CN107083232A - 一种生物基不粘轮粘层油及其制备方法 - Google Patents

一种生物基不粘轮粘层油及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于乳化沥青技术领域,涉及一种生物基不粘轮粘层油及其制备方法。制备步骤为:将硬质沥青与生物质重油按比例在120‑130℃,3000‑5000r/min的剪切条件下混合20‑30min,得到生物沥青;将生物沥青、环氧树脂、纳米二氧化硅在110‑120℃下剪切均匀,得到改性生物沥青;将130‑140℃的改性生物沥青与50‑60℃的乳化剂溶液按比例通过胶体磨,制备出生物基不粘轮粘层油。与现有技术相比,本发明所述方法制备出的粘层油破乳速度快、不粘轮,可提供足够的层间粘结强度,不易脱落,有效改善沥青路面因层间剪切力而产生的层间病害,且成本低廉,具有重要的应用价值及经济效益。

Description

一种生物基不粘轮粘层油及其制备方法
技术领域
本发明属于乳化沥青技术领域,特别涉及一种生物基不粘轮粘层油及其制备方法。
背景技术
粘层是为了加强沥青路面结构中各层之间的粘结效果而洒布的沥青薄层材料,其作用是使沥青路面各层、新铺沥青层和旧沥青路面近似粘结成一个整体。在沥青面层之间受到由汽车荷载作用而产生的竖向、水平荷载的反复作用时,粘结材料能够抵抗路面结构内部产生的各种应力,特别是层间的剪切力,能够保证沥青路面层间不发生滑移等破坏,从而保证沥青路面优良的路用性能,并延长其使用寿命。
目前市面上粘层材料品种众多,归纳起来主要包括四种:煤焦油、稀释沥青、乳化沥青和改性乳化沥青。其中,乳化沥青和改性乳化沥青由于施工时不需要加热,并且对环境的污染较小,省工省力,从而受到广泛关注,是目前沥青路面粘层材料重点研究和广泛应用的主要品种。
然而,传统的粘层油用乳化沥青由较软的基质沥青来制备,导致施工后即使已经完全破乳成膜,依然很容易粘到沥青摊铺机和其他筑路设备发热的轮胎上,造成粘结层材料的损失,降低了粘结效果。因此,现阶段已有研究人员采用乳化硬质沥青作为粘层油,这很好的解决了粘轮问题,可避免粘层材料的损失,但制备和使用过程中仍存在以下问题:硬质沥青在正常乳化温度条件下粘度大,乳化困难,形成的乳液稳定性差,研究人员通过加入更高的乳化剂含量来解决,但是过高的乳化剂含量不仅增加了成本,而且大大延长了乳化沥青的破乳时间,这与快速开放交通的要求背道而驰。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种生物基不粘轮粘层油及其制备方法。该粘层油破乳速度快、不粘轮,可提供足够的层间粘结强度,不易脱落,有效改善沥青路面因层间剪切力而产生的层间病害,且成本低廉,可避免现有技术中的不足。
本发明所述的一种生物基不粘轮粘层油的制备方法,所述制备方法具体步骤为:1)将硬质沥青与生物质重油按比例在120-130℃,3000-5000r/min的剪切条件下混合20-30min,得到生物沥青;2)将生物沥青、环氧树脂、纳米二氧化硅在110-120℃下剪切均匀,得到改性生物沥青;3)将130-140℃的改性生物沥青与50-60℃的乳化剂溶液按比例通过胶体磨,制备出生物基不粘轮粘层油。
本发明所述的一种生物基不粘轮粘层油的制备方法,所述硬质沥青的针入度为10dmm-50dmm。
本发明所述的一种生物基不粘轮粘层油的制备方法,所述生物质重油是生物质经快速热裂解技术分解而得,所述生物质为玉米秸秆、猪粪、大豆油脂肪酸、橡木树屑中的一种。
