CN110804316B - 一种阳离子体系高固含量sbs改性乳化沥青 - Google Patents

一种阳离子体系高固含量sbs改性乳化沥青 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种阳离子体系高固含量SBS改性乳化沥青，由阳离子乳化沥青与高固含量SBS乳液在常温下混合而成。组分及其所占重量份数包括：阳离子乳化沥青90～95份，高固含量SBS乳液5～12份。本发明采用分别制备乳化沥青与SBS乳液再进行常温混合的方案，降低了对乳化设备要求的同时提升了储存稳定性。所制备的SBS改性乳化沥青固含量高，储存稳定性好。加入了丙烯酸改性松香甘油酯作为稳定剂提高了SBS与沥青相容性，实现SBS的高掺量与高稳定性。

Description

一种阳离子体系高固含量SBS改性乳化沥青
技术领域
本发明属于道路建筑材料技术领域，具体涉及一种阳离子体系高固含量SBS改性乳化沥青。
背景技术
乳化沥青在路面工程中有着广泛的应用，尤其是在沥青路面的养护领域。随着道路工程对沥青性能要求的提高，需对乳化沥青进行改性。然而，与石油沥青的改性普遍采用SBS改性不同，目前普遍采用的改性乳化沥青为SBR改性沥青。究其原因，主要是SBS改性沥青难以制备，且SBS改性乳化沥青的稳定性较差。
从制备方法来看，SBS改性乳化沥青分先改性再乳化和先乳化再改性两种方法。由于SBS改性沥青粘度高，采用先改性再乳化方案时需在超过100℃(水的沸点)的温度下才能完成，必须对设备进行加压处理，且对胶体磨的性能提出极高要求，因此限制了这种方法的推广使用。采用先将SBS乳化再添加到乳化沥青中解决了以上问题，但采用当前技术制备的SBS乳化固含量较低，市售SBS乳液固含量一般在30％以下，且稳定性较差，不能像SBR胶乳进行长时间存储。采用此种SBS乳液难以制备SBS含量高且固含量超过60％的乳化沥青，但当前道路行业，尤其是预防性养护领域普遍要求乳化沥青的固含量需在60％以上，主流SBR改性乳化沥青产品的固含量已达到甚至超过了70％。
CN 105348547 A公布了一种阴离子型SBS乳液及其制备方法，并在改性乳化沥青防水材料中进行应用。此方案提高了SBS乳液的固含量，但其采用的阴离子乳化剂体系使其难以与道路工程高固含量乳化沥青常用的阳离子乳化体系相兼容，会引起乳化沥青的破乳或稳定性下降。
发明内容
本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种通过在乳化沥青中直接掺加高固含量SBS乳液的方式制备高固含量SBS改性乳化沥青的方法，并可提高SBS改性乳化沥青的储存稳定性，。
为实现上述方案，本发明采用的技术方案为：
一种阳离子体系高固含量SBS改性乳化沥青，由阳离子乳化沥青与高固含量SBS乳液在常温下混合而成。组分及其所占重量份数包括：阳离子乳化沥青90～95份，高固含量SBS乳液5～12份。
上述方案中阳离子乳化沥青沥青的制备方法，包括以下步骤：将乳化剂倒入水中混合均匀，用浓盐酸调节至PH2～3，后加热至50～60℃得到乳化剂溶液；将沥青加热至100℃后加入具有表面活性作用的增溶剂，搅拌均匀后与乳化剂溶液一同倒入胶体磨内进行乳化即得阳离子乳化沥青。
上述方案中，所述沥青为70号或90号A级道路石油沥青。
上述方案中，所述乳化剂为复配阳离子乳化剂，由铵盐型或季铵盐型阳离子乳化剂与非离子乳化剂松香酸聚氧乙烯酯组成。其比例为9:1～8:2。
上述方案中，复配乳化剂的用量为沥青质量的2～3％。
上述方案中具有表面活性作用的增溶剂为丙烯酸改性松香甘油酯。其用量为沥青的1～2％。
上述方案中乳化剂溶液与沥青-增溶剂混合物的质量比为3:7～5:5。
上述方案中，高固含量SBS乳液的制备方法，包括以下步骤：将固体SBS溶于低沸点有机溶剂中，混合均匀得SBS预混液；将复配乳化剂加入水中配制水乳化液；将水乳化液进行低速剪切，然后加入SBS预混液，进行高速剪切乳化，静置后减压蒸馏回收有机溶剂，即得高固含量SBS乳液。
