CN104559251A

CN104559251A - 一种两性离子-非离子复合型沥青温拌剂及其制备方法

Info

Publication number: CN104559251A
Application number: CN201310497206.5A
Authority: CN
Inventors: 陈阳; 陈闯; 程国香; 张喜文
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2033-10-22
Also published as: CN104559251B

Abstract

本发明公开了一种两性离子-非离子复合型沥青温拌剂及其制备方法，以重量百分比计包括：两性离子型组分：0.1wt%～20wt%；高分子非离子型组分：0.1wt%～20wt%；低分子非离子型组分：0.1wt%～15wt%；酸催化剂：0.1wt%～3wt%；水：42wt%～99.6wt%。制备方法包括如下内容：按配比先将水加入容器中，控制温度为40～60℃，加入高分子非离子型组分，恒温搅拌0.5～2小时，升温至60～80℃，然后按配比将低分子非离子型组分和两性离子型组分加入，分别搅拌0.5～1小时，加入酸催化剂调节pH为5～7，得到复合型沥青温拌剂。本发明的两性离子-非离子复合型沥青温拌剂能够有效降低沥青的高温粘度，提高沥青和石料的抗剥落性能，并且具有复配性好，性能稳定，原料易采集，生产成本低，制备方法简便以及应用范围广泛等优点。

Description

一种两性离子-非离子复合型沥青温拌剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种沥青温拌剂及其制备方法，尤其涉及一种两性离子-非离子复合型沥青温拌剂及其制备方法。

背景技术

目前道路工程中使用的沥青混合料根据拌和施工温度一般分为两种类型：冷拌沥青混合料CMA(Cold Mix Asphalt)和热拌沥青混合料HMA(Hot Mix Asphalt)。冷拌沥青混合料一般采用乳化沥青或者液体沥青与集料在常温状态下拌和、铺筑，无需对集料和结合料进行加热，这样可节约大量能源。但是冷拌沥青混合料初期路用性能差，难以满足高速公路、重载交通道路等重要工程的要求。热拌沥青混合料是应用最为广泛、路用性能最为良好的一种混合料。但是在热拌沥青混合料生产过程中，沥青与石料需要在150～180℃高温条件下拌和。将石料、沥青加热到如此高的温度，消耗了大量能源。另外在热拌沥青混合料生产过程中产生了大量的CO₂、烟尘和有害气体(CO、SO₂、NO_x等)，不仅污染了环境，而且也影响了工作人员的身体健康。同时，高温条件下的拌和也造成了沥青的老化，降低了沥青混合料的路用性能。

为保护环境、节约能源，在20世纪90年代中后期欧洲及美国等国家开展了温拌沥青混合料WMA(Warm Mix Asphalt)的研究，其目的是通过降低沥青混合料的拌和与摊铺温度，达到降低沥青混合料生产过程中的能耗，减少CO₂等气体及粉尘排放量，同时保证温拌沥青混合料具有与热拌沥青混合料基本相同的路用性能和施工和易性。

目前，温拌沥青混合料技术主要有三种方式：一是预先在沥青中添加一种能够降低沥青135℃粘度的添加剂，从化学角度来改变沥青的粘温曲线，从而降低沥青与石料的拌和温度，但此方法通常也会降低沥青的60℃粘度即降低了混合料的高温稳定性；二是采用固含量较高的乳化沥青，在80～120℃温度下与石料拌和，该方式较热拌沥青的温度低约30～50℃；三是在拌制混合料时把水和沥青同时加入拌和罐中，由于水的存在使沥青发泡，达到降粘效果。但该方法若加水量过大，则会产生大量的水蒸气或引起暴沸，若水量过少，则发泡效果不好。

CN102268189A公开了一种温拌沥青添加剂制备方法，它是在溶剂体系中采用一种聚醚改性有机硅聚合物组成的添加剂。该添加剂是将一定配比的溶剂与烷氧基硅烷加入三口烧瓶中，加热至80℃；加入酸催化剂、碱催化剂、去离子水的混合物，恒温80℃反应90min；升温至100℃，冷凝回流120min,收取馏分55ml左右；再加入酸催化剂及定量的聚醚于烧瓶中，升温酯化反应180min，抽真空，冷凝回流30min；降温至室温，加入定量的三聚氰胺甲醛树脂搅拌均匀；最后加入适量碱催化剂调整pH=8左右，即得成品。该添加剂制备方法复杂，需要多次升温加料及冷凝回流，且涉及较长时间的酯化反应及抽真空，而且缺乏相关性能验证方法及实例数据支持，此外该添加剂采用的酸碱催化剂等刺激性和毒性较大，易造成人体危害和环境污染。

