CN111218120A - 聚合物改性乳化沥青及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚合物改性乳化沥青及其制备方法。该聚合物改性乳化沥青包括以下组分:聚合物改性沥青55%~65%和皂液35%~45%;其中,聚合物改性沥青为磺化聚合物改性沥青,包括以下组分:基质沥青80.0%~90.0%,助溶剂2.0%~12.0%,高分子聚合物3.0%~8.0%,和稳定剂A 1.0%~5.0%;皂液包括以下组分:水90.0%~94.0%,乳化剂3.0%~7.0%,稳定剂B 0.5%~2.5%,和pH调节剂1.5%~2.5%。本发明的聚合物改性乳化沥青,具有优异的储存稳定性,其蒸发残留物动力黏度大、软化点高、弹性好,具有良好的高温抗车辙和低温抗脆裂性能。

Description

聚合物改性乳化沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路沥青技术领域,具体而言,涉及一种聚合物改性乳化沥青及其制备方法。
背景技术
随着我国交通运输业的飞速发展,高等级公路尤其是特殊路面结构(如排水路面、高模量沥青混合料、超薄磨耗层等),对层间粘结材料的性能要求也越来越高,如要求粘结材料具有高黏度、高弹性,以便提高层间的粘结强度以及耐高温和抗脆裂等性能。与此同时,公路交通重载、超载现象日益普遍,加之多地极端持续炎热、严寒气候出现频率增加,致使沥青路面的车辙、开裂病害愈加严重,并已成为几大病害之首,直接影响了行车舒适性和安全性。及时采用高性能聚合物改性乳化沥青对道路进行预防性养护,恢复路面的使用功能,是本领域技术人员惯用的手段之一。但是,目前常用的SBR、SBS或其他高分子聚合物胶乳改性乳化沥青,其蒸发残留物的软化点不高,弹性恢复不好,难以满足路面对其高温抗车辙和低温抗脆裂性能的要求。此外,本领域技术人员也有先通过SBR、SBS或其他聚合物对基质沥青进行改性,然后再用乳化能力较强的沥青乳化剂或者复合乳化剂对其乳化。采用该工艺所制备的聚合物改性乳化沥青,其蒸发残留物的软化点大幅度提高,弹性恢复能力增强,高温抗车辙性能显著改善。但是采用该工艺制备聚合物改性乳化沥青还将面临诸多挑战。首先,聚合物改性乳化沥青质量的好坏在很大程度上受限于聚合物改性沥青。因为聚合物本身极性小,分子量大、与道路沥青的相容性差,聚合物与沥青之间仅仅存在部分地吸附、相容,而并非完全熔融,因此该聚合物改性沥青体系属于热力学不稳定体系,极易发生两相之间的分离,从而造成离析现象。这种离析现象将对聚合物改性沥青的后续乳化、储存和使用增加不少难度,并严重影响到聚合物改性乳化沥青的质量,甚至对施工带来不利的影响。其次,目前绝大部分乳化剂难以乳化黏度较大的聚合物改性沥青,有些乳化剂即便能够乳化聚合物改性沥青,其储存稳定性能也不好,尤其是用于微表处的聚合物改性乳化沥青更是难以保障。最后,乳化聚合物改性沥青,对生产设备也是一个极大的挑战。
因此,在提高聚合物改性乳化沥青高温抗车辙和低温抗脆裂性能的基础上,如何提高聚合物改性乳化沥青的稳定性能,以满足施工对储存和运输的需要,一直是本领域技术人员长期难以解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在提供一种聚合物改性乳化沥青及其制备方法,解决聚合物改性沥青难以乳化,难以储运等问题,提高聚合物改性乳化沥青的稳定性。为了实现上述目的,根据本发明的一个方面,提供了一种聚合物改性乳化沥青。该聚合物改性乳化沥青按照重量百分比包括以下组分:聚合物改性沥青55%~65%和皂液35%~45%;其中,聚合物改性沥青为磺化聚合物改性沥青,按照重量百分比包括以下组分:基质沥青80.0%~90.0%,助溶剂2.0%~12.0%,高分子聚合物3.0%~8.0%,和稳定剂A 1.0%~5.0%;皂液按照重量百分比包括以下组分:水90.0%~94.0%,乳化剂3.0%~7.0%,稳定剂B 0.5%~2.5%,和pH调节剂1.5%~2.5%。
进一步地,基质沥青为满足《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004中牌号为110号、90号、70号、50号的道路沥青;优选的,基质沥青的沥青质含量≤1.5%,硫含量≤1.0%。
进一步地,助溶剂为高芳烃环烷基馏分油;优选的,高芳烃环烷基馏分油为芳烃含量≥50%,在100℃下运动黏度为50mm2/s~70mm2/s的糠醛抽出油和催化裂化油浆中的至少一种。
进一步地,高分子聚合物为选自由苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶和二元乙丙橡胶中的一种或多种组成的组合物。
进一步地,稳定剂A按照重量百分比包括以下组分:磺化剂92.0%~99.5%,过氧化物0.25%~4.5%,和金属化合物0.25%~4.5%。
进一步地,磺化剂为选自由三氧化硫、浓硫酸、发烟硫酸和氯磺酸中的一种或多种组成的组合物。
进一步地,过氧化物为选自由过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯和过氧化甲乙酮中的一种或多种组成的组合物。
进一步地,金属化合物为选自由三氧化二铝、氧化锌、三氧化二铁、氯化铝、氯化锌和氯化铁中的一种或多种组成的组合物。
进一步地,皂液的pH值为1.5~2.5;优选的,皂液的pH值调节剂为浓度为37%的工业盐酸。