本发明所述的一种生物基不粘轮粘层油的制备方法,所述环氧树脂为酚醛环氧树脂F-44、F-51,双酚F型环氧树脂中的一种。
本发明所述的一种生物基不粘轮粘层油的制备方法,所述纳米二氧化硅的粒径为15-50nm,比表面积为150-300m/g。
本发明所述的一种生物基不粘轮粘层油的制备方法,所述硬质沥青、生物质重油、环氧树脂、纳米二氧化硅的质量比为100:5-15:5-10:1-2.5。
本发明所述的一种生物基不粘轮粘层油的制备方法,所述乳化剂的制备方法为:1)将磺化剂滴加到35-45℃的油酸中,反应4-6h,得到磺化油酸;2)将上述磺化油酸与胺在N2保护下,160-180℃反应3-4h;最后,降温至80-90℃,加入溶剂,再滴加硫酸二甲酯反应2-3h,得到特制沥青乳化剂;所述磺化剂为浓硫酸、发烟硫酸、三氧化硫中的一种;所述胺为1,3-丙二胺、1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,6-己二胺中的一种或几种;所述溶剂为乙二醇、丙二醇、二甘醇中的一种或几种;所述油酸、磺化剂、溶剂的质量比为1:0.5-0.8:1.2-1.4;所述油酸、胺、硫酸二甲酯的摩尔比为1:2-2.2:2-2.2。
本发明所述的一种生物基不粘轮粘层油的制备方法,所述改性生物沥青与乳化剂溶液的质量比为100:80-100;所述乳化剂溶液中乳化剂含量为0.4-0.6%,其余为水。
本发明所述的一种生物基不粘轮粘层油的制备方法,所述生物基不粘轮粘层油的蒸发残留物软化点为80-100℃,5℃延度为30-40cm。
本发明所述的生物基不粘轮粘层油及其制备方法具有以下三个有益效果:1)共混得到的沥青兼具硬质沥青及生物质重油的特性,在保证不粘轮的同时,具有较低的高温粘度,配套使用特制的乳化剂使其易于乳化,可制备得到破乳速度适宜的稳定沥青乳液;2)改性剂与特制乳化剂配合可大幅提升粘结性,实现结构层之间的高粘结。3)生物质重油为可再生、绿色环保材料,价格低廉,不仅能部分取代石油沥青,减少资源的消耗,而且可进一步降低成本,即使有改性剂的加入,在性能相近的情况下,仍可比同类产品降低成本30%以上。
与现有技术相比,本发明所述方法制备出的粘层油破乳速度快、不粘轮,可提供足够的层间粘结强度,不易脱落,有效改善沥青路面因层间剪切力而产生的层间病害,且成本低廉,具有重要的应用价值及经济效益。
附图说明
图1为本发明所述乳化剂的合成示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述生物基不粘轮粘层油及其制备方法作进一步说明,但是本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
改性生物沥青的制备:将针入度10dmm的硬质沥青与玉米秸秆生物质重油在130℃,5000r/min的剪切条件下混合30min,得到生物沥青;将生物沥青、酚醛环氧树脂F-44、纳米二氧化硅(粒径为15nm,比表面积为300m/g)在110℃下剪切均匀,得到改性生物沥青。其中10dmm的硬质沥青、玉米秸秆生物质重油、酚醛环氧树脂F-44、纳米二氧化硅的质量比为100: 15:5:1。
特制乳化剂的制备:(1)将磺化剂浓硫酸50g滴加到45℃的100g油酸中,反应4h,得到磺化油酸;(2)将上述磺化油酸与53g 1,3-丙二胺在N2保护下,160℃反应4h;最后,降温至80℃,加入120g溶剂乙二醇,再滴加90g硫酸二甲酯反应2h,即得到特制沥青乳化剂。