上述方案中，所述低沸点有机溶剂为环己烷、醋酸乙酯的混合物，其混合比例为质量比环己烷：醋酸乙酯＝2:8～5:5。
上述方案中，所述固体SBS为线型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，其分子量为10万～40万。
上述方案中，所述复配乳化剂由十二烷基三甲基氯化铵、聚氧乙烯辛基苯酚醚系列乳化剂复配而成。其中，十二烷基三甲基氯化铵的质量为60～70％，烷基酚聚氧乙烯醚系列乳化剂的质量比为30～40％。
上述方案中，所述烷基酚聚氧乙烯醚系列乳化剂为OP-7、OP-9或OP-10。
上述方案中，复配型乳化剂的用量为固体SBS质量的2～9％。
上述方案中，所述SBS预混液中低沸点有机溶剂与SBS的质量比为。92:8～77:23。
上述方案中，所述水乳化液中，复配型乳化剂与水的质量比为(5～8):100。
上述方案中，所述低速剪切速率为1000～2000rpm，时间为3～5min。
上述方案中，所述高速剪切速率为7000～9000rpm，时间为25～35min。
上述方案中，所述减压蒸馏压力为80～85mmHg，温度为35～55℃，时间为8～10小时。
本发明的原理为：
1)本发明分别制备乳化沥青与SBS乳液再进行常温混合的方案，此方案由于其现混现用的特点，相比一般高固含量高SBS掺量乳化沥青，可实现SBS改性乳化沥青的超长时间存储。同时分别乳化SBS和沥青的温度和压力都较低，对胶体磨的技术要求大大降低。
2)本发明中乳化沥青与SBS乳液采用的乳化体系相似，具有很好的相容性，可提升SBS乳液的掺量及其稳定性。
3)本发明乳化沥青中加入了丙烯酸改性松香甘油酯作为稳定剂，它与沥青和SBS均有很好的相容性，不但可以使混合后的乳化体系更稳定，对破乳后SBS与沥青的均匀混合分布也有所提升。此外，经丙烯酸改性后，松香甘油酯具备一定的表面活性，对乳化也有促进作用。
4)本发明制备的SBS乳液采用环己烷与醋酸乙酯的混合液作为低沸点溶剂，与普遍采用的甲苯相比，本发明低沸点溶剂环保无毒；且环己烷与醋酸乙酯混合后，对SBS有着更好的溶解性；同时，以醋酸乙酯为主题的环己烷与醋酸乙酯混合共沸温度在60℃以下，不但有利于SBS的乳液形成后对有机溶剂的减压蒸馏，还能降低高温蒸馏过程中SBS乳液破乳的风险。
5)本发明采用的乳化剂十二烷基三甲基氯化铵、聚氧乙烯辛基苯酚醚系列乳化剂复配而成。其中季铵盐十二烷基三甲基氯化铵在水-SBS体系中表面活性好，与非离子乳化剂有很好的相容性和协同作用，同时与乳化沥青常用的阳离子乳化体系有着很好的相容性；本发明采用的聚氧乙烯辛基苯酚醚系列乳化剂包括OP-7、OP-9和OP-10，其主要不同点在于其HLB值，当制备的SBS乳液固含量高于50％时，宜选用HLB值低的OP-7，反之则选择OP-10，HLB值与固含量的适配可明显提高复合乳化体系的表面活性，更能显著改性乳化体系的稳定性。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)采用分别制备乳化沥青与SBS乳液再进行常温混合的方案，降低了对乳化设备要求的同时提升了储存稳定性。
2)所制备的SBS改性乳化沥青固含量高，储存稳定性好。
3)加入了丙烯酸改性松香甘油酯作为稳定剂使提高了SBS与沥青相容性，实现SBS的高掺量与高稳定性。
4)制备SBS乳液过程中采用的低沸点溶剂无毒、溶解度高、沸点低，易于蒸馏回收。
5)本发明同时选用十二烷基三甲基氯化铵、聚氧乙烯辛基苯酚醚系列乳化剂、松香酸聚氧乙烯酯复配乳化剂，所得SBS乳液稳定性好，固含量高。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下实施例中，沥青采用湖北国创生产的70号A级道路石油沥青；增溶剂丙烯酸改性松香甘油酯由湖北大学化工厂生产；季铵盐类阳离子乳化剂十二烷基三甲基氯化铵采用武汉拉那白医药化工有限公司生产的1231，聚氧乙烯辛基苯酚醚系列乳化剂采用江苏海安石油化工生产的OP-7、OP-9、OP-10，松香酸聚氧乙烯酯由天津工业大学高新技术实业公司生产；为方便与市售产品对比，SBS采用岳阳石化生产的线性SBS，牌号YH-792。