CN101899218A公开了一种沥青温拌剂及其混合料制备方法。该温拌剂是将一定配比的烷基胺类、酰胺类阳离子表面活性剂与水混合，加入季铵盐类阳离子表面活性剂，再加入氯化钙，混合均匀即得沥青温拌剂。该沥青混合料的制备方法是将沥青和矿料加入至预设温度，在拌合机中先加入沥青，在添加后的3～5秒开始加入温拌剂，且温拌剂的加入时间要小于10秒，且要求在沥青添加完成之前完成温拌剂的添加，在沥青添加完成后的5～10秒添加矿料。该温拌剂中加入三种不同的阳离子表面活性剂，能够在一定程度上起到抗剥离的效果，但所述的降粘和发泡的效果缺乏根据；该沥青混合料的制备过程对于时间的要求过于苛刻，在实际操作尤其是工业应用时难以准确操控。

发明内容

本发明提供了一种两性离子-非离子复合型沥青温拌剂及其制备方法。本发明的沥青温拌剂能够有效降低沥青的高温粘度，并且具有性能稳定，原料易采集，生产成本低，制备方法简便以及应用范围广泛等优点。

本发明两性离子-非离子复合型沥青温拌剂，以重量百分比计包括：

（1）两性离子型组分：0.1wt%～20wt%

（2）高分子非离子型组分：0.1wt%～20wt%

（3）低分子非离子型组分：0.1wt%～15wt%

（4）酸催化剂：0.1 wt%～3 wt%

（5）水：42wt %～99.6wt%。

本发明两性离子型沥青温拌剂，以重量百分比计优选组成包括：

（1）两性离子型组分：0.5wt%～10wt%

（2）高分子非离子型组分：0.5wt%～10wt%

（3）低分子非离子型组分：0.5wt%～10wt%

（4）酸催化剂：0.2 wt%～2 wt%

（5）水：68wt %～98.3wt%。

本发明方法中，所述的两性离子型组分包括：烷基酰胺丙基甜菜碱、烷基酰胺丙基羟磺基甜菜碱、月桂酰胺丙基氧化胺、月桂基亚氨基二乙酸二钠、丙烯酸-乙烯基吡啶共聚物等中的一种或多种。

所述的烷基酰胺丙基甜菜碱的结构式为RCONH(CH₂)₃N⁺(CH₃)₂CH₂COO^-，其中R为C₁₁～C₁₅的烷基；所述的烷基酰胺丙基羟磺基甜菜碱的结构式为RCONH(CH₂)₃N⁺(CH₃)₂CH₂CH(OH)CH₂SO₃ ^-，其中R为C₁₁～C₁₅的烷基；所述的月桂酰胺丙基氧化胺的结构式为CH₃(CH₂)₁₀CONH(CH₂)₃N⁺ (CH₃)₂O^-；所述的月桂基亚氨基二乙酸二钠的结构式为CH₃(CH₂)₁₁N(CH₂COONa)₂；所述的丙烯酸-乙烯基吡啶共聚物的结构式为(CH₂CHC₅H₄N)_x-(CH₂CHCOOH)_y，其中x，y均小于10万。

本发明方法中，所述的高分子非离子型组分包括：聚环氧乙烷-环氧丙烷、水溶性酚醛树脂、聚丙烯酸酯、氨基树脂、聚醚、聚乙烯醇及其部分酯化或缩醛化产物中的一种或多种，优选聚丙烯酸酯、聚醚和聚乙烯醇，分子量均在2000～30000，优选5000～20000。

本发明方法中，所述的低分子非离子型组分包括：椰油脂肪酸二乙醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、烷基醇酰胺聚氧乙烯醚、嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚、烷基多苷、多元醇硬脂酸酯、山梨醇脂肪酸酯、脂肪酸环氧乙烷缩合物、蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇双油酸酯以及Spans系列和Tweens系列的酯化和醚化产物中的一种或多种，优选脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺聚氧乙烯醚和椰油脂肪酸二乙醇酰胺，其分子量均在2000以下。

