CN109762356A - 一种抗紫外高有效含量阳离子乳化沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种抗紫外高有效含量阳离子乳化沥青，该阳离子乳化沥青的组成的质量百分含量包括：基质沥青：60%‑70%；水：26%‑37%；乳化剂：1.0%‑2.0%；紫外线吸收剂：1.5%‑2.0%；pH值调节剂：0%‑0.5%；所述的基质沥青为70号或90号沥青。所述的乳化剂为2,3‑环氧丙基十八烷基二甲基氯化铵改性的壳聚糖。所述的紫外线吸收剂为经偶联剂改性金属氧化物纳米粒子。本发明增强了乳化沥青的抗紫外能力，有效提高稀浆封层后沥青路面的使用寿命和性能。
Description
技术领域
本发明属于道路材料及其配制工艺技术领域，涉及一种道路稀浆封层所用的乳化沥青及其制备方法，特别涉及一种抗紫外高有效含量的阳离子乳化沥青的制备方法。
背景技术
我国道路交通事业发展迅猛,部分道路因年久失修出现了不同程度的损坏,道路养护问题日益受到相关部门的重视。由于阳离子乳化沥青能耗低、生产工艺简单，在道路养护过程中可以降低成本,养护效果显著,降低环境污染，并且与多种骨料更好的粘附而被广泛应用于稀浆封层及微表处修复。然而，在高紫外光辐射地区，如青海、西藏、内蒙等地也广泛采用的沥青路面，由于高原地区大气厚度小，水气等含量少，故辐射强度大，紫外辐射强度增加。因此，沥青暴露在自然环境中，遭受太阳高温辐射，会在热作用下发生热氧老化，同时在高能量的紫外线作用下发生光化学反应，使沥青发生光氧老化，这两种形式的老化都会降低沥青的路用性能。
沥青的热氧老化已有较深的认识，但沥青的紫外光老化还需要进一步深入研究。根据研究表明，沥青的光老化主要是由阳光中紫外线引起的，紫外线所占的比例虽少，但其能量大，而红外线起的热氧老化作用，可见光的作用很小。紫外线光老化对路面的危害具体体现在：首先，沥青表层产生的脆性，使冬季抗低温性能大大减弱，应变能力变小，极容易出现裂缝，导致路面开裂；接着，沥青老化后与集料的粘附性变差，容易引起路面产生龟裂；最后，沥青还将受到水的剥落作用的侵蚀，从集料的表面脱落，导致路面状况的迅速恶化，严重影响沥青路面的使用性能。
专利号为CN10431217A的专利文献中，公开一种抗紫外老化改性沥青及其制备方法。该发明中利用SEBS、微晶石蜡、纳米二氧化铈、炭黑、粉末SBR等材料添加到乳化沥青中，来提高其抗紫外老化性能。
专利号为CN103880336A的专利文献中，公开了一种抗紫外老化性能的沥青混合料。该发明中，利用各类规格的集料、SBS改性沥青、纳米二氧化钛粉末和无机硅酸盐来制备具有抗紫外老化性能的沥青混合料。
现有技术存在着抗紫外老化效果不显著、生产工艺较复杂等技术难题，因此改善阳离子乳化沥青的抗紫外老化能力仍是道路沥青的重要研究课题，具有重要的理论和现实意义。
发明内容
本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种环保的抗紫外高有效含量的阳离子乳化沥青及其制备方法。该方法通过加入偶联剂改性的纳米氧化锌，增强了乳化沥青的抗紫外能力，有效提高稀浆封层后沥青路面的使用寿命和性能。
本发明采用以下技术方案。
一种抗紫外高有效含量阳离子乳化沥青，该阳离子乳化沥青的组成的质量百分含量包括：
基质沥青：60％-70％；
水：26％-37％；
乳化剂：1.0％-2.0％；
紫外线吸收剂：1.5％-2.0％；
pH值调节剂：0％-0.5％；
所述的基质沥青为70号或90号沥青。
所述的乳化剂为2,3-环氧丙基十八烷基二甲基氯化铵改性的壳聚糖。
所述的紫外线吸收剂为经偶联剂改性金属氧化物纳米粒子，所述的金属氧化物为氧化锌，所述的偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570、KH-792、DL-602、KR-TTS、KR-38S、KR138S、KR-238S、KR-12或DL-411。
所述的pH值调节剂为盐酸、磷酸、甲酸或醋酸。
(1)所述的抗紫外高有效含量阳离子乳化沥青的制备方法，该方法包括以下步骤：按照所述的质量配比，将乳化剂和水混合后制成皂液，并用pH值调节剂调节皂液pH值在2-4之间，然后加热到70-80℃；
(2)将紫外线吸收剂加入到140-160℃下熔融的基质沥青搅拌；
(3)在胶体磨中先加入皂液，再加入熔融的含紫外吸收剂的沥青，经胶体磨高速剪切乳化，乳化时间为0.5～1.5min，胶体磨转速为2500～3500r/min，即可制得抗紫外高有效含量的乳化沥青；
一种2,3-环氧丙基十八烷基二甲基氯化铵改性的壳聚糖，该改性壳聚糖由以下步骤制备而成：