实施例1
一种阳离子体系高固含量SBS改性乳化沥青，其制备方法包括如下步骤：
1)乳化沥青制备：取100g水，加入4g1231、1g松香酸聚氧乙烯酯将乳化剂倒入水中混合均匀，用浓盐酸调节至PH2～3，搅拌均匀配成复配乳化剂溶液。将150g沥青加热至100℃后加入15g丙烯酸改性松香甘油酯，搅拌均匀；将配制的复配乳化剂溶液加热至55℃后与热沥青一同倒入胶体磨内进行乳化即得阳离子乳化沥青。
2)SBS乳液制备：将60g SBS溶于280g环己烷与乙酸乙酯复合溶液中，环己烷与乙酸乙酯的质量比为3:7，搅拌均匀制备SBS溶液；取100g水，向其中加入7g 1231、3g OP-10，搅拌均匀配成复配乳化剂溶液；将乳化剂水溶液在剪切机下低速(2000rpm左右)剪切3min，随后缓慢向其加入制备好的SBS溶液，加大转速至8000rpm左右，乳化30min；将乳化好的SBS乳液通过减压蒸馏提纯(压力84mmHg，温度48℃，时间为9小时)，即得环保复配型SBS乳液。
3)SBS改性乳化沥青的制备：将92g乳化沥青与8gSBS乳液混合并充分搅拌制得一种阳离子体系高固含量SBS改性乳化沥青。
实施例2
一种用于阳离子体系高固含量SBS改性乳化沥青，其制备方法包括如下步骤：
1)乳化沥青制备：取100g水，加入3.5g1231、1.5g松香酸聚氧乙烯酯将乳化剂倒入水中混合均匀，用浓盐酸调节至PH2～3，搅拌均匀配成复配乳化剂溶液。将170g沥青加热至100℃后加入17g丙烯酸改性松香甘油酯，搅拌均匀；将配制的复配乳化剂溶液加热至55℃后与热沥青一同倒入胶体磨内进行乳化即得阳离子乳化沥青。
2)SBS乳液制备：将90g SBS溶于400g环己烷与乙酸乙酯复合溶液中，环己烷与乙酸乙酯的质量比为1:3，搅拌均匀制备SBS溶液；取100g水，向其中加入7g 1231、3g OP-9，搅拌均匀配成复配乳化剂溶液；将乳化剂水溶液在剪切机下低速(2000rpm左右)剪切3min，随后缓慢向其加入制备好的SBS溶液，加大转速至8000rpm左右，乳化30min；将乳化好的SBS乳液通过减压蒸馏提纯(压力84mmHg，温度45℃，时间为9小时)，即得环保复配型SBS乳液。
3)SBS改性乳化沥青的制备：将92g乳化沥青与8gSBS乳液混合并充分搅拌制得一种阳离子体系高固含量SBS改性乳化沥青。
实施例3
一种用于阳离子体系高固含量SBS改性乳化沥青，其制备方法包括如下步骤：
1)乳化沥青制备：取100g水，加入3.5g1231、1.5g松香酸聚氧乙烯酯将乳化剂倒入水中混合均匀，用浓盐酸调节至PH2～3，搅拌均匀配成复配乳化剂溶液。将190g沥青加热至100℃后加入19g丙烯酸改性松香甘油酯，搅拌均匀；将配制的复配乳化剂溶液加热至55℃后与热沥青一同倒入胶体磨内进行乳化即得阳离子乳化沥青。
2)SBS乳液制备：将115g SBS溶于550g环己烷与乙酸乙酯复合溶液中，环己烷与乙酸乙酯的质量比为1:4，搅拌均匀制备SBS溶液；取100g水，向其中加入7g 1231、3g OP-7，搅拌均匀配成复配乳化剂溶液；将乳化剂水溶液在剪切机下低速(2000rpm左右)剪切3min，随后缓慢向其加入制备好的SBS溶液，加大转速至8000rpm左右，乳化30min；将乳化好的SBS乳液通过减压蒸馏提纯(压力84mmHg，温度45℃，时间为9小时)，即得环保复配型SBS乳液。
3)SBS改性乳化沥青的制备：将92g乳化沥青与8gSBS乳液混合并充分搅拌制得一种阳离子体系高固含量SBS改性乳化沥青。
对比例1
一种SBS改性乳化沥青，其制备方法包括如下步骤：
1)改性SBS乳液的制备：取30g SBS溶于150g环己烷溶液中，待其充分溶解后，加热到75℃左右后8000rpm高速剪切乳化，加入110g水乳化液(5g op-10、5g C12H25SO4Na，100g水)，30min后停止乳化，减压蒸馏(压力84mmHg，温度45℃，时间为8-12小时)得到改性SBS乳液；