进一步地,乳化剂为有机酸与有机胺经逐级升温反应而成;优选的,有机酸为选自由十六~十八烷基酸、油酸、动物油脂酸、托尔油脂肪酸和环烷酸中的一种或多种组成的组合物,有机胺为选自由十六~十八胺、松香胺、N,N-二乙基丙醇胺、羟乙基乙二胺、N-胺乙基哌嗪、N-(2-羟乙基)哌嗪和多烯多胺中的一种或多种组成的组合物;更优选的,多烯多胺为选自由二乙烯三安、三乙烯四胺和四乙烯五胺中的一种或多种组成的组合物。其中,逐级升温反应的工艺条件为:第一步:将有机酸和有机胺按摩尔比为1:1~2.5混合,在搅拌条件下,升温至150℃~160℃,脱水反应1~3小时;第二步:在第一步反应完成后,继续升温至170℃~190℃,进一步脱水反应1~3小时;第三步:在第二步反应完成后,继续升温至220℃~250℃,进一步脱水反应1~3小时,得到乳化剂。
进一步地,稳定剂B为选自由工业级的CMC/羧甲基纤维素钠、气相二氧化硅和聚乙烯醇组成的组中的一种或多种。
根据本发明的另一方面,提供了一种上述聚合物改性乳化沥青的制备方法。该制备方法包括以下步骤:S1,将基质沥青和助溶剂预热至130℃~160℃;S2,将预热后的基质沥青和助溶剂混合,加热至160℃~180℃,加入高分子聚合物后搅拌、剪切10min~30min,制得第一混合物;S3,向第一混合物中加入稳定剂A,并加热至180℃~200℃,保温3h~6h后,制得所述磺化聚合物改性沥青;S4,将磺化聚合物改性沥青预热并保温为150℃~180℃;S5,配制皂液,并将皂液保温为55℃~65℃;S6,将预热后的磺化聚合物改性沥青和皂液经胶体磨研磨,再经换热器降温至40℃~70℃,得到聚合物改性乳化沥青。
本发明提供的磺化改性沥青,易于乳化。用其制备的聚合物改性乳化沥青,储运稳定性能好,其25℃标准黏度高达40.0S,蒸发残留物的软化点≥70℃,25℃弹性恢复≥90%,5℃延伸度≥35cm,60℃动力黏度≥20000Pa.S,具有优异的粘结性能、高温抗车辙和低温抗脆裂性能,适宜于高等级公路的新建、改扩建、养护等,具有较高的推广应用价值。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
针对背景技术中记载的技术问题,本发明提出聚合物改性乳化沥青及其制备方法。本发明的技术方案能显著改善聚合物改性沥青的乳化性能,提高聚合物改性乳化沥青的储运稳定性,提高聚合物改性乳化沥青残留物的动力黏度、软化点及弹性恢复能力,具有优异的高温抗车辙和低温抗脆裂性能,延长路面的使用寿命。
根据本发明的一种典型的实施方式,提供了一种聚合物改性乳化沥青。该聚合物改性乳化沥青按照重量百分比包括以下组分:聚合物改性沥青55%~65%和皂液35%~45%;其中,聚合物改性沥青为磺化聚合物改性沥青,按照重量百分比包括以下组分:基质沥青80.0%~90.0%,助溶剂2.0%~12.0%,高分子聚合物3.0%~8.0%,和稳定剂A1.0%~5.0%;皂液按照重量百分比包括以下组分:水90.0%~94.0%,乳化剂3.0%~7.0%,稳定剂B 0.5%~2.5%,和pH调节剂1.5%~2.5%。
本发明提供的磺化聚合物改性沥青具有含硫的水溶性基团,易于乳化。用其制备的聚合物改性乳化沥青具有优异的储运稳定性能。该聚合物改性乳化沥青的25℃标准黏度高达40.0S,蒸发残留物的软化点≥70℃,25℃弹性恢复≥90%,5℃延伸度≥35cm,60℃动力黏度≥20000Pa.S,具有优异的粘结性能、高温抗车辙和低温抗脆裂性能,适宜于高等级公路的新建、改扩建、养护等,具有较高的推广应用价值。
优选的,基质沥青为通过蒸馏、溶剂脱沥青、轻度氧化、调合或上述工艺中任意几种工艺组合而生产的满足《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004中牌号为110号、90号、70号、50号的道路沥青;更优选的,基质沥青的沥青质含量≤1.5%,硫含量≤1.0%。因为,如果基质沥青的沥青质较高,在磺化改性的过程中会生成过高的沥青质(有的高达15%),这将不利于后续的乳化过程,并直接影响其储运稳定性能。此外,如果基质沥青中的本身硫含量较高,这将影响其磺化过程中含硫水性基团的生成,并最终影响其乳化性能。
根据本发明的一种典型的实施方式,助溶剂为高芳烃环烷基馏分油,从而可以改善聚合物与基质沥青的相容性,促进聚合物溶解;优选的,高芳烃环烷基馏分油为芳烃含量≥50%,在100℃下运动黏度为50mm2/s~70mm2/s的糠醛抽出油和催化裂化油浆中的至少一种。
根据本发明的一种典型的实施方式,高分子聚合物为选自由苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶和二元乙丙橡胶组成的组中的一种或多种,这样可以改善基质沥青高低温性能,提高其高温抗车辙和低温抗裂性能。优选的,高分子聚合物的数均分子量为5~15万。
根据本发明的一种典型的实施方式,稳定剂A按照重量百分比包括以下组分:磺化剂92.0%~99.5%,过氧化物0.25%~4.5%,和金属化合物0.25%~4.5%。优选的,磺化剂为选自由三氧化硫、浓硫酸、发烟硫酸和氯磺酸中的一种或多种组成的组合物;过氧化物为选自由过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯和过氧化甲乙酮中的一种或多种组成的组合物;金属化合物为选自由三氧化二铝、氧化锌、三氧化二铁、氯化铝、氯化锌和氯化铁中的一种或多种组成的组合物。
优选的,皂液的pH值为1.5~2.5,皂液的pH值调节剂为浓度为37%的工业盐酸。
根据本发明的一种典型的实施方式,乳化剂为有机酸与有机胺逐级升温反应而成;优选的,有机酸为选自由十六~十八烷基酸、油酸、动物油脂酸、托尔油脂肪酸和环烷酸中的一种或多种组成的组合物,有机胺为选自由十六~十八胺、松香胺、N,N-二乙基丙醇胺、羟乙基乙二胺、N-胺乙基哌嗪、N-(2-羟乙基)哌嗪和多烯多胺中的一种或多种组成的组合物;更优选的,多烯多胺为选自由二乙烯三安、三乙烯四胺和四乙烯五胺中的一种或多种组成的组合物。
