CN103665396B - 乳化剂、制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

乳化剂、制备方法及其应用，本发明公开一种适用于乳化SBS改性沥青的乳化剂，替代两性阳离子乳化剂，并且提出了乳化剂的制备工艺。另一方面是利用制备的乳化剂乳化SBS改性沥青，得到高粘改性乳化沥青，并将高粘改性乳化沥青应用于路面超薄磨耗层中。乳化剂的制备方法操作步骤简单，反应条件温和，并且制备出高沥青含量、高粘度、高粘结性的高粘改性乳化沥青。

Description

乳化剂、制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种适用于改性高粘沥青的乳化剂、其制备方法及应用。

背景技术

超薄磨耗层技术是一种针对交通荷载大、路面性能要求高的高等级路面提出的，主要应用于高等级沥青或水泥混凝土路面的预防性养护，也可以作为新建道路的表面磨耗层。作为有效的预防性养护技术，高粘改性乳化沥青的制备和喷洒是超薄磨耗层施工工艺中一项关键技术。

因此要求此种高粘改性乳化沥青不仅具有较高的粘度和粘结性，能够将罩面层与原路面牢固地联接为一个整体；同时高粘改性乳化沥青还应具有较强的渗透性能，可以渗入原路面的细小裂缝中，封闭空隙，避免水分向下渗透造成水损害。并且要求高粘改性乳化沥青还应具有适宜破乳速度，在摊铺罩面混合料的同时即可破乳，发挥其较强的粘结能力。

要制备高粘改性乳化沥青，首先对乳化剂提出较高的要求，在沥青乳化剂领域，公开的能够乳化SBS改性沥青的乳化剂技术很少。中国专利申请201310232879.8公开的两性阳离子乳化剂，乳化剂中阴离子亲水基团的存在势必影响乳化沥青破乳后的粘结性，当改性沥青含量大于60%时很难进行乳化。中国专利申请201310093598.9公开的乳化剂主要是利用了牛脂二胺和十六烷基铵的复合乳化技术，虽然也能够乳化SBS改性沥青，但很难得到具有高沥青含量、高粘度、强粘结性的高粘改性乳化沥青。

目前已经公开的能够应用于超薄磨耗层的高粘改性乳化沥青的制备技术很少。中国专利201010589416.3公开一种强粘结性改性乳化沥青的制备技术，复合了乳化剂、稳定剂、增稠剂、调和剂等多种添加剂，此种制备工艺复杂，特别是增稠剂和调和剂的加入，增加了配制皂液以及改性沥青乳化的困难，很容易造成堵塞筛网的现象，因此很难大规模生产。

发明内容

针对目前的乳化剂当沥青含量较高时乳化后的沥青粘度不高、粘结性能较差的问题，提出一种适用于乳化SBS改性沥青的乳化剂，替代两性阳离子乳化剂，并且提出了此种乳化剂的制备工艺。

本发明的另一个目的是利用制备的乳化剂乳化SBS改性沥青，得到高粘改性乳化沥青，并将高粘改性乳化沥青应用于路面超薄磨耗层中。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明的乳化剂，由主乳化剂和辅乳化剂混合制得，其中主乳化剂通过烷基酚类化合物、多胺类化合物和醛类化合物反应合成制得，辅乳化剂是脂肪族聚氧乙烯醚表面活性剂，主乳化剂与辅乳化剂的比例将左右乳化剂的乳化能力，例如控制主乳化剂和辅乳化剂的质量百分比为45%～75%：25%～55%。

本发明的乳化剂，其中主乳化剂的制备方法直接影响乳化剂的效果，可以采用下面的步骤制备主乳化剂，

首先，将多胺类化合物溶于醇类溶剂中，在搅拌条件下滴加醛类化合物，控制搅拌速度为40-60r/min，在1小时内滴加完成，反应1～2小时得到醛胺中间体；

然后，将烷基酚类化合物溶于醇类溶剂中，在搅拌条件下加入醛胺中间体，控制搅拌速度为40-60r/min，反应3～5小时，减压蒸馏除去50%溶剂后，即得到主乳化剂。

其中，烷基酚类化合物选用含碳个数为14～20直链烷基酚；多胺类化合物选用二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、胺乙基哌嗪、哌嗪、环己胺其中的一种或两种以上任意比的复合物；醛类化合物选用甲醛或多聚甲醛。

在制备主乳化剂的过程中，在反应温度为60℃～80℃的条件下，并且醛：胺：烷基酚的摩尔比为1.1～2：1：1时，主乳化剂的转化率最高；其中制备过程中的醇类溶剂可以选用甲醇、乙醇、丙醇、丙三醇、异丁醇其中的一种或两种以上任意比的复合溶剂。

其中，辅乳化剂脂肪族聚氧乙烯醚为脂肪胺聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚其中一种或二者的复合物。

