CN113122029A

CN113122029A - 一种高性能环境友好型沥青隔离剂及其制备方法

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Publication number: CN113122029A
Application number: CN202110480714.7A
Authority: CN
Inventors: 张恒基; 贾雪梅; 曹俊强; 张影; 刘力源; 刘哲; 林再志; 赵耀; 王峰; 王红梅; 李晓伟; 李凤
Original assignee: Shanxi Huanghe Frontier New Material Research Institute Co ltd
Current assignee: Shanxi Huanghe Frontier New Material Research Institute Co ltd
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2021-07-16
Anticipated expiration: 2041-04-30
Also published as: CN113122029B

Abstract

本发明属于道路材料技术领域，具体公开了一种高性能环境友好型沥青隔离剂及其制备方法，改进后，能有效解决沥青混合料对运输和施工设备的沾粘问题，提高路面施工质量。本发明的沥青隔离剂由以下质量份数的原料制备而成：50~85份水、10~20份沸石粉、0.1~1份聚四氟乙烯粉末、0.1~1份二氧化硅粉末、1~10份稳定剂、0.1~1份石墨烯类粉末、1~5份表面活性剂、0.1~1份防腐剂。本发明制备所得沥青隔离剂为稳定乳状液，该隔离剂具有对环境友好、化学稳定性良好、耐高温性能优异、易贮存、隔离效果显著且持久、不损害运输、施工设备且易清洁、节约资源等优点。

Description

一种高性能环境友好型沥青隔离剂及其制备方法

技术领域

本发明属于道路材料技术领域，具体涉及一种高性能环境友好型沥青隔离剂及其制备方法，改进后，能有效解决沥青及沥青混合料对运输和施工设备的沾粘问题，提高路面施工质量。

背景技术

我国公路建设取得了巨大的成就，为国家经济的繁荣提供了强有力的支撑。由于具有施工期短、表面平滑、噪音低、行车平稳、耐磨、易清洁、养护维修效率高、可再生利用等优点，我国高等级公路中有80％为沥青混合料路面。沥青混合料在制备和施工过程中要经过拌合、运输、摊铺和碾压等工艺。沥青混合料，尤其是热沥青混合料很容易与其接触的运输和施工设备产生黏附，这在浪费资源的同时严重影响了路面的施工质量。

沥青隔离剂作为一种功能性材料，能有效的解决沥青混合料对制备、运输和施工设备的沾粘问题。目前沥青混合料路面普遍采用水、油(柴油、废油、乳化生物油)作为隔离剂。然而，当利用水作为隔离剂时，部分残余水分会影响压实沥青混合料内部的粘附性能，导致混合料内部出现“弱连接”缺陷，继而在路面通车后引发早期快速破坏。利用柴油、废油作为隔离剂，由于这些油对沥青有溶解作用，导致混合料的沥青含量发生变化，且部分直接接触隔离剂的混合料颗粒表面沥青膜会被溶解剥落，混合料内部出现部分花白料，同样会导致沥青混合料内部出现“弱连接”。另外，柴油易挥发，污染环境，废油不易干燥，难清理。利用乳化生物油作隔离剂，不但用量大，贮存稳定性差，隔离效果不佳。

综上所述，积极研制稳定性好、耐高温、易贮存、隔离效果显著且持久、对环境友好、节约资源，适用于沥青混合料的运输和施工设备，且使用过程中对沥青混合料的性质无不良影响的沥青隔离剂具有重大的现实意义。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明旨在克服现有沥青隔离剂不环保、化学稳定性差、对沥青有溶解作用、不易贮存、隔离效果不佳且隔离时间短、易腐蚀运输、施工设备、易黏附难清洁、浪费资源等问题，提供一种高性能环境友好型沥青隔离剂及其制备方法。

一种高性能环境友好型沥青隔离剂，由以下原料制备而成：50～85份水、 10～20份沸石粉、0.1～1份聚四氟乙烯粉末、0.1～1份二氧化硅粉末、1～10份稳定剂、0.1～1份石墨烯类粉末、1～5份表面活性剂、0.1～1份防腐剂。

