裂快凝型环氧树脂改性乳化沥青性能

表2微波加热破乳的慢裂快凝型阳离子改性乳化沥青稀浆封层混和料性能

从上表1中可知，制备的1#、2#和3#改性乳化沥青，符合有关乳化沥青的标准，在稳定性和对石料的普适性表现突出。从表2中可知，用1#、2#和3#改性乳化沥青制备的稀浆封层混和料也符合相关标准，并能提供特别充分的可拌和时间，在微波加热很短时间内，乳化沥青温度约70度时，乳化沥青破乳凝结，混和料性能优异。

Claims (8)

1.一种微波加热破乳慢裂快凝型改性乳化沥青，其特征在于：它是由下述原料按照重量百分比制成：沥青：55～65%，阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂：4-6%，稳定剂：1-2%，余量为水，上述原料的重量百分比之和为100%；

所述的沥青为重交基质石油沥青或煤沥青；

所述的阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂是由烷基酰胺基多胺或胺化木质素阳离子表面活性剂、烷基磺酸钠或木质素磺酸盐阴离子表面活性剂、浊点温度为70℃的聚氧乙烯型或多元醇型非离子表面活性主剂与水性环氧树脂乳液反应制成；

所述的稳定剂是高分子量聚乙烯醇和钠基膨润土的复合物。

2.如权利要求1所述的微波加热破乳慢裂快凝型改性乳化沥青，其特征在于：所述的沥青优选70号或90号重交基质石油沥青。

3.如权利要求1所述的微波加热破乳慢裂快凝型改性乳化沥青，其特征在于：所述的阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂按照如下方法制得：

将30重量份烷基酰胺基多胺阳离子表面活性剂与50重量份（干重）的固含量50%的水性环氧树脂乳液在50℃反应1小时间后，然后加入10重量份的壬基酚聚氧乙烯醚TX-12非离子表面活性主剂，搅拌均匀后，保温，再加入10重量份的烷基磺酸钠阴离子表面活性剂反应1时间，最终制备出阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂；

或者将30重量份胺化木质素阳离子表面活性剂与50重量份（干重）的固含量为50%的水性环氧树脂乳液在50℃反应1小时间后，然后加入10重量份的聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯T-60非离子表面活性主剂，搅拌均匀后，保温，再加入10重量份木质素磺酸盐阴离子表面活性剂反应1时间，最终制备出阳离子-阴离子-非离子三元复合乳化剂。

4.如权利要求1所述的微波加热破乳慢裂快凝型改性乳化沥青，其特征在于：所述的稳定剂是将钠基膨润土倒入聚乙烯醇水溶液中膨胀陈化24小时后制成，其中聚乙烯醇与钠基膨润土的质量百分比为1：1。

5.如权利要求1-4所述的微波加热破乳的慢裂快凝型改性乳化沥青的制备方法，其特征在于：首先按照重量百分配比选取沥青：55～65%，阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂：4-6%，稳定剂：1-2%，余量为水，上述原料的重量百分比之和为100%；

然后将选取的沥青加热至135～140℃下保温备用；按上述原材料比例分别配置稳定剂和阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂，并将配置完成的稳定剂和阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂搅拌均匀制成乳化剂水溶液；将该乳化剂水溶液加热升温至55～60℃，最后将配制完成的基质沥青和乳化剂水溶液同时加入胶体磨，即可得到微波加热破乳的慢裂快凝型改性乳化沥青；

所述的沥青为重交基质石油沥青或煤沥青；

所述的阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂是由烷基酰胺基多胺或胺化木质素阳离子表面活性剂、烷基磺酸钠或木质素磺酸盐阴离子表面活性剂、浊点温度为70℃的聚氧乙烯型或多元醇型非离子表面活性主剂与水性环氧树脂乳液反应制成；

所述的稳定剂是高分子量聚乙烯醇和钠基膨润土的复合物。

6.如权利要求5所述的微波加热破乳的慢裂快凝型改性乳化沥青的制备方法，其特征在于：所述的沥青优选70号或90号重交基质石油沥青。

7.如权利要求5所述的微波加热破乳慢裂快凝型改性乳化沥青的制备方法，其特征在于：所述的阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂按照如下方法制得：

将30重量份烷基酰胺基多胺阳离子表面活性剂与50重量份（干重）的固含量50%的水性环氧树脂乳液在50℃反应1小时间后，然后加入10重量份的壬基酚聚氧乙烯醚TX-12非离子表面活性主剂，搅拌均匀后，保温，再加入10重量份的烷基磺酸钠阴离子表面活性剂反应1时间，最终制备出阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂；

或者将30重量份胺化木质素阳离子表面活性剂与50重量份（干重）的固含量为50%的水性环氧树脂乳液在50℃反应1小时间后，然后加入10重量份的聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯T-60非离子表面活性主剂，搅拌均匀后，保温，再加入10重量份木质素磺酸盐阴离子表面活性剂反应1时间，最终制备出阳离子—阴离子—非离子三元复合乳化剂。

8.如权利要求5所述的微波加热破乳的慢裂快凝型改性乳化沥青的制备方法，其特征在于：所述的稳定剂是将钠基膨润土倒入聚乙烯醇水溶液中膨胀陈化24小时后制成，其中聚乙烯醇与钠基膨润土的质量百分比为1：1。