CN110818914A

CN110818914A - 一种双阳离子改性沥青乳化剂及其制备方法

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Publication number: CN110818914A
Application number: CN201911118318.9A
Authority: CN
Inventors: 杜晓博; 刘文昶; 常皓宇; 冯美军; 张树文; 赵佃宝; 曲恒辉; 张圣涛; 朱辉
Original assignee: Qilu Traffic Material Technology Development Co Ltd
Current assignee: Qilu Traffic Material Technology Development Co Ltd
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2020-02-21

Abstract

本发明公开了一种双阳离子改性沥青乳化剂及其制备方法，属于道路工程领域。所述乳化剂由硬脂酰胺丙基二甲胺、十八烷基三甲基氯化铵和聚乙二醇等混合而成，硬脂酰胺丙基二甲胺、十八烷基三甲基氯化铵和聚乙二醇的重量比为10‑40:20‑40：30‑50。与现有技术相比，本发明的双阳离子改性沥青乳化剂及其制备方法具有乳化能力强、稳定性高、成本低廉等特点，具有很好的推广应用价值。

Description

一种双阳离子改性沥青乳化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及道路工程领域，具体提供一种双阳离子改性沥青乳化剂及其制备方法。

背景技术

实际工程中，乳化沥青的储存稳定性是保证制得的乳化沥青安全高效储存、运输的重要指标，破乳速度的快慢决定了施工周期的长短和施工难度大小，国内外相关研究表明，乳化沥青的破乳速度和储存稳定性很大程度上受乳化剂本身的配方设计所影响，其余影响因素，如乳化剂掺量、水用量等对破乳速度和储存稳定性影响较小。

发明内容

本发明是针对上述现有技术的不足，提供一种乳化能力强、稳定性高、成本低廉的双阳离子改性沥青乳化剂。

本发明进一步的技术任务是技术上述乳化剂的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：双阳离子改性沥青乳化剂，其特点是包括硬脂酰胺丙基二甲胺、十八烷基三甲基氯化铵和聚乙二醇，硬脂酰胺丙基二甲胺、十八烷基三甲基氯化铵和聚乙二醇的重量比为10-40:20-40：30-50。

为了提升乳化剂的稳定性，本发明乳化剂还包括复合稳定剂，所述复合稳定剂为氯化钙和/或聚乙烯醇。复合稳定剂与硬脂酰胺丙基二甲胺的重量比优选为4-10： 10-40。

优选为氯化钙和聚乙烯醇的混合物，氯化钙和聚乙烯醇的用量比为0.8-1.2：0.8-1.2。

作为优选，本发明乳化剂采用小分子醇类溶剂，所述小分子醇类溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇。小分子醇类溶剂与硬脂酰胺丙基二甲胺的重量比优选为5-15：10-40。

为了降低溶液表面张力，本发明乳化剂还包括消泡剂，所述消泡剂为粉体有机硅。消泡剂与硬脂酰胺丙基二甲胺的重量比优选为5-10：10-40。

为了改善微表处混合料的路用性能，本发明乳化剂还包括改性剂，所述改性剂为水性环氧树脂。改性剂与硬脂酰胺丙基二甲胺的重量比优选为7-15：10-40。

为了进一步改善乳化效果，本发明乳化剂还包括pH值调节剂，所述pH值调节剂为无机酸，如盐酸或磷酸。pH值调节剂与硬脂酰胺丙基二甲胺的重量比优选为10-30： 10-40。