一种上述原料配方的高性能环境友好型沥青隔离剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)于50～60℃的水中加入沸石粉和聚四氟乙烯粉末，超声分散10～20min，得混合液A；

(2)向混合液A中加入二氧化硅粉末，然后加或不加石墨烯类粉末，以 3000～4500r/min的转速磁力搅拌30～60min，得混合液B；

(3)向混合液B中加入石墨烯类粉末、表面活性剂、稳定剂、50～60℃的余量水(步骤(1)和步骤(3)的水的用量之和为原料配方中的水量)，以 3000～4500r/min的转速磁力搅拌10～20min，得混合液C；

步骤(2)和步骤(3)的石墨烯类粉末用量之和为原料配方中的石墨烯类粉末用量；

(4)将混合液C以3000～6000r/min的转速经过胶体磨高速剪切乳化3～5遍，每遍剪切3～5min，在乳化过程中加入防腐剂，形成稳定乳状液，即得高性能环境友好型沥青隔离剂；

进一步，所述石墨烯类粉末为单层石墨烯粉末、单层氧化石墨烯粉末和/或掺杂石墨烯粉末(优选氮掺杂石墨烯粉末)。

进一步，所述单层石墨烯粉末和单层氧化石墨烯粉末的片径为0.5～10μm，厚度＜1.5nm；所述掺杂石墨烯粉末的掺杂元素含量＞2.0wt％，BET＞300m²/g。

进一步，在步骤(2)中加入石墨烯类粉末是作为润滑组分，可以是单层石墨烯粉末、单层氧化石墨烯粉末和/或掺杂石墨烯粉末；在步骤(3)中加入石墨烯类粉末主要作为成膜组分，可以是单层氧化石墨烯粉末和/或掺杂石墨烯粉末。

进一步，步骤(4)中所得稳定乳状液的pH为6.50-7.50。

进一步，步骤(1)中所加水为30～40份。

进一步，所述水为蒸馏水或纯净水。

进一步，所述沸石粉的粒径为100-200目。

进一步，所述聚四氟乙烯粉末的粒径为1～3μm。

进一步，所述二氧化硅粉末为食品级二氧化硅粉末。

进一步，所述稳定剂由无机稳定剂和有机稳定剂组成，且无机稳定剂与有机稳定剂的质量比为1:3～1:7；

所述有机稳定剂均为食品级，为淀粉、黄原胶、明胶、琼脂、海藻酸钠中的一种或几种；

所述无机稳定剂例如可以是氯化钙、氯化钾、氯化钠、氯化镁、碳酸钠、碳酸氢钠、醋酸中的一种或几种的组合。

进一步，所述表面活性剂为OP-7、Span-80、1631(十六烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基溴化铵)中的一种或者几种的组合。

进一步，所述防腐剂均为食品级，为苯甲酸钠、山梨酸钾、脱氢乙酸钠、乳酸链球菌素中的一种或几种的组合。

进一步，所述步骤(1)中的超声分散方式为使用40KHz、80KHz、100KHz 频率超声分散中的一种或几种的组合。

本发明制得高性能环境友好型沥青隔离剂能形成稳定乳状液在于：沸石粉有吸水性，聚四氟乙烯作为润滑剂，可以分散沸石粉，之后再加入二氧化硅粉末一方面可以分散沸石粉，另一方面又可以使聚四氟乙烯在水溶液中稳定存在(二氧化硅粉末有吸水性)；此后，再加入石墨烯类粉末、表面活性剂、稳定剂(包括无机和有机稳定剂)等，才能保证形成稳定的乳状液；否则成的膜可能会被破坏。

上述制备方法所得高性能环境友好型沥青隔离剂可应用于运输沥青混合料的运输和施工设备，例如应用于运输沥青混合料的车厢板及压实成型用的碾压轮上。具体应用时，首先用20～50倍水稀释高性能环境友好型沥青隔离剂，然后将稀释后的乳状液喷洒到设备上。

