CN111925472A - 一种沥青发泡剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种沥青发泡剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种沥青发泡剂及其制备方法和应用，本发明先将丙烯酸单体加入到水中混合均匀，然后加入分散剂、交联剂和稀释剂搅拌混匀，再加入引发剂，混合均匀后，水浴加热，恒温反应，反应结束后将反应产物倒入有机溶剂中浸泡，除掉残留单体及其它溶剂，分离、烘干、过筛后得到呈球状颗粒的沥青发泡剂。本发明所制备的发泡剂对沥青具有良好的发泡效果，能提升沥青的高温和低温性能，同时较传统发泡技术更方便施工操作。

Description

一种沥青发泡剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于泡沫温拌沥青路面技术领域，具体涉及一种沥青发泡剂及其制备方法和应用。
背景技术
普通沥青混合料的粘结料是石油沥青，在高温拌合和摊铺过程中会产生大量的有毒有害烟气，不仅污染空气而且对施工工人健康造成危害，因此可以降低施工温度、减少废气和粉尘排放的温拌泡沫沥青技术备受瞩目。
泡沫沥青是向高温沥青中加入一定比例的水，水蒸气在沥青中产生气泡，成为泡沫沥青，泡沫沥青与集料拌合成沥青混合料，此时泡沫沥青的黏度比普通沥青低，和易性增加，可以在较低的温度下充分包裹集料，降低了沥青混合料的拌合摊铺温度。
评价沥青发泡效果的两个参数是膨胀率和半衰期。膨胀率是指沥青发泡膨胀达到的最大体积与泡沫完全消失时的体积之比，可以反映泡沫沥青的粘度大小；半衰期是指泡沫沥青从最大体积降低到最大体积一半所需的时间，以秒(s)计。膨胀率越大，泡沫沥青与集料的胶结就越充分；半衰期越长，泡沫沥青与集料的胶结时间就越长，有利于提高泡沫沥青混合料的质量。目前生产泡沫沥青的关键是准确控制用水量。
目前只是通过控制加入水的量来控制膨胀率和半衰期，调节手段是有限的，在发泡过程中水会因高温大量蒸发，不能确定具体有多少水参与温拌，并且使用的发泡设备笨重且复杂，不利于施工现场使用。
发明内容
本发明的目的是提出一种沥青发泡剂及其制备方法和应用，该沥青发泡剂提高沥青发泡的膨胀率和半衰期，提高泡沫沥青的稳定性，同时提高沥青性能。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种沥青发泡剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤(1)、先称取原料，该沥青发泡剂原料的组成按质量百分比包括：丙烯酸单体50-60％、引发剂0.1-0.2％、分散剂0.5-4.0％、交联剂0.1-4.0％、稀释剂0.5-16.0％，余量为水；
步骤(2)、将丙烯酸单体加入到水中，然后加入分散剂、交联剂和稀释剂，混合均匀，再加入引发剂，混合均匀后，水浴加热至60℃-75℃，恒温反应1h-3h，反应结束后将反应产物倒入有机溶剂中浸泡，除掉残留单体及其它溶剂，分离出反应产物，烘干，过筛，得到呈球状颗粒的沥青发泡剂。
所述的丙烯酸单体为丙烯酸、乙烯基磺酸钠、甲基丙烯酸或叔丁基丙烯酰胺磺酸。
所述引发剂为过氧化氢异丙苯、过氧化十二酰或过硫酸钾。
所述分散剂为山梨醇酐单硬脂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、聚山梨酯-60或壬基酚聚氧乙烯醚-10。
所述交联剂为甲基丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸二乙醇酯、苯烯酰氯、三丙烯酸丙烷三甲醇酯、三丙烯酸丙烷三甲醇酯叔丁基丙烯酰胺磺酸、三烯丙胺或四烯丙氧基乙烷。
所述稀释剂为二甲苯、丙烯酸月桂酯、正丁基缩水甘油醚、环己酮或乙酸乙酯。
所述有机溶剂为甲基氰或甲醇。
本发明提供了一种上述方法制备的沥青发泡剂。
本发明还提供了上述的沥青发泡剂在制备泡沫沥青中的应用，先将该沥青发泡剂浸泡到足量水中，再将吸水饱和后的发泡剂加入到达到发泡温度的基质沥青中或聚合物改性沥青中，顺时针搅拌均匀，制得泡沫沥青。
所述沥青发泡剂与基质沥青或聚合物改性沥青的质量比为0.01-0.06％。
