CN113512148A - 一种道路沥青改性专用丁苯胶乳的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及筑路沥青改性剂用合成胶乳制造技术领域，具体为一种道路沥青改性专用丁苯胶乳的制备方法。乳化剂、分子量调节剂、单体、引发剂、还原剂和分子量调节剂为批次加入，反应温度控制范围为：20～50℃，组分配比为：丁二烯60～80份、苯乙烯20～40份、乳化剂用量为3～6份、引发剂0.2～0.8份、分子量调节剂0.3～0.8份和软水110～150份。通过工艺和配方的调整，制备一种转化率大于90％的胶乳用于沥青改性，可以提高改性沥青的温度敏感性，改善其延展性和粘韧性。

Description

一种道路沥青改性专用丁苯胶乳的制备方法
技术领域
本发明涉及筑路沥青改性剂用合成胶乳制造技术领域，具体为一种道路沥青改性专用丁苯胶乳的制备方法。
背景技术
最早的道路使用石块、砂子等进行铺筑。为了提高道路的舒适性与安全性，采用了沥青混凝土为原料，铺筑连续式路面。随着世界公路建设的迅速发展，对筑路用沥青的性能提出了越来越高的要求，国际上普遍开始采用向沥青中加入改性剂的方法来提高沥青的物理性能。常用的改性剂有橡胶类、树脂类和热塑性弹性体。橡胶类改性剂可以提高沥青与基材的结合力，改善基质沥青的粘韧性，提高沥青路面的抗开裂性、耐久性及低温延度，但是固体橡胶类改性剂存在操作复杂，施工困难等因素；树脂类改性剂具有较好的高温稳定性，可显著提高沥青的软化点及抗流动性，但它存在不易于与沥青互溶，低温性能差的缺点；热塑性弹性体可降低改性剂对温度的敏感性，提高抗开裂、抗流动、抗磨损性，但是其结构上双键的存在影响了沥青的耐热性和耐侯性，且价格较其它改性剂高。多年来，世界各国不断进行沥青改性的研究，发表了大量相关专利。国内主要研究成果集中在选用市场常见的通用塑料、橡胶等材料进行沥青加工工艺改进的领域，如同济大学申请的CN1048867专利，公布了将SBS用溶剂溶解后调入沥青制成母液，再将碳黑加入搅拌，按比例与沥青、矿料制成复合改性沥青；重庆公路研究所申请的CN1068835专利，公布了将橡胶粉掺入沥青制成改性沥青混合料；北京王亮发表的CN1164548专利，公布了将废塑料与溶解组分合成改性组分后再与沥青混合制成改性沥青材料。国内未检索到采用胶乳进行沥青改性方面的专利。国外聚合物改性沥青技术发展较早，至今已有50多年历史，发表的改性沥青专利较多，但是大多数是改性工艺方面的，如US6074469、US5710196、JP62－100555、WO0077098等。关于合成胶乳改性剂的专利数量不多，US5534568公布了丁二烯、苯乙烯与丁氧基甲基丙烯酰胺在一定条件下共聚制备改性剂的方法；US5837756公布了将丁二烯、苯乙烯在有机锂和极性溶剂中反应制得数均分子量为30000－85000的聚合物；US5583173公布了低皂法进行丁二烯和苯乙烯乳液共聚得到转化率大于50％的聚合物；EP936232公布了在有机锂和极性溶剂中连续聚合丁二烯和苯乙烯制得数均分子量为51000的聚合物；US6136899公布了将US5583173专利中合成的高分子量和低分子量的胶乳混合制备改性剂，所得改性沥青具有抗车辙、耐低温的优点。这些专利公布的合成胶乳改性剂的制备工艺复杂，所得胶乳转化率低。
发明内容