将壳聚糖加入到异丙醇中，再加入氢氧化钠，升温45～55℃后，在加入2,3-环氧丙基十八烷基二甲基氯化铵，恒温反应2～3h，反应结束后，将体系过滤，滤饼用乙醇洗涤、真空干燥后即得到2,3-环氧丙基十八烷基二甲基氯化铵改性的壳聚糖；
其中，每50ml异丙醇加入3～8g壳聚糖、0.5～2.0g氢氧化钠、5～15g2,3-环氧丙基十八烷基二甲基氯化铵。
本发明的有益效果为：
(1)本发明配制的乳化沥青为抗紫外的阳离子乳化沥青，由于在制备中加入偶联剂改性的纳米氧化锌作为紫外线吸收剂，纳米氧化锌经过偶联剂改性后可以有效地避免了在使用过程的团聚现象，使得纳米粒子保持原有的形貌尺寸，同时经过改性后纳米氧化锌可以在基质沥青中分散的更为均匀，使其吸收紫外线效果更佳。
(2)本发明配制的乳化沥青为高有效含量的阳离子乳化沥青，由于乳化沥青具有剪切变稀的非牛顿流体的性质，因此，沥青固含量较高，制备的乳化沥青流动性较强，乳化效果更好，可以使得乳化沥青在使用时更加方便。
(3)本发明在制备抗紫外高有效含量的阳离子乳化沥青时，所用的乳化剂为大分子阳离子乳化剂，区别于市场上的小分子阳离子乳化剂，由于大分子本身的特性使得制备的乳化沥青均匀细腻，乳化效果更佳。
(4)本发明的制备工艺中使用了较低用量的阳离子乳化剂对基质沥青进行乳化，由于乳化剂本身具有特殊的分子结构，在1wt％用量的情况下，所制备的乳化沥青均匀细腻，乳化效果良好，乳化沥青的平均粒径为1.79um，通常情况下乳化剂的用量为2wt％以上。与此同时，乳化剂大分子的结构增加了阳离子乳化沥青的稳定性，使其储存稳定性更佳，破乳速度更慢。
(5)本发明所制备的抗紫外高有效含量的阳离子乳化沥青，与市场上现存的阳离子乳化沥青相比不仅将乳液中的有效含量从通常的50％-60％增大到60％-70％，而且加入紫外线吸收剂后，使得稀浆封层后的沥青路面的使用寿命更长。同时，本发明的制备工艺简单，生产成本低，减少了对环境的污染，有利于产品在市场中的推广。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本发明所述的慢裂型阳离子大分子乳化剂制备方法为：将5g壳聚糖(Mv＝1000000)分散到50ml异丙醇中并加入1g氢氧化钠，将体系温度加热到50℃后，加入10g2,3-环氧丙基十八烷基二甲基氯化铵，恒温反应3h，反应结束后，将体系过滤，滤饼用乙醇洗涤2次，真空干燥后即得到2,3-环氧丙基十八烷基二甲基氯化铵改性的壳聚糖。
实施例1
所述的紫外线吸收剂为公知材料，其制备方法，包括以下步骤：将20g纳米氧化锌加入到140ml甲苯中分散均匀，将体系温度加热到70℃，加入100g偶联剂后恒温反应5h，反应结束后，将产物用乙醇洗涤三次，真空干燥后即得到紫外线吸收剂；
随后配制皂液，皂液主要是由370g的水、12g乳化剂组成，加入3g盐酸(质量分数为37％)将皂液pH值调节至2-4并加热至70-80℃；称取70号基质沥青600g，在150℃的温度条件下将其加热至液态，并加入15g紫外线吸收剂机械搅拌5分钟；将皂液加入到胶体磨中再加入加热后的基质沥青进行充分乳化，胶体磨的转速为2900r/min,乳化时间为1min，即可制得抗紫外高有效含量的阳离子乳化沥青。
参照上述方法，将上述的乳化沥青进行性能测试(测试标准为《公路沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)。乳化沥青经性能测试稳定储存超过7天，储存稳定性良好，1天和5天的存储稳定性分别为0.37％和3.52％。蒸发残留量为65％，筛上剩余量0.05％，蒸发残留量和筛上余量测试结果符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)要求。
实施例2
首先参照实施例1的方法制备紫外线吸收剂和乳化剂；然后配制皂液，皂液主要是由365g的水、15g乳化剂组成，加入5g盐酸(质量分数为37％)将皂液pH值调节至2-4并加热至70-80℃；称取70号基质沥青600g，在150℃的温度条件下将其加热至液态，并加入15g紫外线吸收剂机械搅拌5分钟；将皂液加入到胶体磨中再加入加热后的基质沥青进行充分乳化胶体磨的转速为2900r/min,乳化时间为1min，，即可制得抗紫外高有效含量的阳离子乳化沥青。
参照上述方法，将上述的乳化沥青进行性能测试，测试标准为《公路沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)。乳化沥青经性能测试稳定储存超过7天，储存稳定性良好，1天和5天的存储稳定性分别为0.33％和3.22％。蒸发残留量为66％，筛上剩余量0.04％，蒸发残留量和筛上余量测试结果符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)要求。