发明原理：对于泡沫温拌沥青而言，其膨胀率和半衰期对泡沫沥青的性能影响较大。其中泡沫的破裂的主要原因是泡沫内的压力超过了其表面张力的极限时，泡沫会破裂。为此本发明以提高泡沫表面张力的方式维持泡沫存在。本发明所制备的发泡剂对沥青具有良好的发泡效果，能提升沥青的高温和低温性能，同时较传统发泡技术更方便施工操作。
有益效果：
(1)普通泡沫温拌沥青在温拌发泡过程中使用的发泡设备笨重且复杂，不利于施工现场使用，但本专利所提供的泡沫温拌沥青用发泡剂方便施工操作；
(2)普通泡沫温拌沥青是向高温的沥青中掺加一定比例的水，使沥青急剧汽化，体积迅速膨胀，生成泡沫沥青，在过程中水会因高温大量蒸发，不能确定具体有多少水参与温拌，但本专利所提供的发泡剂是一种高吸水性吸水球，吸水后的高吸水性材料具备良好的发泡效果，且可以根据其吸水量，确定参与沥青发泡的用水量；
(3)本专利所提供的发泡剂也是一种良好沥青改性剂，因此本发明所提供的发泡剂可以提高沥青的各项性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
以下实施例中所用普通中海油90#石油沥青和SBS改性沥青的性质见表1。
表1:试验沥青基本性能指标
名称 中海油90#沥青 SBS改性沥青
针入度(25℃，100g，5s)/0.1mm 86.0 54.0
延度(15℃,5cm/min)/cm 35.2 113
软化点T/℃ 68.7 55.5
实施例1
将50g丙烯酸加入到33.3g水中，先加入0.5g山梨醇酐单硬脂酸酯、0.1g甲基丙烯酸乙二醇酯、16g环己酮，混合均匀，再加入0.1g过氧化氢异丙苯，混合均匀后，水浴加热至60℃，恒温反应1h，反应结束后将反应产物倒入有机溶剂(甲醇)中浸泡，除掉残留单体及其它溶剂，分离出反应产物，再经100℃烘干、过60目筛孔后得到呈球状颗粒的沥青发泡剂。
将1g发泡剂浸泡到足量水中2h，至其不再吸水后，得到吸水至饱和的发泡剂，经测量，该发泡剂的吸水量为100(g)。
取本实施例制得的沥青发泡剂两份，每份0.0.5g，然后将其浸泡到足量水中至其不再吸水后，再将两份吸水至饱和的发泡剂分别加入到500g的150℃中海油90#沥青和500g的160℃SBS改性沥青中，顺时针搅拌均匀，搅拌时间为3min，制得泡沫沥青，对比膨胀率和半衰期以及对沥青基本指标的影响，见表2。
表2：实施例1所得泡沫沥青性能
Figure BDA0002607259160000031
Figure BDA0002607259160000041
实施例2
将53g乙烯基磺酸钠加入到32.87g水中，先加入2g聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、2g二甲基丙烯酸二乙醇酯、10g二甲苯，混合均匀，再加入0.13g过氧化十二酰，混合均匀后，水浴加热至65℃，恒温反应1.5h，反应结束后将反应产物倒入有机溶剂(甲基氰)中浸泡，除掉残留单体及其它溶剂，分离出反应产物，再经100℃烘干、过60目筛孔后得到呈球状颗粒的沥青发泡剂。
将1g发泡剂浸泡到足量水中2h，至其不再吸水后，得到吸水至饱和的发泡剂，经测量，该发泡剂的吸水量为105.2(g)。
取本实施例制得的沥青发泡剂两份，每份0.1g，然后将其浸泡到足量水中至其不再吸水后，再将两份吸水至饱和的发泡剂分别加入到500g的150℃中海油90#沥青和500g的160℃SBS改性沥青中，顺时针搅拌均匀，搅拌时间为3min，制得泡沫沥青，对比膨胀率和半衰期以及对沥青基本指标的影响，见表3。
表3：实施例2所得泡沫沥青性能
Figure BDA0002607259160000042
Figure BDA0002607259160000051
实施例3
将57g叔丁基丙烯酰胺磺酸加入到31.84g水中，先加入3g聚山梨酯-60、3g苯烯酰氯、5g丙烯酸月桂酯，混合均匀，再加入0.16g过硫酸钾，混合均匀后，水浴加热至70℃，恒温反应2h，反应结束后将反应产物倒入有机溶剂中(甲醇)浸泡，除掉残留单体及其它溶剂，分离出反应产物，再经100℃烘干、过60目筛孔后得到呈球状颗粒的沥青发泡剂。
将1g发泡剂浸泡到足量水中2h，至其不再吸水后，得到吸水至饱和的发泡剂，经测量，该发泡剂的吸水量为106.3(g)。
取本实施例制得的沥青发泡剂两份，每份0.2g，然后将其浸泡到足量水中至其不再吸水后，再将两份吸水至饱和的发泡剂分别加入到500g的150℃中海油90#沥青和500g的160℃SBS改性沥青中，顺时针搅拌均匀，搅拌时间为3min，制得泡沫沥青，对比膨胀率和半衰期以及对沥青基本指标的影响，见表4。
