CN113025069A - 一种乳化沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种乳化沥青及其制备方法，所述乳化沥青由包括以下组分的原料制备而成：沥青50wt％～65wt％；阳离子乳化剂0.5wt％～2.5wt％；复配稳定剂0.03wt％～0.25wt％；余量的水；所述复配稳定剂由有机稳定剂和无机稳定剂组成。与现有技术相比，本发明提供的乳化沥青采用特定含量组分，实现整体较好的相互作用，并且由于加入复配稳定剂，使得乳化沥青具有优越的储存稳定性，且性能满足JTG‑F40‑2004《公路沥青路面施工技术规范》标准中PC‑2型乳化沥青指标要求，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及沥青生产技术领域，更具体地说，是涉及一种乳化沥青及其制备方法。
背景技术
沥青可分为石油沥青、煤沥青及天然沥青等。沥青在常温下是一种固态或半固态粘稠状物质，具有良好的粘接性和防水特性，主要应用于沥青路面和建筑防水等方面。传统沥青道路要在高温下施工，沥青温度过高易对人体造成灼伤，且高温产生沥青烟雾对人体及环境造成较大危害。针对此弊端，寻求一种可在常温或低温状态下即可施工的道路沥青成为大势所趋，由此乳化沥青技术应运而生，乳化沥青在众多道路建设应用中具有比热沥青更加安全、环保和节能的特点。
乳化沥青的现有工艺就是将沥青热融，经过胶体磨的机械作用，使沥青以细小的微滴状态分散于含有乳化剂和助剂的水溶液中，其中沥青微粒分散均匀，从而得到稳定的乳液。乳化沥青在常温下具有良好的流动性，低温下也可施工，提高了施工过程的便利性，降低了施工成本，也可避免沥青加热过程中产生的沥青烟雾对环境及人身的污染，从而达到节约、安全与环保的效果。乳化沥青主要应用于路面养护，如冷拌料、稀浆封层等，也可用于新建道路施工，如粘层油、透层油等。
乳化沥青贮存稳定性对乳化沥青生产、贮存、施工等都有着至关重要的影响。但现阶段，乳化沥青存在易分层沉淀，时间过长容易离析，造成与石料粘结力不足，甚至出现与石料不匹配的现象。由于受环境气温的影响，在生产过程中应该选用更易乳化沥青的乳化剂，以使得生产出的乳化沥青具有优良的贮存稳定性。因此，通过一定的方法改进现有工艺提高乳化沥青的稳定性是非常重要的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种乳化沥青及其制备方法，本发明提供的乳化沥青具有优异的稳定性。
本发明提供了一种乳化沥青，由包括以下组分的原料制备而成：
沥青50wt％～65wt％；
阳离子乳化剂0.5wt％～2.5wt％；
复配稳定剂0.03wt％～0.25wt％；
余量的水；
所述复配稳定剂由有机稳定剂和无机稳定剂组成。
优选的，所述阳离子乳化剂选自季铵盐和/或丙烯二胺。
优选的，所述有机稳定剂选自羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙烯醇和聚乙二醇中的一种或两种。
优选的，所述复配稳定剂中有机稳定剂在乳化沥青中的含量为0.02wt％～0.15wt％。
优选的，所述无机稳定剂选自氯化钙和/或氯化镁。
优选的，所述复配稳定剂中无机稳定剂在乳化沥青中的含量为0.01wt％～0.1wt％。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的乳化沥青的制备方法，包括以下步骤：
a)将水、阳离子乳化剂、复配稳定剂混合后加热，得到皂液；
b)将胶体磨预热后加入步骤a)得到的皂液和加热的沥青，得到乳化沥青。
优选的，步骤a)中所述加热的温度为50～60℃。
优选的，步骤b)中所述加热的沥青的温度为135～145℃。
优选的，步骤b)中所述将胶体磨预热后加入步骤a)得到的皂液和加热的沥青的过程具体为：
将胶体磨预热，并将皂液加入到胶体磨中循环1～2分钟，将加热的沥青加入到胶体磨中，并搅拌循环1～2分钟，形成乳化沥青。