其中,逐级升温反应的工艺条件为:S1,将有机酸和有机胺按摩尔比为1:1~2.5混合,在搅拌条件下,升温至150℃~160℃,脱水反应1~3小时;S2,在第一步反应完成后,继续升温至170℃~190℃,进一步脱水反应1~3小时;S3,在第二步反应完成后,继续升温至220℃~250℃,进一步脱水反应1~3小时,得到乳化剂。
根据本发明的一种典型的实施方式,稳定剂B为选自由工业级的CMC/羧甲基纤维素钠、气相二氧化硅和聚乙烯醇中的一种或多种组成的组合物。
根据本发明的另一方面,提供了一种上述聚合物改性乳化沥青的制备方法。该制备方法包括以下步骤:S1,将基质沥青和助溶剂预热至130℃~160℃;S2,将预热后的基质沥青和助溶剂混合,加热至160℃~180℃,加入高分子聚合物后搅拌、剪切10min~30min,制得第一混合物;S3,向第一混合物中同时加入稳定剂A,并加热至180℃~200℃,保温3h~6h后,制得聚合物改性沥青;S4,将聚合物改性沥青预热并保温为150℃~180℃;S5,配制皂液,并将皂液保温为55℃~65℃;S6,将预热后的聚合物改性沥青和皂液经胶体磨研磨,再经换热器降温至40℃~70℃,得到聚合物改性乳化沥青。
下面将结合实施例进一步说明本发明的有益效果。
各实施例采用的原料如下:
基质沥青:各基质沥青为蒸馏、溶剂脱沥青、轻度氧化、调合或上述工艺中任意几种工艺组合而生产的性能指标满足《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004中牌号为110号、90号、70号、50号的道路沥青,尤其是沥青质含量≤1.5%,硫含量≤1.0%的道路沥青。
助溶剂:各助溶剂为高芳烃环烷基馏分油,尤其是芳烃含量≥50%,在100℃下运动粘度为50mm2/s~70mm2/s的糠醛抽出油和催化裂化油浆中的至少一种。
高分子聚合物:高分子聚合物为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、二元乙丙橡胶中的一种或多种,所述高分子聚合物的数均分子量为5~15万。
稳定剂A:稳定剂A按照重量百分比包括以下组分,磺化剂92.0%~99.5%、过氧化物0.25%~4.5%、金属化合物0.25%~4.5%。
其中,磺化剂为三氧化硫,浓硫酸,发烟硫酸、氯磺酸中的一种或多种;过氧化物为过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化甲乙酮中的一种或多种;金属化合物为三氧化二铝、氧化锌、三氧化二铁、氯化铝、氯化锌、氯化铁中的一种或多种。
pH值调节剂:皂液的pH值调节剂为浓度为37%的工业盐酸。
乳化剂:乳化剂为有机酸与有机胺逐级升温反应而成,其中,有机酸为十六~十八烷基酸、油酸、动物油脂酸、托尔油脂肪酸、环烷酸中的一种或多种;所述有机胺为十六~十八胺、松香胺、N,N-二乙基丙醇胺、羟乙基乙二胺、N-胺乙基哌嗪、N-(2-羟乙基)哌嗪、多烯多胺中的一种或多种。
其中,逐级升温反应的工艺条件为:S1,将有机酸和有机胺按摩尔比为1:1~2.5混合,在搅拌条件下,升温至150℃~160℃,脱水反应1~3小时;S2,在第一步反应完成后,继续升温至170℃~190℃,进一步脱水反应1~3小时;S3,在第二步反应完成后,继续升温至220℃~250℃,进一步脱水反应1~3小时,得到乳化剂。
稳定剂B:稳定剂B为工业级的CMC/羧甲基纤维素钠、气相二氧化硅、聚乙烯醇中的一种或多种。
实施例1
①聚合物改性沥青的制备
110号道路沥青89.0%,其沥青质含量为1.5%,硫含量为0.3%;
糠醛抽出油2%,其芳烃含量为85%,100℃运动粘度为50mm2/s;
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS T6302H 8%
稳定剂A 1.0%
其中稳定剂A包括,
三氧化硫 95%
过氧化苯甲酰 0.25%
三氧化二铝 0.25%
本实施例的聚合物改性沥青的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将89.0%的110号道路沥青和2%的糠醛抽出油预热至130℃;
步骤2、将预热后的110号道路沥青和糠醛抽出油混合,加热至160℃,加入8%的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS T6302H后搅拌、剪切30min,制得第一混合物;
步骤3、向第一混合物中加入1.0%的稳定剂A,并加热至180℃,保温3h后,降温至150℃,制得聚合物改性沥青。
②皂液的配置
Figure BDA0001878302180000061
本实施例的皂液的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将94.0%的自来水预热至55℃,保温待用;
步骤2、将1.5%的十六烷基酰胺基二乙烯三胺与1.5%的环烷酸基咪唑啉基四乙烯五胺混合乳化剂溶于已预热好的自来水中,得到第二混合物;
步骤3、将2.0%浓度为37%的盐酸加入到上述第三混合物中,调节pH值为2.0,得到第二混合物;
步骤4、将1.0%的聚乙烯醇稳定剂B溶于上述第四混合物中,搅拌均匀,得到所需皂液。
③聚合物改性乳化沥青的制备
步骤1、将55%的本实施例所制备的聚合物改性沥青预热并保温为150℃,保温待用;
步骤2、将45%的本实施例所配制的皂液保温为55℃待用;
步骤3、将预热后的聚合物改性沥青和皂液经胶体磨研磨,再经换热器降温至60℃,得到聚合物改性乳化沥青。
采用以下方法对上述聚合物改性沥青胶结料的性能进行检测:
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中T 0621、T 0655、T0604、T0605、T0606、T0625、T0662等试验方法分别对所制备的聚合物改性乳化沥青进行标准黏度、储存稳定性及其蒸发残留物的针入度、延度、软化点、动力黏度、弹性恢复等关键性指标检测,结果见表1:
实施例2
①聚合物改性沥青的制备
90号道路沥青87.0%,其沥青质含量为0.1%,硫含量为1.0%;
糠醛抽出油5%,其芳烃含量为50%,100℃运动粘度为70mm2/s;
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS T6302H 5%
稳定剂A 3.0%
其中稳定剂A包括,
浓硫酸 99.5%
过氧化苯甲酰 0.25%
三氧化二铝 0.25%
本实施例的聚合物改性沥青的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将87.0%的90号道路沥青和5%的糠醛抽出油预热至140℃;
步骤2、将预热后的90号道路沥青和糠醛抽出油混合,加热至170℃,加入5%的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS T6302H后搅拌、剪切30min,制得第一混合物;
步骤3、向第一混合物中加入3.0%的稳定剂A,并加热至190℃,保温4h后,降温至160℃,制得聚合物改性沥青。
②皂液的配置
Figure BDA0001878302180000071
本实施例的皂液的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将90.0%的自来水预热至65℃,保温待用;
步骤2、将1.5%的十八烷基酰胺基三乙烯四胺与1.5%的环烷酸基咪唑啉基三乙烯四胺混合乳化剂溶于已预热好的自来水中,得到第二混合物;
步骤3、将2.5%浓度为37%的盐酸加入到上述第二混合物中,调节pH值为1.5,得到第三混合物;
步骤4、将2.5%的气相二氧化硅稳定剂B溶于上述第三混合物中,搅拌均匀,得到所需皂液。
③聚合物改性乳化沥青的制备
步骤1、将65%的本实施例制备的聚合物改性沥青预热并保温为180℃,保温待用;
步骤2、将35%的本实施例所配制的皂液保温为65℃待用;
步骤3、将预热后的聚合物改性沥青和皂液经胶体磨研磨,再经换热器降温至70℃,得到聚合物改性乳化沥青。
采用实施例1中的方法对上述聚合物改性乳化沥青的性能进行检测,结果见表1:
实施例3
①聚合物改性沥青的制备
70号道路沥青87.5%,其沥青质含量为1.5%,硫含量为1.0%
糠醛抽出油5%,其芳烃含量为75%,100℃运动粘度为63mm2/s;
丁苯橡胶SBR K1585 2%,苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS T6302H 3%
稳定剂A 2.5%
其中稳定剂A包括,
发烟硫酸 99.5%
过氧化苯甲酰叔丁酯 0.25%
氧化锌 0.25%
本实施例的聚合物改性沥青的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将87.5%的70号道路沥青和5%的糠醛抽出油预热至150℃;
步骤2、将预热后的70号道路沥青和糠醛抽出油混合,加热至170℃,加入2%的丁苯橡胶SBR K1585和3%的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS T6302H后搅拌、剪切20min,制得第一混合物;
步骤3、向第一混合物中加入2.5%的稳定剂A,并加热至180℃,保温5h后,降温至170℃,制得聚合物改性沥青。
②皂液的配置
Figure BDA0001878302180000091
本实施例的皂液的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将90.0%的自来水预热至60℃,保温待用;
步骤2、将3.5%的托尔油基酰胺基三乙烯四胺与3.5%的、环烷酸基咪唑啉基三乙烯四胺混合乳化剂溶于已预热好的自来水中,得到第二混合物;
步骤3、将2.5%浓度为37%的盐酸加入到上述第二混合物中,调节pH值为2.5,得到第三混合物;
步骤4、将0.5%的羧甲基纤维素钠稳定剂B溶于上述第三混合物中,搅拌均匀,得到所需皂液。
③聚合物改性乳化沥青的制备
步骤1、将60%的本实施例所制备的聚合物改性沥青预热并保温为170℃,保温待用;
步骤2、将40%的本实施例所配制的皂液保温为60℃待用;
步骤3、将预热后的聚合物改性沥青和皂液经胶体磨研磨,再经换热器降温至50℃,得到聚合物改性乳化沥青。
采用实施例1中的方法对上述聚合物改性乳化沥青的性能进行检测,结果见表1:
实施例4
①聚合物改性沥青的制备
50号道路沥青80.0%,其沥青质含量为0.2%,硫含量为0.1%;
糠醛抽出油12.0%,其芳烃含量为75%,100℃运动粘度为63mm2/s;
三元乙丙橡胶EPDM 1.5%,丁苯橡胶SBR K1585 1.5%
稳定剂A 5.0%
其中稳定剂A包括,
氯磺酸 92.0%
过氧化甲乙酮 3.5%
三氧化二铁 4.5%
本实施例的聚合物改性沥青的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将80.0%的50号道路沥青和12.0%的糠醛抽出油预热至160℃;
步骤2、将预热后的50号道路沥青和糠醛抽出油混合,加热至170℃,加入1.5%的三元乙丙橡胶EPDM和1.5%的丁苯橡胶SBR K1585后搅拌、剪切30min,制得第一混合物;
步骤3、向第一混合物中加入5.0%的稳定剂A,并加热至200℃,保温6h后,降温至170℃,制得聚合物改性沥青。