本发明方法中，所述的酸催化剂为C₁～C₆的有机弱酸或无机弱酸，有机弱酸选自甲酸、乙酸、丙酸、草酸和酒石酸中的一种或多种，无机弱酸选自硅酸、碳酸和硼酸中的一种或多种。

本发明两性离子-非离子复合型沥青温拌剂中，也可以根据实际应用需要加入其它添加剂，如分散剂、抗剥落剂、发泡剂、抗老化剂、聚合物改性剂以及氧化镁、氧化钙和五氧化二磷等氧化物，添加剂的加入量占温拌剂总重量的0.1wt%～14.9wt%。

本发明两性离子-非离子复合型沥青温拌剂的制备方法，包括如下内容：按配比先将水加入容器中，控制温度为40～60℃，加入高分子非离子型组分，恒温搅拌0.5～2小时，升温至60～80℃，然后按配比将低分子非离子型组分和两性离子型组分加入，分别搅拌0.5～1小时，加入酸催化剂，搅拌均匀，得到两性离子-非离子复合型沥青温拌剂。

本发明两性离子-非离子复合型沥青温拌剂在沥青混合料拌合中的应用，包括如下步骤：当石料达到拌和温度，均匀拌和1～5分钟，加入沥青，并将温拌剂加入到沥青混合料中，拌和1～5分钟，加入矿粉，均匀拌和1～5分钟。其中温拌剂按照沥青用量的2wt%～10wt%加入。

本发明两性离子-非离子复合型沥青温拌剂与传统沥青温拌剂比较，具有以下优点：

（1）本发明复合型沥青温拌剂中，含有长链结构的两性离子型表面活性剂，具有一定的疏水亲水序列长度，且含有亲水取代基团，能够阻碍体系中疏水链段的聚集缔合，且两性离子和非离子组分可以较好的复配，分散效果好，稳定性好，形成稳定的两性离子-非离子复合型沥青温拌剂。

（2）本发明复合离子型沥青温拌剂中，两性离子和非离子二组分可以起到加和增效作用，即协同效应。复配后得到的温拌剂在与沥青拌和时可以明显降低沥青的表面张力和临界胶束浓度，使得拌和更加容易，即比原来单一组分的性能更加优良，可以起到“1+1＞2”的效果。

（3）本发明复合离子型沥青温拌剂中，高低分子组分之间分散效果好，稳定性好，且高低分子组分优势互补，能够起到“润滑”效果，使沥青在拌和时更加容易。

（4）本发明复合型沥青温拌剂，能和沥青形成微乳型乳液，降低沥青的高温粘度，因此可以降低沥青混合料的拌和、摊铺及压实温度，其拌和温度可以比热拌沥青降低15～30℃，降低能耗约30%，大量减少烟雾及有害物质的排放，减小对人体危害及环境污染，同时减少了拌和过程中的沥青老化，延长路面使用寿命。

（5）本发明复合型沥青温拌剂，相容性好，性质温和，能够有效降低产品的刺激性，环境友好。

（6）本发明复合型沥青温拌剂，原料简单，生产成本低，制备方法简便，只需简单的机械搅拌即可均匀分散，稳定性好，适用范围广，易于工业应用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不因此限制本发明。

实施例1

两性离子-非离子复合型沥青温拌剂原料质量百分比为：

椰油酰胺丙基甜菜碱：18.5wt%；

聚乙烯醇： 0.6wt%；

脂肪醇聚氧乙烯醚：11.5wt%；

草酸：0.3 wt%；

水：69.1wt%。

按配比先将水加入容器中，控制温度为42℃，加入聚乙烯醇，恒温搅拌40分钟，升温至70℃，然后按配比将脂肪醇聚氧乙烯醚和椰油酰胺丙基甜菜碱加入，分别搅拌30分钟，加入草酸，搅拌均匀，得到两性离子-非离子复合型沥青温拌剂。

实施例2

两性离子-非离子复合型沥青温拌剂原料质量百分比为：

椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱：0.7wt%；

聚丙烯酸酯：17wt%；

烷基醇酰胺聚氧乙烯醚：0.4wt%；

甲酸：1.2 wt%；

水：80.7wt%。

按配比先将水加入容器中，控制温度为52℃，加入聚丙烯酸酯，恒温搅拌35分钟，升温至65℃，然后按配比将烷基醇酰胺聚氧乙烯醚和椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱加入，分别搅拌40分钟，加入甲酸，搅拌均匀，得到两性离子-非离子复合型沥青温拌剂。