双阳离子改性沥青乳化剂制备方法，包括以下步骤：

S1.将初始呈膏体状的硬脂酰胺丙基二甲基胺、十八烷基三甲基氯化铵下加温至融解成液态；

S2.加入聚乙二醇、复合稳定剂、小分子醇类溶剂、消泡剂、改性剂、pH值调节剂后，加热状态下搅拌至各原料混合均匀，即得到双阳离子改性沥青乳化剂成品，

各原料的重量份配比为：

双阳离子改性沥青乳化剂各原料的重量份配比为：

硬脂酰胺丙基二甲基胺、十八烷基三甲基氯化铵的加温温度为60-90℃，优选为70-80℃。

所述复合稳定剂为氯化钙和/或聚乙烯醇；

所述小分子醇类溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇；

所述消泡剂为粉体有机硅；

所述改性剂为水性环氧树脂；

所述pH值调节剂为无机酸。

改性乳化沥青制备流程：

S1.将本发明乳化剂加入到70-80℃的热水中，通过搅拌使其充分溶解，形成皂液，皂液中乳化剂的质量百分含量为8-12％；

S2.根据实际工程需要，称取适量的SBR胶乳(一般为乳化沥青总质量的5％左右)，加入皂液中并搅拌均匀；

S3.将基质沥青加热至140-160℃，按照乳化剂用量为待乳化沥青质量的4％左右，同时将待乳化沥青和皂液加入胶体磨，并进行剪切，即可得到乳化沥青。

和现有技术相比，本发明的双阳离子改性沥青乳化剂及其制备方法具有以下突出的有益效果：

(一)以特定配比的硬脂酰胺丙基二甲胺、十八烷基三甲基氯化铵和聚乙二醇为乳化剂主料，不仅生产工艺十分简单、成本低廉，在破乳速度、储存稳定性等方面均具体良好的性能指标；

(二)以特定比例的聚乙烯醇与氯化钙的复配物为稳定剂，能够很好的提升乳化剂的储存稳定性；

(三)各种物质复配后，使本发明乳化剂具有良好的早期强度、劈裂强度、高低温性能和抗疲劳性能，以其配制的乳化沥青均匀稳定，乳化沥青和使用乳化沥青拌和的微表处混合料各项技术指标均能满足相关技术规范要求。

附图说明

附图1是实施例一中不同配方的储存稳定性试验结果；

附图2是实施例二中不同掺量和种类稳定剂下储存稳定性试验结果；

附图3是实施例二中不同掺量和种类稳定剂下蒸发残留物试验结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

如无特别说明，下述所用各成分的含量为重量百分比含量。

实施例一：

本实施例以硬脂酰胺丙基二甲胺、十八烷基三甲基氯化铵及聚乙二醇为有效成分，并通过不同比例下的配伍设计，以破乳速度、储存稳定性作为主要评价指标，比选出最佳的乳化剂配比设计。乳化剂配比设计方案如表1.1所示。

表1.1乳化剂配方比选设计表

分别以上述乳化剂配比方案制备乳化沥青，并测定其储存稳定性和破乳速度，试验方案如下。

【储存稳定性】

根据《公路沥青及沥青混合料试验规程》(T 0655—1993)进行乳化沥青储存稳定性，试验方法如下：

将通过1.18mm筛孔的乳化沥青缓慢注入储存稳定性管中，使液面达到管壁上的250mm处，塞好瓶口，在分别静置1d和5d后，取储存稳定性管上下两部分的试样，测定蒸发后的残留沥青质量。

乳化沥青的储存稳定性按下式计算。

S_s＝|P_A-P_B| (1-1)

其中：S_s——试样的储存稳定性；

P_A——上半管的蒸发残留物含量(％)；

P_B——下半管的蒸发残留物含量(％)。

【破乳速度试验】

根据《公路沥青及沥青混合料试验规程》(T 0658—1993)进行乳化沥青破乳速度试验，试验方法如下：

按比例分别称取试验所需的集料各200g，向A组矿料中注入5ml的蒸馏水和20g 的改性乳化沥青乳液，向B组矿料中注入30ml蒸馏水和50g改性乳化沥青乳液，搅拌一定时间后，分别观察拌和后沥青混合料的均匀情况，拌和矿料级配如表1.2所示。