②皂液的配置
Figure BDA0001878302180000101
本实施例的皂液的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将94.0%的自来水预热至60℃,保温待用;
步骤2、将2.0%的油酸基酰胺基十八胺与2.0%的、环烷酸基咪唑啉基十六胺混合乳化剂溶于已预热好的自来水中,得到第二混合物;
步骤3、将1.5%浓度为37%的盐酸加入到上述第二混合物中,调节pH值为1.8,得到第三混合物;
步骤4、将0.5%的羧甲基纤维素钠稳定剂B溶于上述第三混合物中,搅拌均匀,得到所需皂液。
③聚合物改性乳化沥青的制备
步骤1、将62%的本实施例所制备的聚合物改性沥青预热并保温为165℃,保温待用;
步骤2、将38%的本实施例所配制的皂液保温为60℃待用;
步骤3、将预热后的聚合物改性沥青和皂液经胶体磨研磨,再经换热器降温至55℃,得到聚合物改性乳化沥青。
采用实施例1中的方法对上述聚合物改性乳化沥青的性能进行检测,结果见表1:
实施例5
①聚合物改性沥青的制备
50号道路沥青84.0%,其沥青质含量为1.0%,硫含量为0.2%
催化裂化油浆10.0%,其芳烃含量为68%,100℃运动粘度为62mm2/s;
二元乙丙橡胶EPM 3.0%,丁苯橡胶KL SBR 2.0%
稳定剂A 1.0%
其中稳定剂A包括,
浓硫酸 98.0%
过氧化苯甲酰 1.0%
氯化铝 1.0%
本实施例的聚合物改性沥青的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将84.0%的70号道路沥青和10.0%的催化裂化油浆预热至140℃;
步骤2、将预热后的70号道路沥青和催化裂化油浆混合,加热至160℃,加入3%的二元乙丙橡胶EPM和2.0%的丁苯橡胶KL SBR后搅拌、剪切30min,制得第一混合物;
步骤3、向第一混合物中加入1.0%的稳定剂A,并加热至180℃,保温4h后,降温至160℃,制得聚合物改性沥青。
②皂液的配置
Figure BDA0001878302180000111
本实施例的皂液的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将93.0%的自来水预热至58℃,保温待用;
步骤2、将2.0%的十六烷基酰胺基多胺与2.0%的托尔油基咪唑啉基多胺混合乳化剂溶于已预热好的自来水中,得到第二混合物;
步骤3、将2.0%浓度为37%的盐酸加入到上述第二混合物中,调节pH值为1.8,得到第三混合物;
步骤4、将1.0%的气相二氧化硅稳定剂B溶于上述第三混合物中,搅拌均匀,得到所需皂液。
③聚合物改性乳化沥青的制备
步骤1、将61%的本实施例所制备的聚合物改性沥青预热并保温为175℃,保温待用;
步骤2、将39%的本实施例所配制的皂液保温为58℃待用;
步骤3、将预热后的聚合物改性沥青和皂液经胶体磨研磨,再经换热器降温至55℃,得到聚合物改性乳化沥青。
采用实施例1中的方法对上述聚合物改性乳化沥青的性能进行检测,结果见表1:
实施例6
①聚合物改性沥青的制备
50号道路沥青85.0%,其沥青质含量为0.3%,硫含量为0.5%
催化裂化油浆4.0%;糠醛抽出油4.0%,其混合物的芳烃含量为68%,100℃运动粘度为62mm2/s;
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS T6302L 3.0%,三元乙丙橡胶EPDM 2.0%
稳定剂A 2.0%
其中稳定剂A包括,
氯磺酸 93.0%
过氧化苯甲酰 4.5%
氯化锌 2.5%
本实施例的聚合物改性沥青的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将85.0%的70号道路沥青和4.0%的催化裂化油浆、4.0%的糠醛抽出油预热至150℃;
步骤2、将预热后的70号道路沥青和催化裂化油浆、糠醛抽出油混合,加热至170℃,加入3%的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS T6302L和2.0%的三元乙丙橡胶EPDM后搅拌、剪切30min,制得第一混合物;
步骤3、向第一混合物中加入2.0%的稳定剂A,并加热至190℃,保温5h后,降温至160℃,制得聚合物改性沥青。
②皂液的配置
Figure BDA0001878302180000131
本实施例的皂液的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将93.0%的自来水预热至60℃,保温待用;
步骤2、将2.0%的十八烷基酰胺基松香胺与2.0%的托尔油基咪唑啉基羟乙基乙二胺混合乳化剂溶于已预热好的自来水中,得到第二混合物;
步骤3、将2.5%浓度为37%的盐酸加入到上述第二混合物中,调节pH值为2.1,得到第三混合物;
步骤4、将0.5%的气相二氧化硅稳定剂B溶于上述第三混合物中,搅拌均匀,得到所需皂液。
③聚合物改性乳化沥青的制备
步骤1、将63%的本实施例所制备的聚合物改性沥青预热并保温为175℃,保温待用;
步骤2、将37%的本实施例所配制的皂液保温为60℃待用;
步骤3、将预热后的聚合物改性沥青和皂液经胶体磨研磨,再经换热器降温至60℃,得到聚合物改性乳化沥青。
采用实施例1中的方法对上述聚合物改性乳化沥青的性能进行检测,结果见表1:
实施例7
①聚合物改性沥青的制备
70号道路沥青84.0%,其沥青质含量为0.05%,硫含量为0.2%
催化裂化油浆4.0%;糠醛抽出油4.0%,其混合物的芳烃含量为68%,100℃运动粘度为62mm2/s;