在脂肪族聚氧乙烯醚的氧乙烯基数为15～100时，制备的乳化剂性能更好，破乳速度可以得到保证。

优选的，脂肪族聚氧乙烯醚的氧乙烯基数为30～80，破乳速度更快，气溶胶法测得破乳速度在40%-80%。

本发明还公开了制备乳化剂的方法，将主乳化剂与辅乳化剂混合，搅拌均匀，得到乳化剂，为了达到本发明的效果，其中主乳化剂与辅乳化剂按照质量百分比为45%～75%：25%～55%的比例取样。

进一步的，将本发明制备的乳化剂用于乳化SBS改性沥青，得到高粘改性乳化沥青，当乳化剂在高粘改性乳化沥青中所占的质量百分数为0.5%～1.5%时，高粘改性乳化沥青的乳液稳定性好、粘结性强。

更进一步的，将制得的高粘改性乳化沥青用于制备路面的超薄磨耗层，在夏季地面温度较高时，铺设的超薄磨耗层不推移、不开裂、不起皮。

与现有技术相比，本发明的乳化剂适用于乳化SBS改性沥青，乳化剂的制备方法操作步骤简单，反应条件温和，并且制备出高沥青含量、高粘度、高粘结性的高粘改性乳化沥青，将高粘改性乳化沥青用于路面超薄磨耗层，在夏季地面温度达到50℃以上时，铺设的超薄磨耗层不推移、不开裂、不起皮，路用性能稳定。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,对依据本发明提出的乳化剂、制备方法及应用的具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

各实施例中，高粘改性乳化沥青的蒸发残留物含量、储存稳定性、50℃赛波特粘度、按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20-2011）中规定进行测试。气溶胶法破乳速度按照ASTMD244标准进行测试。剪切强度测试步骤：模拟现场施工工艺，制备2.5cm车辙板作为基底路面，路面结构可为SMA或者是AC，然后高温（80℃）喷洒高粘改性乳化沥青，乳化沥青喷洒量为0.8L/m²，喷洒乳化沥青后立即进行磨耗层的摊铺碾压，然后对车辙板取芯，进行剪切强度试验。

实施例1

主乳化剂的制备：

（1）取51.58g二乙烯三胺溶于50ml乙醇溶剂中，升高温度至60℃，开动搅拌机，设定搅拌速度为40r/min，缓慢滴加44.64g甲醛溶液（37%质量分数甲醛水溶液），在1小时内滴加完成，保持60℃温度恒定反应1.5小时后取出，制得醛胺中间体，备用。

（2）取110g壬基酚溶于200ml乙醇溶剂中，升高温度60℃，开动搅拌机，设定搅拌速度为60r/min，将步骤（1）中制备的醛胺中间体滴加至壬基酚乙醇溶液中，在1小时内滴加完成，保持温度不变，反应4小时，得到主乳化剂产物溶液，旋转蒸发除去50%的溶剂，即得主乳化剂。

辅乳化剂采用平平加O-30（江苏省海安石油化工厂）。

乳化剂的制备：

按照质量百分比1:1称取主乳化剂和辅乳化剂，进行混合，搅拌均匀，得到适用于制备高粘改性乳化沥青的乳化剂。

检测试验：

取乳化剂8份，其中主乳化剂4份，辅乳化剂4份，加入到50℃热水中，充分搅拌溶解，调节PH值到2～2.5，配制成350份皂液；取SBS改性沥青（SBS改性剂含量3.0%）650份，加热至160℃，(比例均为质量份)。将皂液和SBS改性沥青分别通过胶体磨研磨，制备得到高粘改性乳化沥青，所得高粘改性乳化沥青性能测试结果见表1。

表1高粘改性乳化沥青性能测试结果

实施例2

主乳化剂的制备：

（1）取73.15g三乙烯四胺溶于60ml乙醇溶剂中，升高温度至60℃，开动搅拌机，设定搅拌速度为40r/min，缓慢滴加50g甲醛溶液（37%质量分数甲醛水溶液），在1小时内滴加完成，保持60℃温度恒定反应1小时后取出，制得醛胺中间体，备用。

（2）取110g壬基酚溶于200ml乙醇溶剂中，升高温度60℃，开动搅拌机，设定搅拌速度为60r/min，将步骤（1）制备的醛胺中间体，滴加至壬基酚乙醇溶液中，在1小时内滴加完成，保持温度不变，反应3小时，得到主乳化剂产物溶液，旋转蒸发除去50%的溶剂，即得主乳化剂。

辅乳化剂采用脂肪胺聚氧乙烯醚1835（江苏省海安石油化工厂，35EO，脂肪族亲油基团含碳数为16～18）。

乳化剂的制备：

按照质量百分比1:1称取主乳化剂和辅乳化剂，进行混合，搅拌均匀，制得的乳化剂用于乳化SBS改性沥青，形成的高粘改性乳化沥青性能通过检测试验1进行验证。

按照质量百分比9:5称取主乳化剂和辅乳化剂，进行混合，搅拌均匀，制得的乳化剂用于乳化SBS改性沥青，形成的高粘改性乳化沥青性能通过检测试验2进行验证。

检测试验1：

取乳化剂12份，其中主乳化剂6份，辅乳化剂6份，加入到50℃热水中，充分搅拌溶解，调节PH值到2～2.5，配制成340份皂液；取SBS改性沥青（SBS改性剂含量3.0%）660份，加热至160℃，（比例均为质量份）。将皂液和SBS改性沥青分别通过胶体磨研磨，制备得到高粘改性乳化沥青，所得高粘改性乳化沥青性能测试结果见表2。

