CN102719107B - 一种高性能sbs改性乳化沥青的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高性能SBS改性乳化沥青的制备方法。本发明高性能SBS改性乳化沥青，按重量百分比由下列组份制成：基质沥青56.0～67.0％、SBS1.2～2.5％、EVA蜡0.5～1.5％、阳离子乳化剂0.2～2.5％、增稠剂0～0.2％、水30.0～42.0％。本发明破乳后可产生较厚沥青膜，且沥青膜具有较高的软化点、较高的PG等级、较高的动力粘度、良好的低温性能，增强了粘结性能、防水性能和抵抗变形能力。本发明SBS改性乳化沥青高温性能、低温性能、粘结性能明显优于普通改性乳化沥青，保证了公路建设中如超薄罩面用粘层、炎热或重载路面新建或养护时所需要的特性。

Description

一种高性能SBS改性乳化沥青的制备方法

技术领域

本发明涉及沥青技术领域，具体涉及一种道路工程SBS改性乳化沥青及其制备方法。

背景技术

随着我国公路的日益繁忙，对路面的使用功能要求也越来越高，这对沥青提出了越来越高的质量要求。普通改性沥青由于生产和施工时需要较高的温度，应用有一定的局限性。中国专利申请CN102040846A公开了“一种耐油性沥青路面材料及其制备方法”，提出了使用SBS、EVA、高分子蜡、交联剂来制备耐油性改性沥青，该改性沥青高温性能及低温性能优异，但仅能用于高温施工，不具备乳化沥青常温施工的安全、节能、环保的优点，一般仅用于道路铺筑，无法应用于冷拌料、稀浆封层、粘层油、透层油等路面(桥面)的升级及养护需求。

近年来，改性乳化沥青在公路工程中的应用日益广泛，如路面养护维修的微表处、稀浆封层、路面层间结合的粘层、路桥面的防水层等。现行改性乳化沥青技术标准中要求：PCR改性乳化沥青软化点≥50℃、BCR改性乳化沥青软化点≥53℃，分别仅比70号A级沥青要求高4℃和7℃，破乳后的改性沥青普遍存在高温性能改善不明显，粘结性能不足，特别是炎热气温较高地区或是车载量大的区域，易出现高温变形、层间粘结力不足导致推移等现象，极大地影响了改性沥青使用性能及路面的使用寿命。

目前，常见的改性乳化沥青主要是SBR改性乳化沥青和SBS改性乳化沥青两种。SBR改性乳化沥青采用丁苯橡胶(SBR)，对低温性能的改善效果明显，但对高温性能改善不明显，储存稳定性较差，且SBR胶乳中胶含量一般65％左右，含有大量水，生产成本高；从使用性能上，SBS改性乳化沥青优于SBR改性乳化沥青。SBS改性乳化沥青粘结性能、高温性能较好，但生产较为困难；其中比较成熟的用于生产乳化沥青的改性沥青苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)含量均较低(SBS占改性沥青≤3％，SBS占乳化沥青的含量≤1.8％)，沥青性能改善不明显；当改性沥青的SBS含量较高时(SBS占改性沥青≥3％，SBS占乳化沥青的含量≥1.8％)，虽然提高了沥青的高温性能、粘度，但同时也由于其加工粘度大，导致了乳化沥青的生产变得非常困难甚至无法生产。如何制备SBS含量高、粘结性能强、高温性能好、低温性能也不错的改性乳化沥青成为SBS改性乳化沥青生产的一个难题。