2)将所得的改性SBS乳液与水、胜利90#基质沥青、AC-181按6:42:55:2的质量比在胶体磨中进行乳化(控制转速为15000r/min，时间为3min)，即得SBS改性乳化沥青。
经测试，本对比例所得改性SBS乳液的固含量为27.0％，吸水量为2.8％，粒径为1.56um，粘度为56mPa*s，凝固物含量0.8％，机械稳定性0.51％，密度0.96％，没有破乳，但有结块。
对比例2
一种SBS改性乳化沥青，其制备方法包括如下步骤：
1)改性SBS乳液的制备：取30g SBS溶于150g甲苯溶液中，待其充分溶解后，加热到75℃左右后，8000rpm高速剪切乳化，加入110g水乳化液(6gAC-181、2gOP-10、2gC12H25SO4Na，100g水)，30min后停止乳化，减压蒸馏(压力84mmHg，温度45℃，时间为8-12小时)，得改性SBS乳液；
2)将所得改性SBS乳液与水、胜利90#基质沥青、AC-181按6:42:55:2的质量比在胶体磨中进行乳化(控制转速为15000r/min，时间为3min)，即得SBS改性乳化沥青。
经测试，本对比例所得改性SBS乳液的固含量为32.3％，吸水量为2.2％，粒径为1.16um，粘度为49mPa*s，凝固物含量1.3％，机械稳定性0.48％，密度0.96％，表层出现油滴。
实施例1～3和对比例1～2所得的SBS改性乳化沥青及其蒸发残留物的测试结果分别表1。
表1实施例1～3与对比例1～2所制备SBS改性乳化沥青的性能测试结果
Figure BDA0002272936640000071
上述结果表明，实施例在固含量高于对比例的同时，稳定性不但没有低于对比例，反而稳定性有了大幅度提高，尤其是早期的储存稳定性，可以看出复合乳化剂和增溶剂起到了明显的作用。由于有效SBS掺量较对比例明显提高，因此蒸发残留物的高温性能和低温变形能力均显著提高。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种阳离子体系高固含量SBS改性乳化沥青，其制备方法包括以下步骤：将由质量比80～90％铵盐型或季铵盐型阳离子乳化剂与质量比10～20％非离子乳化剂松香酸聚氧乙烯酯组成的乳化剂倒入水中混合均匀，用浓盐酸调节至PH2～3，后加热至50～60℃得到乳化剂溶液；将沥青加热至100℃后加入增溶剂丙烯酸改性松香甘油酯，用量为沥青的1～2％，搅拌均匀后与乳化剂溶液一同倒入胶体磨内进行乳化得到阳离子乳化沥青，然后加入高固含量SBS乳液，高固含量SBS乳液的制备方法，包括以下步骤：将固体SBS溶于由环己烷和醋酸乙酯按质量比2:8～5:5制备的低沸点有机溶剂中，混合均匀得SBS预混液；将由质量比60～70％十二烷基三甲基氯化铵和质量比30～40％聚氧乙烯辛基苯酚醚系列乳化剂复配而成的乳化剂加入水中配制水乳化液；将水乳化液进行低速剪切，然后加入SBS预混液，进行高速剪切乳化，静置后减压蒸馏回收有机溶剂，即得高固含量SBS乳液；搅拌均匀即得高固含量SBS改性乳化沥青，重量份数为阳离子乳化沥青90～95份，高固含量SBS乳液5～12份。
2.根据权利要求1所述的一种阳离子体系高固含量SBS改性乳化沥青，其特征在于，所述SBS预混液中低沸点有机溶剂与SBS的质量比为92:8～77:23。
3.根据权利要求1所述的一种阳离子体系高固含量SBS改性乳化沥青，其特征在于，所述水乳化液中，复配型乳化剂与水的质量比为(5～8):100。
4.根据权利要求1所述的一种阳离子体系高固含量SBS改性乳化沥青，其特征在于，所述的聚氧乙烯辛基苯酚醚系列乳化剂为OP-7、OP-9或OP-10。
5.根据权利要求1所述的一种阳离子体系高固含量SBS改性乳化沥青，其特征在于，所述低速剪切速率为1000～2000rpm，时间为3～5min；所述高速剪切速率为7000～9000rpm，时间为25～35min；所述减压蒸馏压力为80～85mmHg，温度为35～55℃，时间为8～10小时。
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