CN103232715A - 一种纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青及其配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青及其配置方法，该改性乳化沥青包括以下组份且各组份的质量份数为：基质沥青：100份；纳米级汽车尾气吸收剂：10～20份；改性胶乳：1～4份；乳化剂1～3份；助剂：1～3份；水：30～40。本发明提供的纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青及其配置方法，能够改善或提高普通改性乳化沥青的吸收汽车尾气的能力，使微表处、稀浆封层、碎石封层等冷拌冷铺混合料，能够广泛应用于桥面铺装层、隧道道面、机场到面、各等级路面上，既确保沥青材料的路用性能不受影响，又能够对沥青混合料的吸收尾气性能进行改善。

Description

一种纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青及其配置方法

技术领域

本发明涉及一种纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青及其配置方法，可应用于高速公路收费站广场、城市道路、隧道道面、机场道面的养护，属于路面、隧道道面等采用常温拌合的沥青技术。

背景技术

众所周知，随着交通运输的快速发展，汽车保有量的急速增长，给人们带来方便的同时，其产生的大量汽车尾气也将对人们的生存环境造成极大的破坏，尤其在PM2.5中汽车尾气更是主要杀手。那么，随着跨学科的发展，高分子领域、化工领域、电化学领域的成果近年来越来越多地在道路建设中得到了广泛的应用和发展，尤其目前纳米技术日趋成熟，当材料颗粒小到纳米级的时候，其物理、化学、力学性能将产生意想不到的变化，有研究者已经证明纳米级的二氧化钛对汽车尾气的吸收有着极大的作用，所以发明人将二氧化钛的化学、物理特性与沥青材料进行结合，使二者充分结合后成为一种新型沥青混合料粘结料，以便提高道路的自清洁能力。

改性乳化沥青是采用机械搅拌和化学稳定的乳化工艺将沥青、改性剂、乳化剂加工成一种水包油或油包水的乳剂型液态沥青，是一种常温下粘度较低、流动性很好道路建筑材料。改性乳化沥青因其使用便捷、冷拌冷铺、施工季节更为宽泛、与集料裹覆性较好等特点，逐渐在各等级道路中得到了广泛应用。

如何将汽车尾气分解掉，这也是道路工作者目前应该考虑的问题之一，因为道路路面是汽车尾气的直接受害者。那么，考虑可以通过在道路材料中添加能够促使汽车尾气快速分解为无害气体或物质的材料，从众多研究成果看，二氧化钛是一种高效可行的催化剂。因为汽车尾气主要以碳氢化合物（HC－丙烷）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）、氧气（O₂）和氮氧化物（NO）为主，对环境及其有害。而二氧化钛是一种半导体材料，其能带是不连续的，具有较大的禁带宽度，也就是说在填满电子的低能价带和空的高能导带之间存在一个禁带。当室外光线照射二氧化钛时，光线能量超过二氧化钛的禁带宽度时，可以使钛的电子从傢带跃迁到导带，形成空穴－电子对，并可对表面的H₂O和O₂进行吸附。这样，具有还原性的电子和具有氧化性的空穴就可以与二氧化钛纳米离子表面的－OH反应生成氧化性能极高的OH自由基，从而通过活性极高的自由基将汽车尾气中难以分解氮化物、碳氢化合物等分解为CO₂和H₂O等无害无机物。所以，从理论上讲完全可以通过二氧化钛对沥青的改良，实现路面对汽车尾气的净化和吸收或降解。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能够改善或提高普通改性乳化沥青的吸收汽车尾气的能力，使微表处、稀浆封层、碎石封层等冷拌冷铺混合料，能够广泛应用于桥面铺装层、隧道道面、机场到面、各等级路面上，既确保沥青材料的路用性能不受影响，又能够对沥青混合料的吸收尾气性能进行改善。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青，该改性乳化沥青包括以下组份且各组份的质量份数为：

优选的，所述纳米级汽车尾气吸收剂为由20～25纳米的二氧化钛粉末与聚酯树脂复合而成的二氧化钛改性聚酯树脂胶乳，再由二氧化钛改性聚酯树脂胶乳与改性胶乳对基质沥青进行复合改性，其中二氧化钛的规格为：粒径为60～80目，比表面积为80～140m²/g，表观密度小于等于0.30，水悬浮液PH值为6～7，干燥失重小于等于0.5%，灼烧失重小于等于1.0%，水分小于等于1.5%。二氧化钛改性聚酯树脂胶乳与基质沥青依靠化学键的作用发生更加强烈联系而连在一起。