表4：实施例3所得泡沫沥青性能
Figure BDA0002607259160000052
实施例4
将60g甲基丙烯酸加入到31.3g水中，先加入4g壬基酚聚氧乙烯醚-10、4g三丙烯酸丙烷三甲醇酯、0.5g正丁基缩水甘油醚，混合均匀，再加入0.2g过氧化氢异丙苯，混合均匀后，水浴加热至75℃，恒温反应3h，反应结束后将反应产物倒入有机溶剂(甲基氰)中浸泡，除掉残留单体及其它溶剂，分离出反应产物，再经100℃烘干、过60目筛孔后得到呈球状颗粒的沥青发泡剂。
将1g发泡剂浸泡到足量水中2h，至其不再吸水后，得到吸水至饱和的发泡剂，经测量，该发泡剂的吸水量为101.8(g)。
取本实施例制得的沥青发泡剂两份，每份0.3g，然后将其浸泡到足量水中至其不再吸水后，再将两份吸水至饱和的发泡剂分别加入到500g的150℃中海油90#沥青和500g的160℃SBS改性沥青中，顺时针搅拌均匀，搅拌时间为3min，制得泡沫沥青，对比膨胀率和半衰期以及对沥青基本指标的影响，见表5。
表5：实施例4所得泡沫沥青性能
Figure BDA0002607259160000061
由以上具体实例和试验结果可知，采用本发明所配制的发泡剂所制备的泡沫温拌沥青，均能达到良好的膨胀率和半衰期。同时，沥青的针入度有不同程度降低、软化点均有不同程度增大，沥青的延度均有不同程度的增大，表明本发明发泡剂可以提升沥青的高温稳定性和低温延展性。因此，本发明所的发泡剂既可以达到良好的发泡效果，也能一定程度上提升沥青性能。

Claims (10)

1.一种沥青发泡剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤（1）、先称取原料，该沥青发泡剂原料的组成按质量百分比包括：丙烯酸单体50-60%、引发剂0.1-0.2%、分散剂0.5-4.0%、交联剂0.1-4.0%、稀释剂0.5-16.0%、余量为水；
步骤（2）、将丙烯酸单体加入到水中，然后加入分散剂、交联剂和稀释剂，混合均匀，再加入引发剂，混合均匀后，水浴加热至60℃-75℃，恒温反应1h-3h，反应结束后将反应产物倒入有机溶剂中浸泡，除掉残留单体及其它溶剂，分离出反应产物，烘干，过筛，得到呈球状颗粒的沥青发泡剂。
2.根据权利要求1所述的一种沥青发泡剂的制备方法，其特征在于：所述的丙烯酸单体为丙烯酸、乙烯基磺酸钠、甲基丙烯酸或叔丁基丙烯酰胺磺酸。
3.根据权利要求1所述的一种沥青发泡剂的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过氧化氢异丙苯、过氧化十二酰或过硫酸钾。
4.根据权利要求1所述的一种沥青发泡剂的制备方法，其特征在于：所述分散剂为山梨醇酐单硬脂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、聚山梨酯-60或壬基酚聚氧乙烯醚-10。
5.根据权利要求1所述的一种沥青发泡剂的制备方法，其特征在于：所述交联剂为甲基丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸二乙醇酯、苯烯酰氯、三丙烯酸丙烷三甲醇酯、次甲基双丙烯酰胺、叔丁基丙烯酰胺磺酸、三烯丙胺或四烯丙氧基乙烷。
6.根据权利要求1所述的一种沥青发泡剂的制备方法，其特征在于：所述稀释剂为二甲苯、丙烯酸月桂酯、正丁基缩水甘油醚、环己酮或乙酸乙酯。
7.根据权利要求1所述的一种沥青发泡剂的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为甲基氰或甲醇。
8.根据权利要求1-7任一项所述方法制备的沥青发泡剂。
9.根据权利要求8所述的沥青发泡剂在制备泡沫沥青中的应用，其特征在于：先将该沥青发泡剂浸泡到足量水中，再将吸水饱和后的发泡剂加入到达到发泡温度的基质沥青中或聚合物改性沥青中，顺时针搅拌均匀，制得泡沫沥青。
10.根据权利要求9所述的沥青发泡剂在制备泡沫沥青中的应用，其特征在于：所述沥青发泡剂与基质沥青或聚合物改性沥青的质量比为0.01-0.06%。
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