生物基不粘轮粘层油的制备:先称取4g上述特制乳化剂加入55℃温水300g 使其溶解,然后加水至500g,得到皂液;再取改性生物沥青500g加热到140℃,将上述500g皂液加热到60℃,将沥青和皂液混合后通过胶体磨制备沥青乳液,得到均匀、细腻的粘层油乳化沥青。
粘层油性能检测:粘层油均匀、细腻,沥青含量为51.1%,筛上剩余量为0.03%,与矿料裹覆面积大于2/3,储存稳定性(5d)为3.2%,恩格拉粘度为5,蒸发残留物软化点95℃,5℃延度30.9cm。粘层油层间抗剪强度1.2MPa,抗拉强度0.7 MPa。
实施例2
改性生物沥青的制备:将针入度30dmm的硬质沥青与猪粪生物质重油在120℃,3000r/min的剪切条件下混合20min,得到生物沥青;将生物沥青、酚醛环氧树脂F-51、纳米二氧化硅(粒径为50nm,比表面积为150m/g)在120℃下剪切均匀,得到改性生物沥青。其中30dmm的硬质沥青、猪粪生物质重油、酚醛环氧树脂F-51、纳米二氧化硅的质量比为100:10:7.5:2。
特制乳化剂的制备:(1)将磺化剂发烟硫酸80g滴加到35℃的100g油酸中,反应6h,得到磺化油酸;(2)将上述磺化油酸与63g 1,4-丁二胺在N2保护下,170℃反应3.5h;最后,降温至85℃,加入130g溶剂丙二醇,再滴加98g硫酸二甲酯反应3h,即得到特制沥青乳化剂。
生物基不粘轮粘层油的制备:先称取4g上述特制乳化剂加入55℃温水300g 使其溶解,然后加水至400g,得到皂液;再取改性生物沥青500g加热到130℃,将上述400g皂液加热到55℃,将沥青和皂液混合后通过胶体磨制备沥青乳液,得到均匀、细腻的粘层油乳化沥青。
粘层油性能检测:粘层油均匀、细腻,沥青含量为56.1%,筛上剩余量为0.04%,与矿料裹覆面积大于2/3,储存稳定性(5d)为3.8%,恩格拉粘度为6,蒸发残留物软化点90℃,5℃延度35.5cm。粘层油层间抗剪强度1.1MPa,抗拉强度0.65 MPa。
实施例3
改性生物沥青的制备:将针入度50dmm的硬质沥青与玉米秸秆生物质重油在125℃,4000r/min的剪切条件下混合25min,得到生物沥青;将生物沥青、双酚F型环氧树脂、纳米二氧化硅(粒径为30nm,比表面积为200m/g)在115℃下剪切均匀,得到改性生物沥青。其中50dmm的硬质沥青、玉米秸秆生物质重油、双酚F型环氧树脂、纳米二氧化硅的质量比为100:5: 10: 2.5。
特制乳化剂的制备:(1)将磺化剂三氧化硫60g滴加到40℃的100g油酸中,反应5h,得到磺化油酸;(2)将上述磺化油酸与73g 1,5-戊二胺在N2保护下,180℃反应3h;最后,降温至90℃,加入140g溶剂二甘醇,再滴加94g硫酸二甲酯反应2.5h,即得到特制沥青乳化剂。
生物基不粘轮粘层油的制备:先称取5.5g上述特制乳化剂加入55℃温水300g 使其溶解,然后加水至450g,得到皂液;再取改性生物沥青500g加热到135℃,将上述450g皂液加热到55℃,将沥青和皂液混合后通过胶体磨制备沥青乳液,得到均匀、细腻的粘层油乳化沥青。
粘层油性能检测:粘层油均匀、细腻,沥青含量为53%,筛上剩余量为0.05%,与矿料裹覆面积大于2/3,储存稳定性(5d)为3.5%,恩格拉粘度为7,蒸发残留物软化点85℃,5℃延度40cm。粘层油层间抗剪强度1.3MPa,抗拉强度0.56 MPa。
实施例4