表2高粘改性乳化沥青性能测试结果

检测试验2：

取乳化剂14份，其中主乳化剂9份，辅乳化剂5份，加入到50℃热水中，充分搅拌溶解，调节PH值到2～2.5，配制成335份皂液；取SBS改性沥青（SBS改性剂含量3.0%）665份，加热至160℃，（比例均为质量份）。将皂液和SBS改性沥青分别通过胶体磨研磨，制备得到高粘改性乳化沥青。所得高粘改性乳化沥青性能测试结果见表3。

表3高粘改性乳化沥青性能测试结果

实施例3

主乳化剂的制备：

（1）取64.6g氨乙基哌嗪溶于50ml乙醇溶剂中，升高温度至60℃，开动搅拌机，设定搅拌速度为60r/min，缓慢滴加48g甲醛溶液（37%质量分数甲醛水溶液），在1小时内滴加完成，保持60℃温度恒定，反应2小时后取出，制得醛胺中间体，备用。

（2）取131g十二烷基酚溶于200ml乙醇溶剂中，升高温度60℃，开动搅拌机，设定搅拌速度为60r/min，将步骤（1）制备的醛胺中间体，滴加至十二烷基酚乙醇溶液中，在1.5小时内滴加完成，保持温度不变，反应5小时，得到主乳化剂产物溶液，旋转蒸发除去50%的溶剂，即得主乳化剂。

辅乳化剂采用脂肪胺聚氧乙烯醚1850（江苏省海安石油化工厂，50EO，脂肪族亲油基团含碳数为16～18）。

乳化剂的制备：

按照比例12:7称取主乳化剂和辅乳化剂，进行混合，搅拌均匀，得到适用于制备高粘改性乳化沥青的乳化剂。

对比例1

取5份阿克苏诺贝尔乳化剂EM44，加入到50℃热水中，充分搅拌溶解，调节PH值到2～2.5，配制成335份皂液；取SBS改性沥青（SBS改性剂含量3.0%）665份，加热至160℃，（比例均为质量份）。将皂液和SBS改性沥青分别通过胶体磨，制备得到高粘改性乳化沥青，所得高粘改性乳化沥青性能测试结果见表4。

表4高粘改性乳化沥青性能测试结果

通过比较实施例1、实施例2、实施例3与对比例1，可以发现，依据本发明制备的高粘改性乳化沥青具有更高的粘度、更好的稳定性。特别是高粘改性乳化沥青的剪切强度，它是表征在超薄磨耗层应用中，路面基底与养护层之间的粘接性能。由本发明制备的高粘改性乳化沥青，应用在超薄磨耗层中，能够提升路用耐久性，延长养护时间，

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种乳化剂，其特征在于，由主乳化剂和辅乳化剂混合制得，所述主乳化剂通过烷基酚类化合物、多胺类化合物和醛类化合物反应合成制得，所述辅乳化剂是脂肪族聚氧乙烯醚表面活性剂，所述主乳化剂和辅乳化剂的质量百分比为45％～75％：25％～55％；所述烷基酚类化合物为含碳个数为14～20直链烷基酚；所述多胺类化合物为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、胺乙基哌嗪、哌嗪、环己胺其中的一种或两种以上任意比的复合物；所述醛类化合物为甲醛或多聚甲醛。

2.根据权利要求1所述的乳化剂，其中，所述主乳化剂采用如下方法制备：首先，将多胺类化合物溶于醇类溶剂中，在搅拌条件下滴加醛类化合物，得到醛胺中间体；然后，将烷基酚类化合物溶于醇类溶剂中，在搅拌条件下加入所述醛胺中间体，减压蒸馏除去50％溶剂后，即得到所述主乳化剂。

3.根据权利要求2所述的乳化剂，其中，制备主乳化剂的反应温度为60℃～80℃；醛：胺：烷基酚的摩尔比为1.1～2：1：1；所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、丙三醇、异丁醇其中的一种或两种以上任意比的复合溶剂。

4.根据权利要求1所述的乳化剂，其中，所述脂肪族聚氧乙烯醚为脂肪胺聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚其中一种或二者的复合物。

5.根据权利要求1所述的乳化剂，其中，所述脂肪族聚氧乙烯醚的氧乙烯基数为15～100。

6.根据权利要求5所述的乳化剂，其中，所述脂肪族聚氧乙烯醚的氧乙烯基数为30～80。

7.制备权利要求1所述的乳化剂的方法，将所述主乳化剂与辅乳化剂按照质量百分比为45％～75％：25％～55％的比例进行混合，搅拌均匀，得到所述乳化剂。

8.将权利要求1所述乳化剂用于乳化SBS改性沥青得到高粘改性乳化沥青。

9.将权利要求8所述的高粘改性乳化沥青用于制备路面超薄磨耗层。