中国专利CN100362053C公开了一种“石屑封层复合改性乳化沥青及其制备方法”(对比文件1)，其利用改性剂Sasobit、SBR乳胶同时提高高温性能和低温性能，但如前述SBR胶乳，一般30％以上为非SBR胶，成本高，对改性乳化沥青的改善效果不及SBS；同时乳化剂为INDULINDF42、INDULIN DF62快裂型乳化剂，用于石屑封层。中国专利CN100355834C公开了“一种SBS改性乳化沥青及其制备方法”(对比文件2)，其采用Sasobit、SBS同时改善乳化温度，提高高温性能和低温性能，但Sasobit产品价格高、生产成本高，且Sasobit对低温性能产生较大的损害；同时其乳化剂为MQK-1M、MQK-MQ3、Redicote-C-450慢裂型乳化剂，属BCR改性乳化沥青，只能用于冷拌料如微表处、稀浆封层等，不能用于封层、粘层、桥面防水粘结层。

发明内容

本发明提供一种高、低温性能良好，粘结性能强的SBS改性乳化沥青的制备方法。

本发明的高性能SBS改性乳化沥青，按重量百分比由下列组份制成：基质沥青56.0～67.0％、SBS1.2～2.5％、EVA蜡0.5～1.5％、阳离子乳化剂0.2～2.5％、增稠剂0～0.2％、水30.0～42.0％。

所述的EVA蜡的重均分子量为1000～6000，熔点为90～135℃，性状为白色略带微黄色粉粒，具有良好的化学稳定性，能溶于芳香烃。EVA蜡本身易熔、易乳化，与沥青的相容性好，可改善改性沥青高温性能，具有提高60℃动力粘度、提高PG等级、提高粘结性能的作用；且具有降低135℃以上沥青粘度，起到一定分散、增加流动性的作用，从而降低改性沥青乳化加工温度，使得乳化沥青易于加工；另外EVA蜡由于分子链带有羰基和羟基极性基团，有利于提高破乳后的改性沥青与集料间的粘附性。

所述的基质沥青为针入度为60～150dmm的道路石油沥青中的一种或一种以上的混合物。

优选地，所述的基质沥青为针入度60～80dmm的70号沥青或针入度80～100dmm的90号沥青。

所述的SBS可以为线型结构，重均分子量为8～15万；所述的SBS也可以为星型结构，重均分子量为20～30万。SBS优选为线型结构，可同时提高破乳后沥青的高、低温性能，且易乳化。所述的SBS可改善改性乳化沥青的高、低温性能，SBS可采用牌号如1301、3501、F501等。

SBS和EVA蜡的配合使用，使得破乳后沥青膜具有较高的软化点、较高的PG等级、较高的动力粘度，增强了粘结性能、抵抗变形能力，其高温性能、低温性能、粘结性能明显优于普通改性乳化沥青，保证了公路建设中如超薄罩面用粘层、炎热或重载路面新建或养护时所需要的特性。

所述阳离子乳化剂为一种表面活性剂，具有降低水表面张力、降低两相界面自由能，从而分散沥青颗粒的作用。本发明阳离子乳化剂优选美国MeadWestvaco公司生产的INDULIN DF42、INDULIN DF62、AA63D、MQ3或MQK-1M中的一种，INDULIN DF42、INDULIN DF62和AA63D为快裂型乳化剂，用量优选为改性乳化沥青总重量的0.2～1.0％；MQ3和MQK-1M为慢裂型乳化剂，用量优选为改性乳化沥青总重量的1.2～2.0％。

优选地，所述的增稠剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素钠或羟甲基纤维素钠。

本发明改性乳化沥青还包括少量作为辅助助剂用来调节PH值的盐酸。

一种高性能SBS改性乳化沥青的制备方法，按以下步骤进行：

(1)将基质沥青、SBS、EVA蜡、阳离子乳化剂和水按前述重量配比备料；

(2)将基质沥青加热到170～185℃，加入SBS、EVA蜡搅拌30min后，通过高速剪切或胶体磨将SBS和EVA蜡均匀分散到基质沥青中去，时间控制30～90min，温度控制170～185℃，然后再搅拌30～240min后，制得乳化用的SBS复合改性沥青；