与现有技术相比，本发明具有的优点及有益效果如下：

(1)环保。本发明所述的水、沸石粉、聚四氟乙烯粉末、二氧化硅粉末、石墨烯类(包括单层石墨烯、单层氧化石墨烯、掺杂石墨烯)粉末、表面活性剂、稳定剂、防腐剂作为沥青隔离剂的成分无毒无污染。另外，本发明中也未涉及任何油品，尤其是易挥发且污染环境的柴油。

(2)化学稳定性良好。本发明所述的组分沸石粉的主要化学成分是二氧化硅、三氧化二铝、可溶硅、可溶铝，除非在强酸强碱条件下，其不易与其他物质发生化学反应。本发明所述的聚四氟乙烯粉末分子结构稳定、具有优良的耐化学性(耐强酸、强碱)。本发明所述的二氧化硅粉末化学性质比较稳定，不溶于水也不与水反应，也不与除氟、氟化氢以外的卤素、卤化氢以及硫酸、高氯酸、硝酸作用。本发明所述石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而使结构稳定。本发明所述的表面活性剂、稳定剂、防腐剂的化学稳定性也均良好。

(3)耐高温性能优异。沥青混合料在运输和施工时温度不高于200℃。尽管沸石粉内的结晶水在70～140℃时析出，但沸石粉中其他组成物质并不发生改变，析出的微量水也不影响隔离剂的使用效果。聚四氟乙烯粉末(熔点327℃)、二氧化硅粉末(熔点1723℃)、石墨烯(熔点3852℃)均耐高温。本发明所述的表面活性剂、稳定剂、防腐剂的耐高温性能均优异。

(4)易贮存、隔离效果显著且持久。本发明中的沸石粉作为防滑组分，石墨烯类(包括单层石墨烯、单层氧化石墨烯、掺杂石墨烯)粉末、聚四氟乙烯粉末作为润滑组分，二氧化硅一方面作为润滑组分，另一方面又使聚四氟乙烯在水溶液中稳定存在，单层氧化石墨烯/掺杂石墨烯和表面活性剂作为成膜组分(均有亲水性，在水溶液中，有良好的层间效应和吸附效应)，稳定剂中既有增强乳状液离子强度的助剂，又有增加粘度的助剂，同时也可加入调节乳状液酸碱度的助剂，加入水和防腐剂，制成乳状液。制备的乳状液均匀、稳定性良好、不易分层。由于其中加入了防腐剂，使其中的食品级稳定剂也不易变质。

(5)不损害运输、施工设备且易清洁。由于本发明的隔离剂有惰性物质的优势，不腐蚀、污染少甚至不污染运输、施工设备。当其污染了设备用水冲洗即可，简单快捷，其冲洗残留物也不会损坏路面。

(6)节约资源。本发明所述隔离剂的制备成分成本低。水、沸石粉、二氧化硅粉末、表面活性剂、稳定剂、防腐剂价格低廉。尽管石墨烯类粉末和聚四氟乙烯粉末略贵，但相比于其他组分，含量极少。本发明所述的隔离剂不易失效，隔离效果显著且持久，减少了运输和施工过程中的喷洒次数，不腐蚀设备。若在运输、施工过程中本发明所述的隔离剂失效，不仅对沥青混合料无不利影响，反而可以增强沥青混合料的耐久性。综上所述，利用此隔离剂能够节约人力、物力、财力资源。

附图说明

图1为实施例1步骤(4)制备的沥青隔离剂的外观效果图；

图2为实施例1步骤(4)制备的沥青隔离剂室温放置120天后的外观效果图；

图3为实施例2步骤(4)制备的沥青隔离剂的外观效果图；

图4为实施例2步骤(4)制备的沥青隔离剂室温放置150天后的外观效果图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明权利要求书请求保护的内容并不局限于下面的实施例。