本发明提供了一种乳化沥青及其制备方法，所述乳化沥青由包括以下组分的原料制备而成：沥青50wt％～65wt％；阳离子乳化剂0.5wt％～2.5wt％；复配稳定剂0.03wt％～0.25wt％；余量的水；所述复配稳定剂由有机稳定剂和无机稳定剂组成。与现有技术相比，本发明提供的乳化沥青采用特定含量组分，实现整体较好的相互作用，并且由于加入复配稳定剂，使得乳化沥青具有优越的储存稳定性，且性能满足JTG-F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》标准中PC-2型乳化沥青指标要求，具有广阔的应用前景。
此外，本发明提供的制备方法工艺简单、条件易控，适合大规模生产。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种乳化沥青，由包括以下组分的原料制备而成：
沥青50wt％～65wt％；
阳离子乳化剂0.5wt％～2.5wt％；
复配稳定剂0.03wt％～0.25wt％；
余量的水；
所述复配稳定剂由有机稳定剂和无机稳定剂组成。
在本发明中，所述乳化沥青包括沥青、阳离子乳化剂、复配稳定剂和水，优选由沥青、阳离子乳化剂、复配稳定剂和水组成。在本发明中，所述沥青为乳化沥青的基料；本发明对所述沥青的种类和来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述乳化沥青包括50wt％～65wt％的沥青，优选为60wt％。
在本发明中，所述阳离子乳化剂优选选自季铵盐和/或丙烯二胺，更优选为季铵盐类乳化剂。本发明对所述阳离子乳化剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述乳化沥青包括0.5wt％～2.5wt％的阳离子乳化剂，优选为1.5wt％～2.5wt％，更优选为1.8wt％。
在本发明中，所述复配稳定剂由有机稳定剂和无机稳定剂组成。在本发明中，所述有机稳定剂优选选自羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙烯醇和聚乙二醇中的一种或两种，更优选为羧甲基纤维素钠(CMC)。本发明对所述有机稳定剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙烯醇和聚乙二醇的市售商品即可。在本发明中，所述复配稳定剂中有机稳定剂在乳化沥青中的含量优选为0.02wt％～0.15wt％，更优选为0.03wt％～0.09wt％，更更优选为0.07wt％。
在本发明中，所述无机稳定剂优选选自氯化钙和/或氯化镁，更优选为氯化钙(氯化钙)。本发明对所述无机稳定剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述氯化钙和氯化镁的市售商品即可。在本发明中，所述复配稳定剂中无机稳定剂在乳化沥青中的含量优选为0.01wt％～0.1wt％，更优选为0.02wt％～0.06wt％，更更优选为0.04wt％～0.06wt％。
在此基础上，所述乳化沥青包括0.03wt％～0.25wt％的复配稳定剂，优选为0.05wt％～0.15wt％，更优选为0.11wt％～0.13wt％。
本发明提供的乳化沥青中，阳离子乳化剂使乳化沥青所带电荷为正电荷，当与基料接触，基料一般呈酸性，所带电荷为负电荷，由于电荷性质不同，异性相吸，并在外力搅拌下，使得沥青破乳。在皂液中加入有机稳定剂，有机稳定剂具有使水溶液或水分散体的黏度增大的作用；增稠作用包括两方面的内容，一方面是水溶性高分子通过自身的黏度，增加了水相的黏度；另一方面是水溶性高分子化合物和水中的分散相、水中其他高分子化合物发生作用，这种作用使增稠效果大大高于聚合物自身黏度所导致的增稠效果。因此有机稳定剂可提高乳化沥青的粘度，增大颗粒之间的排斥力，降低颗粒沉降速度，从而提高乳化沥青稳定性。而无机稳定剂添加的主要目的在于通过改变乳化沥青的Zeta电位，降低沥青与水的密度差，在沥青微粒表面形成一种界面膜，防止微粒之间的凝聚，从而提高乳化沥青稳定性。