表1.2拌和试验所用矿料

根据拌和后的矿料混合状态的不同，可以将乳化沥青的破乳速度分为“快裂”、“中裂”和“慢裂”。

【数据分析及结论】

整理储存稳定性试验结果和破乳速度试验结果，如表1.3，图1所示。

表1.3不同配方设计方案试验结果

分析试验结果可知，设计方案1-3的储存稳定性不能满足BCR改性乳化沥青的技术要求(﹤5％)，而采用方案4-7乳化剂制备的乳化沥青拥有更好的储存稳定性，这可能是由于方案4-7中添加有三种有效成分，使乳化剂中出现了更多不同分子，从而产生协同效应，协同后的乳化剂分子可以进一步降低沥青-水界面的表面张力，提高乳化沥青的稳定性。相比于只加入十八烷基三甲基氯化铵和聚乙二醇的乳化剂设计方案，加入一定比例的硬脂酰胺丙基二甲胺可以大大提升乳化沥青的储存稳定性，同时降低破乳速度，使其由中裂变为慢裂，便于施工。

实施例二：

在实施例一方案6乳化剂的基础上，分别对占乳化剂总重量2％-10％的五种掺量和只掺加聚乙烯醇、只掺加氯化钙、聚乙烯醇与氯化钙复配(复配比例为1:1)三种掺加方式进行储存稳定性与蒸发残留物性质试验。

分别以上述助剂配比方案设计乳化剂并制备乳化沥青，测定其储存稳定性与蒸发残留物性质，试验方案如下。

【储存稳定性】

测试方法与实施例一相同。

【蒸发残留物试验】

称取改性乳化沥青试样，将盛有试样的容器连同玻璃棒一起置于电炉上加热，边加热边搅拌，直到水分完全蒸发，回收残留沥青，并测定残留的沥青的针入度、延度、软化点。

【数据分析及结论】

记录储存稳定性试验结果和蒸发残留物三大指标试验结果如表2.1，表2.2，图 2，图3所示。

表2.1不同掺量和种类助剂下储存稳定性试验结果

表2.2不同掺量和种类助剂下蒸发残留物试验结果

整体来看，随着助剂的增加，改性乳化沥青的储存稳定性逐渐变好，蒸发残留物的针入度、软化点和延度均逐渐降低，在掺量较低为2％时，改性乳化沥青储存稳定性还是不能满足BCR改性乳化沥青的技术要求(﹤5％)，但在掺量继续增大后，储存稳定性渐渐变好，且助剂总掺量在4％-10％之间时，改性乳化沥青蒸发残留物的三大指标也都能满足规范要求。同时，对比只掺加聚乙烯醇、只掺加氯化钙、聚乙烯醇与氯化钙复配(复配比例为1:1)三种掺加方式，可以发现将聚乙烯醇与氯化钙复配后的效果更好比单独分别使用的效果更好，能更好地提高储存稳定性，故本发明提出使用氯化钙和聚乙烯醇复合助剂，氯化钙和聚乙烯醇的掺入比例均为2％-5％，可以获得性能较好的改性乳化沥青。

实施例三：

【乳化剂制备流程】

按照表3.1所示配比要求制备乳化剂：

表3.1乳化剂配方比选设计表

1、按照表3.1比例要求，称取相应质量的乳化剂原材料组分；

2、将初始呈膏体状的硬脂酰胺丙基二甲基胺、十八烷基三甲基氯化铵置入反应釜中，在80℃条件下加温，使原材料由膏体状逐渐融解成液态；

3、膏体状组分融解为液态后，再在反应釜中加入乙醇、磷酸以及氯化钙、聚乙烯醇、粉体有机硅、水性环氧树脂等添加剂，继续加热，并将反应釜内各种原材料搅拌至混合均匀，即得到双阳离子改性沥青乳化剂。

【改性乳化沥青制备流程】

1、称取适量的双阳离子改性沥青乳化剂和70-80℃的热水，将乳化剂加入到热水中，通过搅拌使其充分溶解，形成皂液，且皂液中乳化剂的质量百分含量为10％左右。

2、称取适量的SBR胶乳，加入皂液中并搅拌均匀。

3、将基质沥青加热至140-160℃，按照乳化剂用量为待乳化沥青质量的2％左右，同时将待乳化沥青和皂液加入胶体磨，并进行剪切，即可得到乳化沥青。

【性能测定】

1.根据《公路沥青及沥青混合料试验规程》(T 0658—1993)对制备得到的改性乳化沥青的性能进行检测，试验内容包括破乳速度、储存稳定性、蒸发残留物、筛上剩余量、黏度、粘附性试验等。试验结果汇总整理如表3.2所示。