以下实施例中，沸石粉(200目)购自石家庄托玛琳矿产品有限公司；聚四氟乙烯粉末(3μm)购自沈阳市天宇祥微粉材料厂；二氧化硅粉末(食品级)购自河北利华生物科技有限公司；单层石墨烯粉末(化学法)(片径0.5～5μm，厚度0.8～1.2nm)、单层氧化石墨烯粉末(片径：0.5～5μm，厚度：0.8～1.2nm)和氮掺杂石墨烯粉末(氮含量：约为3.0wt％，BET＞500m²/g)均购自江苏先丰纳米材料科技有限公司；OP-7购自绿森化工；十六烷基三甲基溴化铵、氯化镁、氯化钠、碳酸氢钠、醋酸均购自国药集团化学试剂有限公司；黄原胶(食品级)购自鄂尔多斯市中轩生化股份有限公司；山梨酸钾(食品级)购自南通奥凯生物技术开发有限公司；淀粉(食品级)购自怀来隆晨食品有限公司；苯甲酸钠(食品级)购自南京松冠生物科技有限公司。胶体磨(IKN/依肯，CM2000)购自上海依肯机械设备有限公司，pH计(上海雷磁，PHS-25)购自上海雷磁仪器有限公司。

以下实施例中，“份”均指质量份。

实施例1：一种高性能环境友好型沥青隔离剂的制备方法，包括以下步骤： (本实施例中，每“份”指50g)

(1)于50℃的35份蒸馏水中加入10份沸石粉和0.4份聚四氟乙烯粉末，以80KHz的频率超声分散15min，得混合液1；

(2)向混合液1中加入0.2份二氧化硅粉末，以3000r/min的转速磁力搅拌 30min，得混合液2；

(3)向混合液2中加入0.1份单层氧化石墨烯粉末、0.1份表面活性剂(0.08 份OP-7、0.02份1631(十六烷基三甲基溴化铵))、4份稳定剂(由2份淀粉、1 份黄原胶、0.3份氯化钠、0.3份氯化镁和0.4份碳酸氢钠组成)、50℃的50份蒸馏水，以4500r/min的转速磁力搅拌20min，得混合液3；

(4)将混合液3以5000r/min的转速经过胶体磨高速剪切乳化5遍(乳化过程中加入0.2份防腐剂，其中0.1份苯甲酸钠，0.1份山梨酸钾)，每遍剪切5min，形成稳定乳状液(如图1所示，左右两支试管为同一试样)，得到高性能环境友好型沥青隔离剂(利用pH计测得其pH＝7.50)；

(5)用3000份蒸馏水缓慢稀释(4)中制备所得高性能环境友好型沥青隔离剂，边稀释边搅拌，然后将其分别喷洒于4个运输沥青混合料的车厢板以及压实成型的碾压轮上以隔离沥青混合料(其中车厢板1和碾压轮1涂抹柴油作对照组)，隔离效果如下表1所示：

表1

(6)步骤(4)制得高性能环境友好型沥青隔离剂室温放置90～120天，不出现分层(放置120天的状态如图2所示，左右两支试管为同一试样)。

实施例2：一种高性能环境友好型沥青隔离剂的制备方法，包括以下步骤： (本实施例中，每“份”指80g)

(1)于50℃的40份蒸馏水中加入15份沸石粉和0.8份聚四氟乙烯粉末，以80KHz的频率超声分散15min，得混合液1；

(2)向混合液1中加入0.3份二氧化硅粉末和0.1份单层石墨烯粉末，以 3000r/min的转速磁力搅拌30min，得混合液2；

(3)向混合液2中加入0.3份氮掺杂石墨烯粉末、0.2份表面活性剂(0.12 份OP-7、0.08份1631(十六烷基三甲基溴化铵))、8份稳定剂(由3份淀粉、3 份黄原胶、0.6份氯化钠、0.4份氯化镁和1份醋酸组成)、50℃的35份蒸馏水，以4500r/min的转速磁力搅拌20min，得混合液3；

(4)将混合液3以5000r/min的转速经过胶体磨高速剪切乳化5遍(乳化过程中加入0.3份防腐剂，其中0.1份苯甲酸钠，0.2份山梨酸钾)，每遍剪切4min，形成稳定乳状液(如图3所示，左右两支试管为同一试样)，得到高性能环境友好型沥青隔离剂(利用pH计测得其pH＝6.75)；