综上所述，该乳化沥青通过加入复配稳定剂，通过增稠和改变Zeta电位作用，使得到的乳化沥青具有较好的稳定性。
本发明提供了一种乳化沥青，其原料中包括了复配稳定剂，稳定剂复配虽能达到提高乳化沥青稳定性的效果，但并非所有有机稳定剂与无机稳定剂复配都能达到此目的，只有选择合适的稳定剂，并在适宜的添加比例下，才能达到。因此，本发明制备的乳化沥青具备良好的稳定性，且颗粒分散均匀，即解决了乳化沥青贮存稳定性不足的问题，且在常温下施工，简单易行，起到了降低施工成本和保护环境的目的。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的乳化沥青的制备方法，包括以下步骤：
a)将水、阳离子乳化剂、复配稳定剂混合后加热，得到皂液；
b)将胶体磨预热后加入步骤a)得到的皂液和加热的沥青，得到乳化沥青。
本发明首先将水、阳离子乳化剂、复配稳定剂混合后加热，得到皂液。在本发明中，所述水、阳离子乳化剂、复配稳定剂和沥青与上述技术方案中的相同，在此不再赘述。
本发明对所述混合的过程没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的机械搅拌或人工搅拌的技术方案均可，目的是保证各原料按照上述技术方案中限定的配比溶解均匀。在本发明中，所述加热的温度优选为50～60℃；本发明在乳化沥青的原料中加入稳定剂时，需要在水和乳化剂加热之后再加入稳定剂，由此得到含有稳定剂的皂液；加热后温度较高更有利于稳定剂溶解，避免其溶解不均匀造成颗粒团聚的问题。
得到所述皂液后，本发明将胶体磨预热后加入得到的皂液和加热的沥青，得到乳化沥青。在本发明中，所述加热的沥青的温度优选为135～145℃。
在本发明中，所述将胶体磨预热后加入得到的皂液和加热的沥青的过程优选具体为：
将胶体磨预热，并将皂液加入到胶体磨中循环1～2分钟，将加热的沥青加入到胶体磨中，并搅拌循环1～2分钟，形成乳化沥青。在本发明中，所述循环及搅拌循环的过程优选采用本领域技术人员熟知的高速搅拌循环的技术方案即可。所述高速搅拌循环的转速优选为1500r/min～3000r/min。在本发明中，所述沥青优选在1min之内添加完毕。
在上述制备过程中，需要保证所述皂液与沥青的温度，皂液温度过低，则使乳化剂及稳定剂溶解不均匀，降低乳化效果，温度过高，使乳化剂失活，且在胶体磨剪切过程中易由于高温造成喷溅，对人体造成伤害；沥青温度过低，则不易与皂液进行混合，造成颗粒分散不均匀，温度过高，使沥青部分老化，除在胶体磨剪切过程中易造成喷溅外，也易由于高温造成乳化沥青破乳。
本发明提供的制备方法工艺简单、条件易控，适合大规模生产。
本发明提供了一种乳化沥青及其制备方法，所述乳化沥青由包括以下组分的原料制备而成：沥青50wt％～65wt％；阳离子乳化剂0.5wt％～2.5wt％；复配稳定剂0.03wt％～0.25wt％；余量的水；所述复配稳定剂由有机稳定剂和无机稳定剂组成。与现有技术相比，本发明提供的乳化沥青采用特定含量组分，实现整体较好的相互作用，并且由于加入复配稳定剂，使得乳化沥青具有优越的储存稳定性，且性能满足JTG-F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》标准中PC-2型乳化沥青指标要求，具有广阔的应用前景。
此外，本发明提供的制备方法工艺简单、条件易控，适合大规模生产。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的沥青为针入度为60～80dmm的马瑞70号沥青，所用的阳离子乳化剂为季铵盐类乳化剂。
实施例1
实施例1提供的乳化沥青由如下质量百分比的各组分制备而成：沥青60％、阳离子乳化剂1.8％、CMC 0.03％+CaCl2 0.02％以及余量的水；
所述乳化沥青通过如下方法制备：
按配比将水、阳离子乳化剂、复配稳定剂溶解均匀，并加热到50～60℃，得到皂液；沥青加热到135℃～145℃，备用；
将胶体磨预热，并将皂液加入到胶体磨中循环1～2分钟，将熔融状态的沥青加入到胶体磨中，并高速搅拌循环1～2分钟，形成乳化沥青，其中，沥青大约在1min之内添加完毕。