实施例3
首先参照实施例1的方法制备紫外线吸收剂和乳化剂，然后配制皂液，皂液主要是由260g的水、15g乳化剂组成，加入5g盐酸(质量分数为37％)将皂液pH值调节至2-4并加热至70-80℃；称取70号基质沥青700g，在150℃的温度条件下将其加热至液态，并加入20g紫外线吸收剂机械搅拌5分钟；将皂液加入到胶体磨中再加入加热后的基质沥青进行充分乳化，即可制得抗紫外高有效含量的阳离子乳化沥青。
参照上述方法，将上述的乳化沥青进行性能测试，测试标准为《公路沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)。乳化沥青经性能测试稳定储存超过7天，储存稳定性良好，1天和5天的存储稳定性分别为0.25％和2.76％。蒸发残留量为73％，筛上剩余量0.03％，蒸发残留量和筛上余量测试结果符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)要求。
实施例4
首先参照实施例1的方法制备紫外线吸收剂和乳化剂，然后配制皂液，皂液主要是由266g的水、10g乳化剂组成，加入4g盐酸(质量分数为37％)将皂液pH值调节至2-4并加热至70-80℃；称取70号基质沥青700g，在150℃的温度条件下将其加热至液态，并加入20g紫外线吸收剂机械搅拌5分钟；将皂液加入到胶体磨中再加入加热后的基质沥青进行充分乳化，即可制得抗紫外高有效含量的阳离子乳化沥青。
参照上述方法，将上述的乳化沥青进行性能测试，测试标准为《公路沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)。乳化沥青经性能测试稳定储存超过7天，储存稳定性良好，1天和5天的存储稳定性分别为0.32％和3.02％。蒸发残留量为71％，筛上剩余量0.04％，蒸发残留量和筛上余量测试结果符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)要求。
本发明未尽事宜为公知技术。
Claims (6)
1.一种抗紫外高有效含量阳离子乳化沥青，其特征为该阳离子乳化沥青的组成的质量百分含量包括：
基质沥青：60%-70%；
水：26%-37%；
乳化剂：1.0%-2.0%；
紫外线吸收剂：1.5%-2.0%；
pH值调节剂：0%-0.5%；
所述的乳化剂为2,3-环氧丙基十八烷基二甲基氯化铵改性的壳聚糖。
2.如权利要求1所述的抗紫外高有效含量阳离子乳化沥青，其特征为紫外线吸收剂为经偶联剂改性的金属氧化物纳米粒子，所述的金属氧化物为氧化锌，所述的偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570、KH-792、DL-602、KR-TTS、KR-38S、KR138S、KR-238S、KR-12或DL-411。
3.如权利要求1所述的抗紫外高有效含量阳离子乳化沥青，其特征为所述的pH值调节剂为盐酸、磷酸、甲酸或醋酸。
4.如权利要求1所述的所述的抗紫外高有效含量阳离子乳化沥青，其特征为基质沥青为70号或90号沥青。
5.如权利要求1所述的抗紫外高有效含量阳离子乳化沥青的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：
（1）按照所述的质量配比，将乳化剂和水混合后制成皂液，并用pH值调节剂调节皂液pH值在2-4之间，然后加热到70-80℃；
（2）将紫外线吸收剂加入到140-160℃下熔融的基质沥青搅拌；
（3）在胶体磨中先加入皂液，再加入熔融的含紫外吸收剂的沥青，经胶体磨高速剪切乳化，乳化时间为0.5~1.5min，胶体磨转速为2500~3500r/min，即可制得抗紫外高有效含量的乳化沥青。
6.一种2,3-环氧丙基十八烷基二甲基氯化铵改性的壳聚糖，其特征为该壳聚糖由以下步骤制备而成：
将壳聚糖加入到异丙醇中，再加入氢氧化钠，升温45~55℃后，在加入2,3-环氧丙基十八烷基二甲基氯化铵，恒温反应2~3h，反应结束后，将体系过滤，滤饼用乙醇洗涤、真空干燥后即得到2,3-环氧丙基十八烷基二甲基氯化铵改性的壳聚糖；
其中，每50ml异丙醇加入3~8g壳聚糖、0.5~2.0g氢氧化钠、5~15g2,3-环氧丙基十八烷基二甲基氯化铵。
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| 张恒龙: "沥青/无机纳米复合材料的制备与性能研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
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