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS YH-791H 3.0%,丁苯橡胶SBR K15852.0%
稳定剂A 3.0%
其中稳定剂A包括,
浓硫酸 93.0%
过氧化苯甲酰 2.5%
氯化铁 4.5%
本实施例的聚合物改性沥青的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将82.0%的70号道路沥青和4.0%的催化裂化油浆、4.0%的糠醛抽出油预热至140℃;
步骤2、将预热后的70号道路沥青和催化裂化油浆、糠醛抽出油混合,加热至170℃,加入3%的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS YH-791H和2.0%的丁苯橡胶SBRK1585后搅拌、剪切20min,制得第一混合物;
步骤3、向第一混合物中加入3.0%的稳定剂,并加热至180℃,保温4h后,降温至160℃,制得聚合物改性沥青。
②皂液的配置
Figure BDA0001878302180000141
本实施例的皂液的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将93.8%的自来水预热至60℃,保温待用;
步骤2、将1.5%的动物油基酰胺基多胺与1.5%的托尔油基咪唑啉基N-胺乙基哌嗪混合乳化剂溶于已预热好的自来水中,得到第二混合物;
步骤3、将2.2%浓度为37%的盐酸加入到上述第二混合物中,调节pH值为2.0,得到第三混合物;
步骤4、将0.5%的气相二氧化硅和0.5%的聚乙烯醇混合稳定剂B溶于上述第三混合物中,搅拌均匀,得到所需皂液。
③聚合物改性乳化沥青的制备
步骤1、将61%的本实施例所制备的聚合物改性沥青预热并保温为175℃,保温待用;
步骤2、将39%的本实施例所配制的皂液保温为60℃待用;
步骤3、将预热后的聚合物改性沥青和皂液经胶体磨研磨,再经换热器降温至60℃,得到聚合物改性乳化沥青。
采用实施例1中的方法对上述聚合物改性乳化沥青的性能进行检测,结果见表1:
实施例8
①聚合物改性沥青的制备
70号道路沥青86.0%,其沥青质含量为0.1%,硫含量为0.2%
催化裂化油浆3.0%;糠醛抽出油3.0%,其混合物的芳烃含量为68%,100℃运动粘度为62mm2/s;
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS YH-791H 3.0%,丁苯橡胶SBR K15852.0%
稳定剂A 3.0%
其中稳定剂A包括,
浓硫酸 99.5%
过氧化苯甲酰 0.25%
氯化铁 0.25%
本发实施例的聚合物改性沥青的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将84.0%的70号道路沥青和3.0%的催化裂化油浆、3.0%的糠醛抽出油预热至140℃;
步骤2、将预热后的70号道路沥青和催化裂化油浆、糠醛抽出油混合,加热至170℃,加入3%的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS YH-791H和2.0%的丁苯橡胶SBRK1585后搅拌、剪切20min,制得第一混合物;
步骤3、向第一混合物中加入3.0%的稳定剂A,并加热至180℃,保温4h后,降温至160℃,制得聚合物改性沥青。
②皂液的配置
Figure BDA0001878302180000151
Figure BDA0001878302180000161
本实施例的皂液的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将94.0%的自来水预热至60℃,保温待用;
步骤2、将1.5%的环烷酸基酰胺基N-(2-羟乙基)哌嗪与1.5%的托尔油基咪唑啉基三乙烯四胺混合乳化剂溶于已预热好的自来水中,得到第二混合物;
步骤3、将2.0%浓度为37%的盐酸加入到上述第二混合物中,调节pH值为2.0,得到第三混合物;
步骤4、将0.5%的气相二氧化硅和0.5%的聚乙烯醇混合稳定剂B溶于上述第三混合物中,搅拌均匀,得到所需皂液。
③聚合物改性乳化沥青的制备
步骤1、将60%的本实施例所制备的聚合物改性沥青预热并保温为170℃,保温待用;
步骤2、将40%的本实施例所配制的皂液保温为60℃待用;
步骤3、将预热后的聚合物改性沥青和皂液经胶体磨研磨,再经换热器降温至60℃,得到聚合物改性乳化沥青。
采用实施例1中的方法对上述聚合物改性乳化沥青的性能进行检测,结果见表1:
实施例9
①聚合物改性沥青的制备
70号道路沥青86.0%,其沥青质含量为0.05%,硫含量为0.2%;
糠醛抽出油6.0%,其芳烃含量为78%,100℃运动粘度为62mm2/s;苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS T6302L 3.0%,丁苯橡胶SBR K1585 2.0%
稳定剂A 3.0%
其中稳定剂A包括,
浓硫酸 97.0%
过氧化苯甲酰 1.5%
氯化铁 1.5%
本实施例的聚合物改性沥青的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将86.0%的70号道路沥青和6.0%的糠醛抽出油预热至140℃;
步骤2、将预热后的70号道路沥青和糠醛抽出油混合,加热至170℃,加入3%的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS T6302L和2.0%的丁苯橡胶SBR K1585后搅拌、剪切30min,制得第一混合物;
步骤3、向第一混合物中加入3.0%的稳定剂A,并加热至180℃,保温4h后,降温至160℃,制得聚合物改性沥青。