实施例2
实施例2提供的乳化沥青由如下质量百分比的各组分制备而成：沥青60％、阳离子乳化剂1.8％、CMC 0.05％+CaCl2 0.02％以及余量的水；
所述乳化沥青通过如下方法制备：
按配比将水、阳离子乳化剂、复配稳定剂溶解均匀，并加热到50～60℃，得到皂液；沥青加热到135℃～145℃，备用；
将胶体磨预热，并将皂液加入到胶体磨中循环1～2分钟，将熔融状态的沥青加入到胶体磨中，并高速搅拌循环1～2分钟，形成乳化沥青，其中，沥青大约在1min之内添加完毕。
实施例3
实施例3提供的乳化沥青由如下质量百分比的各组分制备而成：沥青60％、阳离子乳化剂1.8％、CMC 0.07％+CaCl2 0.02％以及余量的水；
所述乳化沥青通过如下方法制备：
按配比将水、阳离子乳化剂、复配稳定剂溶解均匀，并加热到50～60℃，得到皂液；沥青加热到135℃～145℃，备用；
将胶体磨预热，并将皂液加入到胶体磨中循环1～2分钟，将熔融状态的沥青加入到胶体磨中，并高速搅拌循环1～2分钟，形成乳化沥青，其中，沥青大约在1min之内添加完毕。
实施例4
实施例4提供的乳化沥青由如下质量百分比的各组分制备而成：沥青60％、阳离子乳化剂1.8％、CMC 0.09％+CaCl2 0.02％以及余量的水；
所述乳化沥青通过如下方法制备：
按配比将水、阳离子乳化剂、复配稳定剂溶解均匀，并加热到50～60℃，得到皂液；沥青加热到135℃～145℃，备用；
将胶体磨预热，并将皂液加入到胶体磨中循环1～2分钟，将熔融状态的沥青加入到胶体磨中，并高速搅拌循环1～2分钟，形成乳化沥青，其中，沥青大约在1min之内添加完毕。
实施例5
实施例5提供的乳化沥青由如下质量百分比的各组分制备而成：沥青60％、阳离子乳化剂1.8％、CMC 0.07％+CaCl2 0.04％以及余量的水；
所述乳化沥青通过如下方法制备：
按配比将水、阳离子乳化剂、复配稳定剂溶解均匀，并加热到50～60℃，得到皂液；沥青加热到135℃～145℃，备用；
将胶体磨预热，并将皂液加入到胶体磨中循环1～2分钟，将熔融状态的沥青加入到胶体磨中，并高速搅拌循环1～2分钟，形成乳化沥青，其中，沥青大约在1min之内添加完毕。
实施例6
实施例6提供的乳化沥青由如下质量百分比的各组分制备而成：沥青60％、阳离子乳化剂1.8％、CMC 0.07％+CaCl2 0.06％以及余量的水；
所述乳化沥青通过如下方法制备：
按配比将水、阳离子乳化剂、复配稳定剂溶解均匀，并加热到50～60℃，得到皂液；沥青加热到135℃～145℃，备用；
将胶体磨预热，并将皂液加入到胶体磨中循环1～2分钟，将熔融状态的沥青加入到胶体磨中，并高速搅拌循环1～2分钟，形成乳化沥青，其中，沥青大约在1min之内添加完毕。
对比例1
对比例1提供的乳化沥青由如下质量百分比的各组分制备而成：沥青60％、阳离子乳化剂1.8％以及余量的水；
所述乳化沥青通过如下方法制备：
按配比将水、阳离子乳化剂溶解均匀，并加热到50～60℃，得到皂液；沥青加热到135℃～145℃，备用；
将胶体磨预热，并将皂液加入到胶体磨中循环1～2分钟，将熔融状态的沥青加入到胶体磨中，并高速搅拌循环1～2分钟，形成乳化沥青，其中，沥青大约在1min之内添加完毕。
对比例2
对比例2提供的乳化沥青由如下质量百分比的各组分制备而成：沥青60％、阳离子乳化剂1.8％、CMC 0.07％以及余量的水；
所述乳化沥青通过如下方法制备：
按配比将水、阳离子乳化剂、CMC溶解均匀，并加热到50～60℃，得到皂液；沥青加热到135℃～145℃，备用；
将胶体磨预热，并将皂液加入到胶体磨中循环1～2分钟，将熔融状态的沥青加入到胶体磨中，并高速搅拌循环1～2分钟，形成乳化沥青，其中，沥青大约在1min之内添加完毕。
对比例3
对比例3提供的乳化沥青由如下质量百分比的各组分制备而成：沥青60％、阳离子乳化剂1.8％、CaCl2 0.04％以及余量的水；
所述乳化沥青通过如下方法制备：
按配比将水、阳离子乳化剂、CaCl2溶解均匀，并加热到50～60℃，得到皂液；沥青加热到135℃～145℃，备用；