(5)用5000份蒸馏水缓慢稀释(4)中制备所得高性能环境友好型沥青隔离剂，边稀释边搅拌，然后将其分别喷洒于4个运输沥青混合料的车厢板以及压实成型的碾压轮上以隔离沥青混合料(其中车厢板1和碾压轮1涂抹水作对照组)，隔离效果如下表2所示：

表2

(6)步骤(4)制得高性能环境友好型沥青隔离剂室温放置120～150天，不出现分层(放置150天的状态如图4所示，左右两支试管为同一试样)。

Claims

1.一种高性能环境友好型沥青隔离剂，其特征在于，由以下质量份数的原料制备而成：50~85份水、10~20份沸石粉、0.1~1份聚四氟乙烯粉末、0.1~1份二氧化硅粉末、1~10份稳定剂、0.1~1份石墨烯类粉末、1~5份表面活性剂、0.1~1份防腐剂；

其制备方法，包括以下步骤：

（1）于50~60℃的水中加入沸石粉和聚四氟乙烯粉末，超声分散10~20min，得混合液A；

（2）向混合液A中加入二氧化硅粉末，然后，加或不加石墨烯类粉末，以3000~4500r/min的转速磁力搅拌30~60min，得混合液B；

（3）向混合液B中加入石墨烯类粉末，再加入表面活性剂、稳定剂、50~60℃的余量水，以3000~4500r/min的转速磁力搅拌10~20min，得混合液C；

（4）将混合液C以3000~6000r/min的转速经过胶体磨高速剪切乳化3~5遍，每遍剪切3~5min，在乳化过程中加入防腐剂，形成稳定乳状液，即得高性能环境友好型沥青隔离剂；

所述步骤（2）和步骤（3）的石墨烯类粉末用量之和为原料配方中的石墨烯类粉末用量。

2.根据权利要求1所述的沥青隔离剂，其特征在于，所述水为蒸馏水或纯净水；所述沸石粉的粒径为100-200目；所述聚四氟乙烯粉末的粒径为1~3μm；所述二氧化硅粉末为食品级二氧化硅粉末。

3.根据权利要求1所述的沥青隔离剂，其特征在于，所述石墨烯类粉末为单层石墨烯粉末、单层氧化石墨烯粉末和/或掺杂石墨烯粉末。

4.根据权利要求3所述的沥青隔离剂，其特征在于，所述单层石墨烯粉末和单层氧化石墨烯粉末的片径为0.5~10μm，厚度＜1.5nm；所述掺杂石墨烯粉末的掺杂元素含量＞2.0wt%，BET＞300m²/g。

5.根据权利要求1所述的沥青隔离剂，其特征在于，所述稳定剂由无机稳定剂和有机稳定剂组成。

6.根据权利要求5所述的沥青隔离剂，其特征在于，所述有机稳定剂均为食品级，为淀粉、黄原胶、明胶、琼脂和海藻酸钠中的一种或几种；

所述无机稳定剂是氯化钙、氯化钾、氯化钠、氯化镁、碳酸钠、碳酸氢钠和醋酸中的一种或几种的组合；

所述无机稳定剂与有机稳定剂的质量比为1: 3~1: 7。

7.根据权利要求1所述的沥青隔离剂，其特征在于，所述表面活性剂为OP-7、Span-80、1631中的一种或者几种的组合。

8.根据权利要求1所述的沥青隔离剂，其特征在于，所述防腐剂均为食品级，为苯甲酸钠、山梨酸钾、脱氢乙酸钠和乳酸链球菌素中的一种或几种的组合。

9.根据权利要求1所述的沥青隔离剂，其特征在于，所述步骤（1）中的超声分散方式为使用40KHz、80KHz、100KHz频率超声分散中的一种或几种的组合。

10.根据权利要求1所述的沥青隔离剂，其特征在于，步骤（1）中所加水为30~40份。