(3)乳化时将上述的SBS复合改性沥青置于乳化设备的沥青罐内，加热保持155～175℃；

(4)在乳化设备的皂液罐里将阳离子乳化剂、水配制成皂液，用36～38％的浓盐酸将皂液pH值调至1.8～2.2，然后将皂液加热到30～50℃；

(5)将上述沥青罐内的SBS复合改性沥青和皂液罐内的皂液经过胶体磨乳化、加压冷却后即得到本发明SBS复合改性乳化沥青。

上述步骤(5)的乳化方法采用本领域常用的沥青乳化方法。

优选地，所述的步骤(4)中，将阳离子乳化剂、水配制皂液时，加入所述的增稠剂，即将阳离子乳化剂、水、增稠剂配制成皂液。

采用上述技术方案后，本发明与现有的背景技术相比，具有如下优点：

1、本发明采用了EVA蜡，与沥青的相容性好，高温性能改善更明显，具有提高60℃动力粘度、提高粘结性能的作用；且具有降低135℃以上沥青粘度，起到一定分散、增加流动性的作用，从而降低改性沥青乳化加工温度的作用，使得改性乳化沥青易于加工；另外EVA蜡由于分子链带有羰基和羟基极性基团，有利于提高破乳后的改性沥青与集料间的粘附性；

2、本发明SBS改性乳化沥青，SBS含量较高，在提高高温性能的同时，低温性能得到了相应改善；

3、由于基质沥青含量较高，使得破乳后沥青膜较厚(蒸发残留物含量≥58％)，SBS和EVA蜡的配合使用，使得破乳后沥青膜具有较高的软化点(≥63℃)、较高的PG等级(PG70以上)、较高的动力粘度(60℃动力粘度≥2000Pa.s)、良好的低温性能(5℃延度≥20cm)，增强了粘结性能、防水性能和抵抗变形能力，其高温性能、低温性能、粘结性能明显优于普通改性乳化沥青，保证了公路建设中如超薄罩面用粘层、炎热或重载路面新建或养护时所需要的特性。

具体实施方式

以下提供本发明的一些实施例，以助于进一步理解本发明，但本发明的保护范围并不仅限于这些实施例。

实施例一

本发明的SBS改性乳化沥青，其按重量份数比由下列组份制成：

SK70号沥青由韩国SK集团出品；SBS1301由北京燕山石油化工有限公司出品；AA63D由美国MeadWestvaco公司出品；EVA蜡由青岛中塑经济发展有限公司出品，型号EVA-Wax300。

本发明的一种高性能SBS改性乳化沥青的制备方法，按以下步骤进行：

(1)将各组分按前述重量配比备料；

(2)将SK70号沥青加热到170℃，加入SBS1301、EVA蜡搅拌30min后，通过高速剪切将SBS1301和EVA蜡均匀分散到SK70号沥青中去，时间30min，温度控制180℃，然后再搅拌30min后，制得乳化用的SBS复合改性沥青；

(3)乳化时将上述的SBS复合改性沥青置于乳化设备的沥青罐内，加热保持155℃；

(4)在乳化设备的皂液罐里将AA63D、水配制成皂液，用36％的浓盐酸将皂液pH值调至2.2，然后将皂液加热到45℃；

(5)将上述沥青罐内的SBS复合改性沥青和皂液罐内的皂液经过胶体磨乳化、加压冷却后即得到本发明SBS复合改性乳化沥青。

实施例二

本发明的SBS改性乳化沥青，其按重量份数比由下列组份制成：

东海90号沥青为中国石油化工股份有限公司出品的“东海牌”90号沥青；SBS3501由李长荣化学工业股份有限公司出品；INDULIN DF62由美国MeadWestvaco公司出品；EVA蜡由青岛中塑经济发展有限公司出品,型号EVA-Wax300。

本发明的一种高性能SBS改性乳化沥青的制备方法，按以下步骤进行：

(1)将各组分按前述重量配比备料；

(2)将东海90号沥青加热到180℃，加入SBS3501、EVA蜡搅拌30min后，通过胶体磨将SBS3501和EVA蜡均匀分散到东海90号沥青中去，温度控制170℃，时间控制60min，然后再搅拌120min后制得乳化用的SBS复合改性沥青；