实施例3

两性离子-非离子复合型沥青温拌剂原料质量百分比为：

月桂酰胺丙基氧化胺：10.6wt%；

水溶性酚醛树脂：9.5wt%；

椰油脂肪酸二乙醇酰胺：7.2wt%；

硼酸：2.6 wt%；

水：70.1wt%。

按配比先将水加入容器中，控制温度为58℃，加入水溶性酚醛树脂，恒温搅拌50分钟，升温至75℃，然后按配比将椰油脂肪酸二乙醇酰胺和月桂酰胺丙基氧化胺加入，分别搅拌50分钟，加入硼酸，搅拌均匀，得到两性离子-非离子复合型沥青温拌剂。

比较例1

两性离子-高分子非离子复合型沥青温拌剂原料质量百分比为：

月桂基亚氨基二乙酸二钠：12.5wt%；

聚丙烯酸酯：4.6wt%；

聚乙烯醇：6.8wt%；

甲酸：2.3 wt%；

水：73.8wt%。

按配比先将水加入容器中，控制温度为49℃，依次加入聚丙烯酸酯和聚乙烯醇，分别恒温搅拌40分钟，升温至72℃，然后按配比将月桂基亚氨基二乙酸二钠加入，搅拌55分钟，加入甲酸，搅拌均匀，得到两性离子-非离子复合型沥青温拌剂。

比较例2

两性离子-低分子非离子复合型沥青温拌剂原料质量百分比为：

月桂酰胺丙基羟磺基甜菜碱：7.5wt%；

脂肪酸聚氧乙烯酯：3.0 wt%；

烷基酚聚氧乙烯醚：6.2 wt%；

草酸：1.4 wt%；

水：81.9 wt%。

按配比先将水加入容器中，控制温度为52℃，依次加入脂肪酸聚氧乙烯酯、烷基酚聚氧乙烯醚和月桂酰胺丙基羟磺基甜菜碱，分别恒温搅拌45分钟，升温至65℃，继续搅拌40分钟，加入草酸，搅拌均匀，得到两性离子-非离子复合型沥青温拌剂。

实施例4

按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）规定的方法对沥青混合料进行温拌和传统的热拌，并进行沥青混合料性能评价。其中，将实施例1、2、3和比较例1、2中制备的两性离子型沥青温拌剂按照沥青用量的5wt%，以喷洒的方式加入沥青混合料中，制备成混合料试件A、B、C、D、E；热拌过程不加入沥青温拌剂。本试验采用90#A级沥青，油石比（沥青混凝土中沥青与矿料质量比的百分数）为6.0%，石料的级配见表1，性能评价结果见表2。具体拌和过程如下：

温拌：

1、按设定量称取石料在120℃的烘箱中加热4小时，沥青在130℃烘箱中加热2小时，拌合机温度设定为120℃。

2、将粗石料在设定温度下先加入拌合机，均匀搅拌3分钟。

3、将沥青加入拌合机，并立刻将温拌剂按设定量喷洒至沥青中，拌和1.5分钟，再加入矿粉，于设定温度下继续拌和3.5分钟。

热拌：

1、按设定量称取石料在150℃的烘箱中加热4小时，沥青在150℃烘箱中加热2小时，拌合机温度设定为150℃。

2、将粗石料在设定温度下先加入拌合机，均匀搅拌3分钟。

3、将沥青加入拌合机，拌和1.5分钟，再加入矿粉，于设定温度下继续拌和3.5分钟。

表1 石料级配。

粒径/mm	16～13.2	13.2～9.5	9.5～4.75	4.75～2.36	2.36～1.18	1.18～0.6	0.6～0.3	0.3～0.15	0.15～0.075	小于0.075
											比例/wt%	4.5	22	24	14.2	14.5	6.2	4.2	4.2	5.8	0.4

表2 沥青混合料性能测试结果。

试验数据表明，应用两性离子-非离子复合型沥青温拌剂制备的温拌沥青混合料在拌和与成型温度相对于热拌沥青混合料明显降低15～30℃的情况下，各项性能指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的要求。