将胶体磨预热，并将皂液加入到胶体磨中循环1～2分钟，将熔融状态的沥青加入到胶体磨中，并高速搅拌循环1～2分钟，形成乳化沥青，其中，沥青大约在1min之内添加完毕。
对实施例1～6和对比例1～3提供的乳化沥青的各项性能进行测试，结果参见表1所示。
表1实施例1～6和对比例1～3提供的乳化沥青的各项性能数据
对上述数据进行分析可知，对比例所制备的乳化沥青性能不满足JTG_F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》标准中PC-2型乳化沥青指标要求；加入复配稳定剂后，如实施例1，稳定性有所提高，但仍不佳；进一步提高复配稳定剂的添加量，如实施例2～6，制备的乳化沥青稳定性满足PC-2技术要求，且随着复配稳定剂添加量的增加，稳定性提高；但有机稳定剂添加量过高，会使乳化沥青粘度增大，虽有利于提高乳化沥青稳定性，但总体性能不满足技术要求，有机稳定剂添加量过大的话，乳化沥青粘度太大，也不利于储存和施工，因此有机稳定剂的添加量需要在适宜的范围内，如实施例4。在有机稳定剂添加量一定的情况下，改变无机稳定剂的添加量，稳定性有所改善，但改善效果不明显，如实施例3，5，6。由对比例2可以看出，添加无机稳定剂的目的在于长时间储存过程中，改变乳化沥青的Zeta电位，在沥青微粒表面形成一种界面膜，防止微粒之间的凝聚，从而提高乳化沥青的稳定性。综合分析，复配稳定剂最佳含量体现在实施例5～6中。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种乳化沥青，由包括以下组分的原料制备而成：
沥青50wt％～65wt％；
阳离子乳化剂0.5wt％～2.5wt％；
复配稳定剂0.03wt％～0.25wt％；
余量的水；
所述复配稳定剂由有机稳定剂和无机稳定剂组成。
2.根据权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于，所述阳离子乳化剂选自季铵盐和/或丙烯二胺。
3.根据权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于，所述有机稳定剂选自羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙烯醇和聚乙二醇中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于，所述复配稳定剂中有机稳定剂在乳化沥青中的含量为0.02wt％～0.15wt％。
5.根据权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于，所述无机稳定剂选自氯化钙和/或氯化镁。
6.根据权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于，所述复配稳定剂中无机稳定剂在乳化沥青中的含量为0.01wt％～0.1wt％。
7.一种权利要求1～6任一项所述的乳化沥青的制备方法，包括以下步骤：
a)将水、阳离子乳化剂、复配稳定剂混合后加热，得到皂液；
b)将胶体磨预热后加入步骤a)得到的皂液和加热的沥青，得到乳化沥青。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述加热的温度为50～60℃。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述加热的沥青的温度为135～145℃。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述将胶体磨预热后加入步骤a)得到的皂液和加热的沥青的过程具体为：
将胶体磨预热，并将皂液加入到胶体磨中循环1～2分钟，将加热的沥青加入到胶体磨中，并搅拌循环1～2分钟，形成乳化沥青。
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