(3)乳化时将上述的SBS复合改性沥青置于乳化设备的沥青罐内，加热保持165℃；

(4)在乳化设备的皂液罐里将INDULIN DF62、水、甲基纤维素配制成皂液，用38％的浓盐酸将皂液pH值调至1.8，然后将皂液加热到35℃；

(5)将上述沥青罐内的SBS复合改性沥青和皂液罐内的皂液经过胶体磨乳化、加压冷却后即得到本发明SBS复合改性乳化沥青。

实施例三

本发明的SBS改性乳化沥青，其按重量份数比由下列组份制成：

SK90号沥青由韩国SK集团出品；SBS1301由北京燕山石油化工有限公司出品；MQ3由美国MeadWestvaco公司出品；EVA蜡由安徽亿维蜡业有限公司出品，型号EVA-ZL1。

本发明的一种高性能SBS改性乳化沥青的制备方法，按以下步骤进行：

(1)将各组分按前述重量配比备料；

(2)将SK90号沥青加热到185℃，加入SBS1301、EVA蜡搅拌30min后，通过胶体磨将SBS1301和EVA蜡均匀分散到SK90号沥青中去，时间90min，温度控制185℃，然后再搅拌240min后，制得乳化用的SBS复合改性沥青；

(3)乳化时将上述的SBS复合改性沥青置于乳化设备的沥青罐内，加热保持175℃；

(4)在乳化设备的皂液罐里将MQ3、水、羧甲基纤维素钠配制成皂液，用36％的浓盐酸将皂液pH值调至2.0，然后控制皂液温度30℃；

(5)将上述沥青罐内的SBS复合改性沥青和皂液罐内的皂液经过胶体磨乳化、加压冷却后即得到本发明SBS复合改性乳化沥青。

实施例四

本发明的SBS改性乳化沥青，其按重量份数比由下列组份制成：

东海90号沥青为中国石油化工股份有限公司出品的“东海牌”90号沥青；SBS3501由李长荣化学工业股份有限公司出品；INDULIN DF62由美国MeadWestvaco公司出品；EVA蜡由青岛中塑经济发展有限公司出品,型号EVA-Wax400。

本发明的一种高性能SBS改性乳化沥青的制备方法，按以下步骤进行：

(1)将各组分按前述重量配比备料；

(2)将东海90号沥青加热到175℃，加入SBS3501、EVA蜡搅拌30min后，通过胶体磨将SBS3501和EVA蜡均匀分散到东海90号沥青中去，温度控制175℃，时间控制45min，然后再搅拌150min后制得乳化用的SBS复合改性沥青；

(3)乳化时将上述的SBS复合改性沥青置于乳化设备的沥青罐内，加热保持160℃；

(4)在乳化设备的皂液罐里将INDULIN DF62、水配制成皂液，用38％的浓盐酸将皂液pH值调至2.0，然后将皂液加热到35℃；

(5)将上述沥青罐内的SBS复合改性沥青和皂液罐内的皂液经过胶体磨乳化、加压冷却后即得到本发明SBS复合改性乳化沥青。

实施例五

实施例五同实施例四，区别在于乳化剂采用MQK-1M，MQK-1M由美国MeadWestvaco公司出品。

实施例1-3所得产品测试性能指标，结果列于表1。

表1实施例1-3SBS改性乳化沥青技术指标及实验结果

由表1可看出，本发明SBS改性乳化沥青，沥青膜较厚(蒸发残留物含量≥58％)、具有较高的软化点(≥63℃)、较高的PG等级(PG70以上)、较高的动力粘度(60℃动力粘度≥2000Pa.s)、良好的低温性能(5℃延度≥20cm)，增强了粘结性能、抵抗变形能力，其高温性能、低温性能、粘结力明显优于普通改性乳化沥青，克服了普通改性乳化沥青粘结效果欠佳、高温性能不显著的问题。