改性生物沥青的制备:将针入度10dmm的硬质沥青与大豆油脂肪酸生物质重油在130℃,5000r/min的剪切条件下混合20min,得到生物沥青;将生物沥青、酚醛环氧树脂F-44、纳米二氧化硅(粒径为15nm,比表面积为300m/g)在120℃下剪切均匀,得到改性生物沥青。其中10dmm的硬质沥青、大豆油脂肪酸生物质重油、酚醛环氧树脂F-44、纳米二氧化硅的质量比为100:15:5:1。
特制乳化剂的制备:(1)将磺化剂浓硫酸80g滴加到35℃的100g油酸中,反应6h,得到磺化油酸;(2)将上述磺化油酸与83g 1,6-己二胺在N2保护下,180℃反应3h;最后,降温至80℃,加入120g溶剂乙二醇,再滴加98g硫酸二甲酯反应3h,即得到特制沥青乳化剂。
生物基不粘轮粘层油的制备:先称取6g上述特制乳化剂加入55℃温水300g 使其溶解,然后加水至500g,得到皂液;再取改性生物沥青500g加热到140℃,将上述500g皂液加热到50℃,将沥青和皂液混合后通过胶体磨制备沥青乳液,得到均匀、细腻的粘层油乳化沥青。
粘层油性能检测:粘层油均匀、细腻,沥青含量为51.6%,筛上剩余量为0.04%,与矿料裹覆面积大于2/3,储存稳定性(5d)为3.0%,恩格拉粘度为4,蒸发残留物软化点96℃,5℃延度31.6cm。粘层油层间抗剪强度1.2MPa,抗拉强度0.8 MPa。
实施例5
改性生物沥青的制备:将针入度30dmm的硬质沥青与猪粪生物质重油在120℃,3000r/min的剪切条件下混合30min,得到生物沥青;将生物沥青、酚醛环氧树脂F-51、纳米二氧化硅(粒径为50nm,比表面积为150m/g)在110℃下剪切均匀,得到改性生物沥青。其中30dmm的硬质沥青、猪粪生物质重油、酚醛环氧树脂F-51、纳米二氧化硅的质量比为100:10:8:2。
特制乳化剂的制备:(1)将磺化剂发烟硫酸60g滴加到40℃的100g油酸中,反应5h,得到磺化油酸;(2)将上述磺化油酸与53g 1,3-丙二胺在N2保护下,160℃反应3h;最后,降温至90℃,加入140g溶剂二甘醇,再滴加90g硫酸二甲酯反应2h,即得到特制沥青乳化剂。
生物基不粘轮粘层油的制备:先称取3.6g上述特制乳化剂加入55℃温水300g 使其溶解,然后加水至400g,得到皂液;再取改性生物沥青500g加热到140℃,将上述400g皂液加热到60℃,将沥青和皂液混合后通过胶体磨制备沥青乳液,得到均匀、细腻的粘层油乳化沥青。
粘层油性能检测:粘层油均匀、细腻,沥青含量为55.5%,筛上剩余量为0.05%,与矿料裹覆面积大于2/3,储存稳定性(5d)为3.9%,恩格拉粘度为5,蒸发残留物软化点91℃、5℃延度34.2cm。粘层油层间抗剪强度1.26MPa,抗拉强度0.64 MPa。
实施例6
改性生物沥青的制备:将针入度50dmm的硬质沥青与大豆油脂肪酸生物质重油在125℃,4000r/min的剪切条件下混合25min,得到生物沥青;将生物沥青、双酚F型环氧树脂、纳米二氧化硅(粒径为30nm,比表面积为200m/g)在115℃下剪切均匀,得到改性生物沥青。其中50dmm的硬质沥青、大豆油脂肪酸生物质重油、双酚F型环氧树脂、纳米二氧化硅的质量比为100:5:10:2。
特制乳化剂的制备:(1)将磺化剂三氧化硫50g滴加到45℃的100g油酸中,反应4h,得到磺化油酸;(2)将上述磺化油酸与63g 1,4-丁二胺在N2保护下,170℃反应4h;最后,降温至85℃,加入130g溶剂丙二醇,再滴加94g硫酸二甲酯反应2.5h,即得到特制沥青乳化剂。