②皂液的配置
Figure BDA0001878302180000171
本实施例的皂液的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将93.0%的自来水预热至60℃,保温待用;
步骤2、将4.0%的托尔油基酰胺基三乙烯四胺乳化剂溶于已预热好的自来水中,得到第二混合物;
步骤3、将2.5%浓度为37%的盐酸加入到上述第二混合物中,调节pH值为2.0,得到第三混合物;
步骤4、将0.5%的气相二氧化硅溶于上述第三混合物中,搅拌均匀,得到所需皂液。
③聚合物改性乳化沥青的制备
步骤1、将62%的本实施例所制备的聚合物改性沥青预热并保温为165℃,保温待用;
步骤2、将38%的本实施例所配制的皂液保温为60℃待用;
步骤3、将预热后的聚合物改性沥青和皂液经胶体磨研磨,再经换热器降温至60℃,得到聚合物改性乳化沥青。
采用实施例1中的方法对上述聚合物改性乳化沥青的性能进行检测,结果见表1:
对比例1
①聚合物改性沥青的制备
70号道路沥青88%,其沥青质含量为0.05%,硫含量为0.2%;
糠醛抽出油6.0%,其混合物的芳烃含量为78%,100℃运动粘度为62mm2/s;
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS T6302L 5.0%
改性沥青稳定剂HMD 1.0%
对比例1的SBS改性沥青的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将88.0%的沥青质含量为0.05%,硫含量为0.2%的70号道路沥青和6.0%的糠醛抽出油预热至140℃;
步骤2、将预热后的70号道路沥青和糠醛抽出油混合,加热至170℃,加入5%的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS T6302L后搅拌、剪切30min,制得第一混合物;
步骤3、向第一混合物中加入1.0%的改性沥青稳定剂HMD,并加热至190℃,保温5h后,降温至160℃,制得SBS改性沥青。
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中T0604、T0605、T0606、T0661、T0662等试验方法分别对所制备的SBS改性沥青进行针入度、延度、软化点、离析、弹性恢复等关键性指标检测,结果为:针入度为72dm,5℃延度为38cm,软化点为72℃,离析为18℃,弹性恢复为88%。
②皂液的配置
Figure BDA0001878302180000181
本对比例的皂液的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将93.0%的自来水预热至60℃,保温待用;
步骤2、将4.0%的托尔油基酰胺基三乙烯四胺乳化剂溶于已预热好的自来水中,得到第二混合物;
步骤3、将2.5%浓度为37%的盐酸加入到上述第二混合物中,调节pH值为2.0,得到第三混合物;
步骤4、将0.5%的苏甲基纤维素钠溶于上述第三混合物中,搅拌均匀,得到所需皂液。
③聚合物改性乳化沥青的制备
步骤1、将62%的本对比例所制备的聚合物改性沥青预热并保温为170℃,保温待用;
步骤2、将38%的本对比例所配制的皂液保温为60℃待用;
步骤3、将预热后的聚合物改性沥青和皂液经胶体磨研磨,再经换热器降温至60℃,得到聚合物改性乳化沥青。
采用实施例1中的方法对上述SBS改性乳化沥青的性能进行检测,结果见表1:
对比实施例2
①聚合物改性沥青的制备
70号道路沥青86.0%,其沥青质含量为0.05%,硫含量为0.2%;
糠醛抽出油6.0%,其混合物的芳烃含量为78%,100℃运动粘度为62mm2/s;
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS T6302L 5.0%
改性沥青稳定剂HMD 3.0%
本对比例2的SBS改性沥青的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将86.0%的沥青质含量为0.05%,硫含量为0.3%的70号道路沥青和6.0%的糠醛抽出油预热至140℃;
步骤2、将预热后的70号道路沥青和糠醛抽出油混合,加热至170℃,加入5%的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS T6302L后搅拌、剪切30min,制得第一混合物;
步骤3、向第一混合物中加入3.0%的改性沥青稳定剂HMD,并加热至230℃,保温5h后,降温至160℃,制得SBS改性沥青胶结料。
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中T0604、T0605、T0606、T0661、T0662等试验方法分别对所制备的SBS改性沥青进行针入度、延度、软化点、离析、弹性恢复等关键性指标检测,结果为:针入度为64dm,5℃延度为46cm,软化点为71℃,离析为10.5℃,弹性恢复为82%。
②皂液的配置
Figure BDA0001878302180000191
本对比例的皂液的制备方法,包括如下步骤,
步骤1、将93.0%的自来水预热至60℃,保温待用;
步骤2、将4.0%的托尔油基酰胺基三乙烯四胺乳化剂溶于已预热好的自来水中,得到第二混合物;
步骤3、将2.5%浓度为37%的盐酸加入到上述第二混合物中,调节pH值为2.0,得到第三混合物;
步骤4、将0.5%的苏甲基纤维素钠溶于上述第三混合物中,搅拌均匀,得到所需皂液。
③聚合物改性乳化沥青的制备
步骤1、将62%的本对比例所制备的聚合物改性沥青预热并保温为170℃,保温待用;