影响乳化沥青破乳后沥青性能的因素主要是改性剂，如前述对比文件1采用快裂型乳化剂、对比文件2采用慢裂型乳化剂，本发明提到的乳化剂快裂型、慢裂型均可行，在乳化剂相同的情况下，乳化能力差不多，对破乳后改性沥青的性能影响相差不大，因此，对比文件1和实施例4均采用乳化剂INDULIN DF62进行比较；对比文件2和实施例5均采用乳化剂MQK-1M进行比较。为了更好地比较，对比文件1、2和本发明实施例4、5统一采用东海90号沥青制备改性乳化沥青，采用不同的改性剂(相同的配比)。对比文件1、2的配方如下：

对比例1(对比文件1)，石屑封层复合改性乳化沥青，其按重量份数比由下列组份制成：

对比例2(对比文件2)，一种SBS改性乳化沥青，其按重量百分比有下列组分组成：

实施例4、5分别与对比例1、2的乳化沥青蒸发残留物的沥青性能进行比较，选择主要的指标进行了对比，见表2(实验方法如表1)。

表2改性乳化沥青蒸发残留物的沥青性能比较

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高性能SBS改性乳化沥青的制备方法，其特征是：按以下步骤进行：

(1)高性能SBS改性乳化沥青按重量百分比由下列组份制成：基质沥青56.0～67.0％、SBS1.2～2.5％、EVA蜡0.5～1.5％、阳离子乳化剂0.2～2.5％、增稠剂0～0.2％、水30.0～42.0％；

所述的EVA蜡的重均分子量为1000～6000，熔点为90～135℃；

将基质沥青、SBS、EVA蜡、阳离子乳化剂和水按前述重量配比备料；

(2)将基质沥青加热到170～185℃，加入SBS、EVA蜡搅拌30min后，通过高速剪切或胶体磨将SBS和EVA蜡均匀分散到基质沥青中去，时间控制30～90min，温度控制170～185℃，然后再搅拌30～240min后，制得乳化用的SBS复合改性沥青；

(3)乳化时将上述的SBS复合改性沥青置于乳化设备的沥青罐内，加热保持155～175℃；

(4)在乳化设备的皂液罐里将阳离子乳化剂、水配制成皂液，用36～38％的浓盐酸将皂液pH值调至1.8～2.2，然后将皂液加热到30～50℃；

(5)将上述沥青罐内的SBS复合改性沥青和皂液罐内的皂液经过胶体磨乳化、加压冷却后即得到本发明SBS复合改性乳化沥青。

2.根据权利要求1所述的一种高性能SBS改性乳化沥青的制备方法，其特征是：所述的步骤(4)中，将阳离子乳化剂、水配制皂液时，加入所述的增稠剂，即将阳离子乳化剂、水、增稠剂配制成皂液。

3.根据权利要求1所述的一种高性能SBS改性乳化沥青的制备方法，其特征是：所述的基质沥青为针入度为60～150dmm的道路石油沥青中的一种或一种以上的混合物。

4.根据权利要求3所述的一种高性能SBS改性乳化沥青的制备方法，其特征是：所述的基质沥青为针入度60～80dmm的70号沥青或针入度80～100dmm的90号沥青。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种高性能SBS改性乳化沥青的制备方法，其特征是：所述的SBS为线型结构，重均分子量为8～15万。

6.根据权利要求1、2、3或4所述的一种高性能SBS改性乳化沥青的制备方法，其特征是：所述的SBS为星型结构，重均分子量为20～30万。

7.根据权利要求5所述的一种高性能SBS改性乳化沥青的制备方法，其特征是：所述的阳离子乳化剂为下述中的一种：INDULIN DF42、INDULIN DF62、AA63D、MQ3或MQK-1M。

8.根据权利要求7所述的一种高性能SBS改性乳化沥青的制备方法，其特征是：所述的增稠剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素钠或羟甲基纤维素钠。