(一)解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种道路沥青改性专用丁苯胶乳的制备方法。通过工艺和配方的调整，制备一种转化率大于90％的胶乳用于沥青改性，可以提高改性沥青的温度敏感性，改善其延展性和粘韧性。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：乳化剂、分子量调节剂、单体、引发剂、还原剂和分子量调节剂为批次加入，反应温度控制范围为：20～50℃，组分配比为：丁二烯60～80份、苯乙烯20～40份、乳化剂用量为3～6份、引发剂0.2～0.8份、分子量调节剂0.3～0.8份和软水110～150份。
优选的，乳化剂为歧化松香酸皂、脂肪酸皂和扩散剂NF。
优选的，脱除胶乳中残余的单体，采用减压闪蒸脱除法，同时加入终止剂和防老剂。
一种道路沥青改性专用丁苯胶乳的制备方法，包括以下步骤：
a、聚合釜首先抽真空，再用氮气置换，真空度达到－0.10Mpa时，依次投入脱盐水40份，乳化剂溶液，还原剂、电解质溶液，苯乙烯30份，分子量调节剂0.3份，停止抽真空；乳化剂溶液包括：脱盐水70份、歧化松香酸皂3.5份、脂肪酸皂1.5份、扩散剂0.2份，电解质溶液包括：脱盐水5份、还原剂0.16份；
b、然后加入丁二烯70份，开启搅拌保持温度至20℃时，加入氧化剂溶液，氧化剂溶液包括；脱盐水5份、氧化剂0.09份、乳化剂0.06份；
c、控制反应温度20±1℃，维持反应4小时，加入第一次补加液，第一次补加液包括：脱盐水5份、氧化剂0.08份、乳化剂0.06份、分子量调节剂0.05份、还原剂0.02份；
d、维持反应8小时,加入第二次补加液,第二次补加液包括；脱盐水5.0份、氧化剂0.09份、乳化剂0.06份、还原剂0.04份、将反应温度提高到30℃；
e、维持反应6小时，加入第三次补加液，第三次补加液包括：脱盐水5份、氧化剂0.1份、乳化剂0.06份、分子量调节剂0.05份、还原剂0.02份，并提高反应温度到40℃，维持反应4小时后将料转入脱气釜；
f、转化率达到90％以上时，停止反应，加终止剂和防老剂,在脱气釜真空度为—0.10Mpa，釜温40℃的条件下，进行脱气以除去残余单体，脱气时间为1.5小时。
优选的，步骤a中苯乙烯为35份、丁二烯为65份、分子量调节剂为0.06份。
优选的，步骤a中苯乙烯为25份，丁二烯75份，步骤b、c、d、e氧化剂总量为0.45份。
(三)有益效果
本发明提供了一种道路沥青改性专用丁苯胶乳的制备方法。具备以下有益效果：
(1)、批次加入乳化剂、氧化剂、还原剂和分子量调节剂等，减少了凝胶的生成，同时所合成胶乳具有适当的结构凝胶含量和门尼黏度。控制合理的反应速度，得到转化率较高而橡胶性能优异的胶乳。在脱除胶乳中残余单体时，采用减压闪蒸脱除法，同时加入终止剂和防老剂，能有效地降低胶乳中残余单体，并且保证胶乳的性能。
(2)、使用本发明生产的胶乳，在与沥青混合时，不会产生强烈的溢锅现象，制得的改性沥青性能优异，能满足道路铺筑的国家标准的要求。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中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。实施例1：
(1)胶乳生产
1)投料过程：聚合釜首先抽真空，再用氮气置换，真空度达到－0.10Mpa时，依次投入脱盐水40份，乳化剂溶液(其中脱盐水70份，歧化松香酸皂3.5份，脂肪酸皂1.5份，扩散剂0.2份)，还原剂、电解质溶液〔其中脱盐水5份，还原剂0.16份〕，苯乙烯30份，分子量调节剂0.3份，停止抽真空。然后加入丁二烯70份，开启搅拌保持温度至20℃时，加入氧化剂溶液(其中脱盐水5份，氧化剂0.09份，乳化剂0.06份)。