步骤2、将38%的本对比例所配制的皂液保温为60℃待用;
步骤3、将预热后的聚合物改性沥青和皂液经胶体磨研磨,再经换热器降温至60℃,得到聚合物改性乳化沥青。
采用实施例1中的方法对上述SBS改性乳化沥青的性能进行检测,结果见表1:
表1聚合物改性乳化沥青的5天储存稳定性及残留物性质
Figure BDA0001878302180000201
结果表明:实施例1~实施例9采用本发明提供的稳定剂,在低温(180℃~200℃)条件下,可以制备出性能优异的SBS改性沥青,而且经乳化后其5天的储存稳定性能优异。对比实施例1选用与实施例9相同的原料,采用1%的市售稳定剂HMD,在190℃条件下反应,所制备的SBS改性沥青离析为25℃,而且经乳化后,其5天的储存稳定性差。对比实施例2仍然选用与实施例9相同的原料,将稳定剂HMD的用量提高至3%,并将反应温度提高至230℃,但其离析仍然不合格,同时,经乳化后所制备的聚合物改性乳化沥青的5天储存稳定性依然很差。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种聚合物改性乳化沥青,其特征在于,按照重量百分比包括以下组分:聚合物改性沥青55%~65%和皂液35%~45%;
其中,所述聚合物改性沥青为磺化聚合物改性沥青,按照重量百分比包括以下组分:
Figure FDA0001878302170000011
所述皂液按照重量百分比包括以下组分:
Figure FDA0001878302170000012
2.根据权利要求1所述的聚合物改性乳化沥青,其特征在于,所述基质沥青为满足《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004中牌号为110号、90号、70号、50号的道路沥青;
优选的,所述基质沥青的沥青质含量≤1.5%,硫含量≤1.0%。
3.根据权利要求1所述的聚合物改性乳化沥青,其特征在于,所述助溶剂为高芳烃环烷基馏分油;
优选的,所述高芳烃环烷基馏分油为芳烃含量≥50%,在100℃下运动黏度为50mm2/s~70mm2/s的糠醛抽出油和催化裂化油浆中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的聚合物改性乳化沥青,其特征在于,所述高分子聚合物为选自由苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶和二元乙丙橡胶中的一种或多种组成的组合物。
5.根据权利要求1所述的聚合物改性乳化沥青,其特征在于,所述稳定剂A按照重量百分比包括以下组分:
磺化剂 92.0%~99.5%,
过氧化物 0.25%~4.5%,和
金属化合物 0.25%~4.5%。
6.根据权利要求5所述的聚合物改性乳化沥青,其特征在于,所述磺化剂为选自由三氧化硫、浓硫酸、发烟硫酸和氯磺酸中的一种或多种组成的组合物。
7.根据权利要求5所述的聚合物改性乳化沥青,其特征在于,所述过氧化物为选自由过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯和过氧化甲乙酮中的一种或多种组成的组合物。
8.根据权利要求5所述的聚合物改性乳化沥青,其特征在于,所述金属化合物为选自由三氧化二铝、氧化锌、三氧化二铁、氯化铝、氯化锌和氯化铁中的一种或多种组成的组合物。
9.根据权利要求1所述的聚合物改性乳化沥青,其特征在于,所述皂液的pH值为1.5~2.5;
优选的,所述皂液的pH值调节剂为浓度为37%的工业盐酸。
10.根据权利要求1所述的聚合物改性乳化沥青,其特征在于,所述乳化剂为有机酸与有机胺经逐级升温反应而成;
优选的,所述有机酸为选自由十六~十八烷基酸、油酸、动物油脂酸、托尔油脂肪酸和环烷酸中的一种或多种组成的组合物,所述有机胺为选自由十六~十八胺、松香胺、N,N-二乙基丙醇胺、羟乙基乙二胺、N-胺乙基哌嗪、N-(2-羟乙基)哌嗪和多烯多胺中的一种或多种组成的组合物;
优选的,所述多烯多胺为选自由二乙烯三安、三乙烯四胺和四乙烯五胺中的一种或多种组成的组合物。
11.根据权利要求10所述的聚合物改性乳化沥青,其特征在于,所述有机酸与有机胺逐级升温反应的工艺条件为:
S1,将有机酸和有机胺按摩尔比为1:1~2.5混合,在搅拌条件下,升温至150℃~160℃,脱水反应1~3小时;
S2,在第一步反应完成后,继续升温至170℃~190℃,进一步脱水反应1~3小时;
S3,在第二步反应完成后,继续升温至220℃~250℃,进一步脱水反应1~3小时,得到乳化剂。
12.根据权利要求1所述的聚合物改性乳化沥青,其特征在于,所述稳定剂B为选自由工业级的CMC/羧甲基纤维素钠、气相二氧化硅和聚乙烯醇中的一种或多种组成的组合物。
13.一种如权利要求1至12中任一项所述的聚合物改性乳化沥青的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,将基质沥青和助溶剂预热至130℃~160℃;
S2,将预热后的所述基质沥青和所述助溶剂混合,加热至160℃~180℃,加入高分子聚合物后搅拌、剪切10min~30min,制得第一混合物;
S3,向所述第一混合物中加入稳定剂A,并加热至180℃~200℃,保温3h~6h后,制得所述磺化聚合物改性沥青;
S4,将所述磺化聚合物改性沥青预热并保温为150℃~180℃;
S5,配制皂液,并将皂液保温为55℃~65℃;
S6,将预热后的所述磺化聚合物改性沥青和所述皂液经胶体磨研磨,再经换热器降温至40℃~70℃,得到所述聚合物改性乳化沥青。
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