更为优选的，所述二氧化钛改性聚酯树脂胶乳中，二氧化钛与聚酯树脂的质量份数为：

二元酸：          100份；

二元醇：          100份；

二氧化钛：        1～20份。

本案若在一级路段上使用，宜采用的基质沥青为A级、B级沥青，若在其他等级路段上使用，宜采用的基质沥青为C级沥青。

优选的，所述改性胶乳为SBR（丁二烯-苯乙烯共聚物）改性胶乳（固含量≥40%）。

优选的，所述乳化剂为阳离子乳化剂，比如阳离子中裂型乳化剂、阳离子慢裂型乳化剂。

优选的，所述助剂为无机二氧化钛专用表面活性剂。

优选的，该改性乳化沥青所有使用的水均为满足人类饮用要求的饮用水。

一种纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青的配置方法，是在配置好的二氧化钛改性聚酯树脂胶乳基础上，在常规乳化沥青生产工艺及设备上进行生产的，不需要对生产设备进行改装，关键在于原料的配置，同时需要考虑基质沥青、改性胶乳、乳化剂及集料有良好的配伍性，具体来说，该方法包括如下步骤：

（1）对纳米级二氧化钛粒径进行检测；将检测合格的纳米级二氧化钛与二元酸和二元醇进行复配，配制成含纳米二氧化钛的二氧化钛改性聚酯树脂胶乳；

（2）将乳化剂注入到60～70℃的水中，搅拌1～2min后形成一级乳液；

（3）将二氧化钛改性聚酯树脂胶乳注入搅拌后的一级乳液中，继续搅拌1～2min后形成含有一定比例乳化剂和二氧化钛改性聚酯树脂胶乳的二级乳液；

（4）将二级乳液注入胶体磨后，再将加热到130～140℃的基质沥青和助剂注入胶体磨中共同剪化、乳化，经过2～4min的乳化形成吸收尾气型乳化沥青；

（5）待吸收尾气型乳化沥青降温到60℃以下，泵入储存罐，将规定配比量的改性胶乳注入储存罐中并进行搅拌，形成纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青。

有益效果：本发明提供的纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青及其配置方法，能够改善或提高普通改性乳化沥青的吸收汽车尾气的能力，使微表处、稀浆封层、碎石封层等冷拌冷铺混合料，能够广泛应用于桥面铺装层、隧道道面、机场到面、各等级路面上，既确保沥青材料的路用性能不受影响，又能够对沥青混合料的吸收尾气性能进行改善；并且掺配的纳米级汽车尾气吸收剂不会对改性胶乳、乳化剂的技术性能产生不良影响，能够确保在改性乳化沥青生产过程中不出现悬浮、漂浮等不混溶现象；可广泛用于高速公路收费站广场、城市道路、隧道道面及机场道面的养护中。

具体实施方式

下面结合实例对本发明作更进一步的说明。

一种纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青的配置方法，是在配置好的二氧化钛改性聚酯树脂胶乳基础上，在常规乳化沥青生产工艺及设备上进行生产的，不需要对生产设备进行改装，关键在于原料的配置，同时需要考虑基质沥青、改性胶乳、乳化剂及集料有良好的配伍性，具体来说，该方法包括如下步骤：

（1）对纳米级二氧化钛粒径进行检测；将检测合格的纳米级二氧化钛与二元酸和二元醇进行复配，配制成含纳米二氧化钛的二氧化钛改性聚酯树脂胶乳；

（2）提前3～4h将基质沥青加热到130～140℃；

（3）启动乳化沥青机（车间）后，将乳化沥青机的水罐加满水，加热到60～70℃；检查沥青进口、乳液进口、乳化沥青出口、散热器、剪切机至全部正常，注入乳化剂，搅拌1～2min后形成一级乳液；

（4）调试各个进料口开度，对控制基质沥青流量的变频器调速电机调节泵进行调试，并通过调节阀门调节乳液流量（通过流量计显示）；

（5）将规定配比量二氧化钛改性聚酯树脂胶乳注入一级乳液中，继续搅拌1～2min后形成含有一定比例乳化剂和二氧化钛改性聚酯树脂胶乳的二级乳液；

（6）调试沥青泵和胶体磨，将规定配比量的二级乳液、基质沥青和助剂注入胶体磨中共同剪切、乳化，经过2～4min的乳化形成吸收尾气型乳化沥青；

（7）待吸收尾气型乳化沥青降温到60℃以下，泵入储存罐，将规定配比量的改性胶乳注入储存罐中并进行搅拌，形成纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青。

上述配置方法中，各个组分的质量分数为：

具体的，所述纳米级汽车尾气吸收剂为由20～25纳米的二氧化钛粉末与聚酯树脂复合而成的二氧化钛改性聚酯树脂胶乳，再由二氧化钛改性聚酯树脂胶乳与改性胶乳对基质沥青进行复合改性，其中二氧化钛的规格为：粒径为60～80目，比表面积为80～140m²/g，表观密度小于等于0.30，水悬浮液PH值为6～7，干燥失重小于等于0.5%，灼烧失重小于等于1.0%，水分小于等于1.5%。二氧化钛改性聚酯树脂胶乳与基质沥青依靠化学键的作用发生更加强烈联系而连在一起。