生物基不粘轮粘层油的制备:先称取4.8g上述特制乳化剂加入55℃温水300g 使其溶解,然后加水至450g,得到皂液;再取改性生物沥青500g加热到135℃,将上述450g皂液加热到55℃,将沥青和皂液混合后通过胶体磨制备沥青乳液,得到均匀、细腻的粘层油乳化沥青。
粘层油性能检测:粘层油均匀、细腻,沥青含量为52.7%,筛上剩余量为0.06%,与矿料裹覆面积大于2/3,储存稳定性(5d)为4.0%,恩格拉粘度为6,蒸发残留物软化点83℃,5℃延度38.5cm。粘层油层间抗剪强度1.1MPa,抗拉强度0.8 MPa。

Claims (10)

1.一种生物基不粘轮粘层油的制备方法,其特征在于,所述制备方法具体步骤为:1)将硬质沥青与生物质重油在120-130℃,3000-5000r/min的剪切条件下混合20-30min,得到生物沥青;2)将生物沥青、环氧树脂、纳米二氧化硅在110-120℃下剪切均匀,得到改性生物沥青;3)将130-140℃的改性生物沥青与50-60℃的乳化剂溶液通过胶体磨,制备出生物基不粘轮粘层油。
2.根据权利要求1所述的一种生物基不粘轮粘层油的制备方法,其特征在于,所述硬质沥青的针入度为10dmm-50dmm。
3.根据权利要求1所述的一种生物基不粘轮粘层油的制备方法,其特征在于,所述生物质重油是生物质经快速热裂解技术分解而得,所述生物质为玉米秸秆、猪粪、大豆油脂肪酸、橡木树屑中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种生物基不粘轮粘层油的制备方法,其特征在于,所述环氧树脂为酚醛环氧树脂F-44、F-51,双酚F型环氧树脂中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种生物基不粘轮粘层油的制备方法,其特征在于,所述纳米二氧化硅的粒径为15-50nm,比表面积为150-300m/g。
6.根据权利要求1所述的一种生物基不粘轮粘层油的制备方法,其特征在于,所述硬质沥青、生物质重油、环氧树脂、纳米二氧化硅的质量比为100:5-15:5-10:1-2.5。
7.根据权利要求1所述的一种生物基不粘轮粘层油的制备方法,其特征在于,所述乳化剂的制备方法为:1)将磺化剂滴加到35-45℃的油酸中,反应4-6h,得到磺化油酸;2)将上述磺化油酸与胺在N2保护下,160-180℃反应3-4h;最后,降温至80-90℃,加入溶剂,再滴加硫酸二甲酯反应2-3h,得到沥青乳化剂;所述磺化剂为浓硫酸、发烟硫酸、三氧化硫中的一种;所述胺为1,3-丙二胺、1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,6-己二胺中的一种或几种;所述溶剂为乙二醇、丙二醇、二甘醇中的一种或几种;所述油酸、磺化剂、溶剂的质量比为1:0.5-0.8:1.2-1.4;所述油酸、胺、硫酸二甲酯的摩尔比为1:2-2.2:2-2.2。
8.根据权利要求7所述的一种生物基不粘轮粘层油的制备方法,其特征在于,所述改性生物沥青与乳化剂溶液的质量比为100:80-100;所述乳化剂溶液中乳化剂含量为0.4-0.6wt%,其余为水。
9.根据权利要求7所述的一种生物基不粘轮粘层油的制备方法,其特征在于,所述生物基不粘轮粘层油的蒸发残留物软化点为80-100℃,5℃延度为30-40cm。
10.根据权利要求1-7任一所述制备方法制得的生物基不粘轮粘层油。
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