表3.2改性乳化沥青性能试验结果汇总

上述性能试验结果显示，使用方案31-方案36的新型乳化剂配方制备得到的改性乳化沥青能满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)关于改性乳化沥青 (BCR)的技术指标要求，性能良好，且相较于方案37-方案39只采用两种有效组分设计的乳化剂配方，储存稳定性和破乳速度能得到明显的改善，更有利于长时间储存，具有更好地施工和易性。

2.乳化沥青微表处性能检测

根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40－2004)规定，使用制得的改性乳化沥青与粗集料、细集料、填料拌和制备微表处混合料，并通过湿轮磨耗试验、负荷轮粘砂试验、黏聚力试验等评价复合乳化沥青微表处混合料的路用性能。试验结果如表3.3所示。

表3.3微表处混合料室内试验结果

室内试验结果显示，选定最佳油石比7.1％时，使用方案31-方案36的新型乳化剂配方制得的改性乳化沥青微表处混合料，所测得的可拌和时间(25℃)、粘聚力、浸水(1h)和(6d)的湿轮磨耗试验、负荷车轮粘砂试验符合《微表处和稀浆封层技术指南》和JTG F40－2004微表处混合料MS－3型技术要求，且相较于方案37-方案 39只采用两种有效组分设计的乳化剂配方，其可拌和时间明显升高，水稳定性进一步增强，表明使用该产品的微表处混合料具有良好的施工和易性和路用性能。

Claims

1.双阳离子改性沥青乳化剂，其特征在于：包括硬脂酰胺丙基二甲胺、十八烷基三甲基氯化铵和聚乙二醇，硬脂酰胺丙基二甲胺、十八烷基三甲基氯化铵和聚乙二醇的重量比为10-40:20-40：30-50。

2.根据权利要求1所述的双阳离子改性沥青乳化剂，其特征在于：还包括复合稳定剂，所述复合稳定剂为氯化钙和/或聚乙烯醇，复合稳定剂与硬脂酰胺丙基二甲胺的重量比为4-10：10-40。

3.根据权利要求2所述的双阳离子改性沥青乳化剂，其特征在于：复合稳定剂为氯化钙和聚乙烯醇的混合物，氯化钙和聚乙烯醇的重量比为0.8-1.2：0.8-1.2。

4.根据权利要求1所述的双阳离子改性沥青乳化剂，其特征在于：还包括小分子醇类溶剂，所述小分子醇类溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇，小分子醇类溶剂与硬脂酰胺丙基二甲胺的重量比为5-15：10-40。

5.根据权利要求1所述的双阳离子改性沥青乳化剂，其特征在于：还包括消泡剂，所述消泡剂为粉体有机硅，消泡剂与硬脂酰胺丙基二甲胺的重量比为5-10：10-40。

6.根据权利要求1所述的双阳离子改性沥青乳化剂，其特征在于：还包括改性剂，所述改性剂为水性环氧树脂，改性剂与硬脂酰胺丙基二甲胺的重量比为7-15：10-40。

7.根据权利要求1所述的双阳离子改性沥青乳化剂，其特征在于：还包括pH值调节剂，所述pH值调节剂为无机酸，pH值调节剂与硬脂酰胺丙基二甲胺的重量比为10-30：10-40。

8.双阳离子改性沥青乳化剂制备方法，其特征在于包括以下步骤：

各原料的重量份配比为：

9.根据权利要求8所述的双阳离子改性沥青乳化剂制备方法，其特征在于：

硬脂酰胺丙基二甲基胺、十八烷基三甲基氯化铵的加温温度为60-90℃。

10.根据权利要求8所述的双阳离子改性沥青乳化剂制备方法，其特征在于：

所述复合稳定剂为氯化钙和/或聚乙烯醇；

所述小分子醇类溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇；

所述消泡剂为粉体有机硅；

所述改性剂为水性环氧树脂；

所述pH值调节剂为无机酸。