所述二氧化钛改性聚酯树脂胶乳中，二氧化钛与聚酯树脂的质量份数为：

二元酸：          100份；

二元醇：          100份；

二氧化钛：        1～20份。

本案若在一级路段上使用，宜采用的基质沥青为A级、B级沥青，若在其他等级路段上使用，宜采用的基质沥青为C级沥青。

所述改性胶乳为SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物）改性胶乳（固含量≥40%）或SBR（丁二烯-苯乙烯共聚物）改性胶乳（固含量≥40%）。

所述乳化剂为阳离子乳化剂，比如阳离子中裂型乳化剂、阳离子慢裂型乳化剂。

所述助剂为无机二氧化钛专用表面活性剂。

该改性乳化沥青所有使用的水均为满足人类饮用要求的饮用水。

下面结合实例对本案做进一步的说明。

如表1、表2所示为各个实例中，各组份的配比。

表1纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青的配比

表2表1中二氧化钛改性聚酯树脂胶乳的配比

依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）、《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）、《微表处和稀浆封层技术指南》（交通部公路科学研究院2006）对各个实施例进行试验。

对实施例1，采用胜利70号A级沥青，试验结果如表3、表4、表5所示：

表3基质沥青性能检测结果

试验项目	技术要求	检测结果	试验方法
				针入度(25℃，100g，5s) (0.1mm)	60-80	76	T0604
延度（10℃)            不小于(cm)	15	＞100	T0605
				软化点(环球法)         不小于(℃)	46	48	T0606

表4纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青性能检测结果

表5汽车尾气吸收状况检测（汽油）

标准	纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青
		CO(欧iv标准≤1.0)	0.8
HC(欧iv标准≤0.1)	0.08
		NO2(欧iv标准≤0.08)	0.06

对实施例2，采用胜利70号A级沥青，试验结果如表6、表7、表8所示：

表6基质沥青性能检测结果

试验项目	技术要求	检测结果	试验方法
				针入度(25℃，100g，5s)  (0.1mm)	80-100	95	T0604
延度（10℃）             不小于（cm）	15	＞100	T0605
				软化点(环球法)           不小于(℃)	46	47.0	T0606

表7纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青性能检测结果

表8汽车尾气吸收状况检测（汽油）

标准	纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青
		CO(欧iv标准≤1.0)	0.9
HC(欧iv标准≤0.1)	0.09
		NO2(欧iv标准≤0.08)	0.05

对其他实施例进行相同实验，获得数据相仿。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青，其特征在于：该改性乳化沥青包括以下组份且各组份的质量份数为：

2.根据权利要求1所述的纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青，其特征在于：所述纳米级汽车尾气吸收剂为由20～25纳米的二氧化钛粉末与聚酯树脂复合而成的二氧化钛改性聚酯树脂胶乳，其中二氧化钛的规格为：粒径为60～80目，比表面积为80～140m²/g，表观密度小于等于0.30，水悬浮液PH值为6～7，干燥失重小于等于0.5%，灼烧失重小于等于1.0%，水分小于等于1.5%。

3.根据权利要求2所述的纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青，其特征在于：所述二氧化钛改性聚酯树脂胶乳中，二氧化钛与聚酯树脂的质量份数为：

二元酸：                              100份；

二元醇：                              100份；

二氧化钛：                            1～20份。

4.根据权利要求1所述的纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青，其特征在于：所述改性胶乳为SBR改性胶乳，且固含量高于40%。

5.根据权利要求1所述的纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青，其特征在于：所述乳化剂为阳离子乳化剂。

6.根据权利要求1所述的纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青，其特征在于：所述助剂为无机二氧化钛专用表面活性剂。

7.根据权利要求1所述的纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青，其特征在于：该改性乳化沥青所有使用的水均为满足人类饮用要求的饮用水。

8.根据权利要求1所述的纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青的配置方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

（1）对纳米级二氧化钛粒径进行检测；将检测合格的纳米级二氧化钛与二元酸和二元醇进行复配，配制成含纳米二氧化钛的二氧化钛改性聚酯树脂胶乳；

（2）将乳化剂注入到60～70℃的水中，搅拌1～2min后形成一级乳液；

（3）将二氧化钛改性聚酯树脂胶乳注入搅拌后的一级乳液中，继续搅拌1～2min后形成含有一定比例乳化剂和二氧化钛改性聚酯树脂胶乳的二级乳液；

（4）将二级乳液注入胶体磨后，再将加热到130～140℃的基质沥青和助剂注入胶体磨中共同剪化、乳化，经过2～4min的乳化形成吸收尾气型乳化沥青；

（5）待吸收尾气型乳化沥青降温到60℃以下，泵入储存罐，将规定配比量的改性胶乳注入储存罐中并进行搅拌，形成纳米级吸收汽车尾气型改性乳化沥青。