Claims

1.一种两性离子型沥青温拌剂，其特征在于：以重量百分比计包括以下组分：

两性离子型组分：0.1wt%～20wt%

高分子非离子型组分：0.1wt%～20wt%

低分子非离子型组分：0.1wt%～15wt%

酸催化剂：0.1 wt%～3 wt%

水：42wt %～99.6wt%；

所述的两性离子型组分包括：烷基酰胺丙基甜菜碱、烷基酰胺丙基羟磺基甜菜碱、月桂酰胺丙基氧化胺、月桂基亚氨基二乙酸二钠或丙烯酸-乙烯基吡啶共聚物等中的一种或多种；

所述的高分子非离子型组分包括：聚环氧乙烷-环氧丙烷、水溶性酚醛树脂、聚丙烯酸酯、氨基树脂、聚醚、聚乙烯醇及其部分酯化或缩醛化产物中的一种或多种，高分子非离子型组分的分子量为2000～30000；

所述的低分子非离子型组分包括：椰油脂肪酸二乙醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、烷基醇酰胺聚氧乙烯醚、嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚、烷基多苷、多元醇硬脂酸酯、山梨醇脂肪酸酯、脂肪酸环氧乙烷缩合物、蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇双油酸酯以及Spans系列和Tweens系列的酯化和醚化产物中的一种或多种，其分子量小于2000。

2.按照权利要求1所述的沥青温拌剂，其特征在于：以重量百分比计包括以下组分：

两性离子型组分：0.5wt%～10wt%

高分子非离子型组分：0.5wt%～10wt%

低分子非离子型组分：0.5wt%～10wt%

酸催化剂：0.2 wt%～2 wt%

水：68wt %～98.3wt%。

3.按照权利要求1所述的沥青温拌剂，其特征在于：所述的烷基酰胺丙基甜菜碱的结构式为：RCONH(CH₂)₃N⁺(CH₃)₂CH₂COO^-，其中R为C₁₁～C₁₅的烷基。

4.按照权利要求1所述的沥青温拌剂，其特征在于：所述的烷基酰胺丙基羟磺基甜菜碱的结构式为：RCONH(CH₂)₃N⁺(CH₃)₂CH₂CH(OH)CH₂SO₃ ^-，其中R为C₁₁～C₁₅的烷基。

5.按照权利要求1所述的沥青温拌剂，其特征在于：所述的月桂酰胺丙基氧化胺的结构式为：CH₃(CH₂)₁₀CONH(CH₂)₃N⁺(CH₃)₂O^-。

6.按照权利要求1所述的沥青温拌剂，所述的月桂基亚氨基二乙酸二钠的结构式为：CH₃(CH₂)₁₁N(CH₂COONa)₂。

7.按照权利要求1所述的沥青温拌剂，其特征在于：所述的丙烯酸-乙烯基吡啶共聚物的结构式为：(CH₂CHC₅H₄N)_x-(CH₂CHCOOH)_y，其中x，y均小于10万。

8.按照权利要1或2所述的沥青温拌剂，其特征在于：所述的酸催化剂为C₁～C₆的有机弱酸或无机弱酸，有机弱酸选自甲酸、乙酸、丙酸、草酸和酒石酸中的一种或多种，无机弱酸选自硅酸、碳酸和硼酸中的一种或多种。

9.权利要求1或2所述的沥青温拌剂的制备方法，其特征在于包括如下内容：按配比先将水加入容器中，加入高分子非离子型组分，恒温搅拌，搅拌升温，然后将低分子非离子型组分和两性离子型组分加入，继续搅拌，加入酸催化剂，搅拌均匀，得到两性离子-非离子复合型沥青温拌剂。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：恒温40～60℃搅拌，搅拌升温至60～80℃，搅拌时间为0.5～2小时。

11.一种权利要求1所述的沥青温拌剂在沥青混合料拌和中的应用，其特征在于包括如下步骤：当石料达到拌和温度，加入沥青，并将两性离子型沥青温拌剂加入到沥青混合料中然后拌和，再加入矿粉，拌和均匀。

12.按照权利要求11所述的应用，其特征在于：每次拌和时间为1～5分钟。

13.按照权利要求11所述的应用，其特征在于：两性离子型沥青温拌剂按照沥青用量的2wt%～10wt%加入。