2)反应控制及补加：控制反应温度20±1℃，维持反应4小时，加入第一次补加液，其中脱盐水5份，氧化剂0.08份,乳化剂0.06份,分子量调节剂0.05份，还原剂0.02份。维持反应8小时,加入第二次补加液,其中脱盐水5.0份，氧化剂0.09份,乳化剂0.06份,还原剂0.04份，将反应温度提高到30℃。维持反应6小时，补加第三次料，其中脱盐水5份，氧化剂0.1份，乳化剂0.06份，分子量调节剂0.05份，还原剂0.02份，并提高反应温度到40℃。维持反应4小时后将料转入脱气釜。
(2)脱除残余单体及后处理：
转化率达到90％以上时，停止反应，加终止剂和防老剂,在脱气釜真空度为—0.10Mpa，釜温40℃的条件下，进行脱气以除去残余单体，脱气时间为1.5小时。最后经过滤后包装。
(3).胶乳的物性指标
总固物≥38％；PH值10～11；粘度≤100mPa·s；表面张力50－65mN/m；粒径120～160nm；结构凝10-40％；门尼黏度40-80；宏观凝胶≤0.1％。
实施例2
若把苯乙烯的用量由实施例一中的30份增加到35份，丁二烯65份，需将首次的分子量调节剂增加为0.06份，其它组成、配比与例一相同的情况下生产该胶乳，反应梯度与实施例一吻合，生产的胶乳仍然满足物性指标及工艺要求。
实施例3.
若苯乙烯用量调整为25.0份，丁二烯75份，这时需加大氧化剂用量，总氧化剂量调整为0.45份，其它助剂和工艺与例一相同。反应时间仍然24小时，转化率达到90％以上。所生产的胶乳的物性指标仍然在例一的范围内，使用性能可达到工艺技术要求，与实施例一相比，按例三所生产的改性沥青低温延度更好，但软化点稍低。
对比例：
对比例一
若采用实施例1中单体及其他助剂的用量，将反应温度始终控制在30℃，其他工艺控制措施与实施例1相同，则最终胶乳的结构凝胶含量不会超过10％，门尼粘度在20-40之间，其他指标与实施例1相似。
对比例二
采用实施例1的单体配比及工艺控制条件，而将分子量调节剂在反应初始一次加入，则最终胶乳的门尼黏度将达到80-120，结构凝胶含量达到60-80％。
对比例三
采用实施例1的单体配比及工艺控制条件，只是在反应初始就将氧化剂及助还原剂全部加入，则反应速度在反应前期极快，而后期极慢，最终达不到转化率超过90％的目标。
本发明实施例与对比例胶乳性能对比表
Figure BDA0003196702490000081
Figure BDA0003196702490000091

Claims (6)

1.一种道路沥青改性专用丁苯胶乳的制备方法，其特征在于：乳化剂、分子量调节剂、单体、引发剂、还原剂和分子量调节剂为批次加入，反应温度控制范围为：20～50℃，组分配比为：丁二烯60～80份、苯乙烯20～40份、乳化剂用量为3～6份、引发剂0.2～0.8份、分子量调节剂0.3～0.8份和软水110～150份。
2.根据权利要求1所述的一种道路沥青改性专用丁苯胶乳的制备方法，其特征在于：乳化剂为歧化松香酸皂、脂肪酸皂和扩散剂NF。
3.根据权利要求1所述的一种道路沥青改性专用丁苯胶乳的制备方法，其特征在于：脱除胶乳中残余的单体，采用减压闪蒸脱除法，同时加入终止剂和防老剂。
4.根据权利要求1所述的一种道路沥青改性专用丁苯胶乳的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、聚合釜首先抽真空，再用氮气置换，真空度达到－0.10Mpa时，依次投入脱盐水40份，乳化剂溶液，还原剂、电解质溶液，苯乙烯30份，分子量调节剂0.3份，停止抽真空；乳化剂溶液包括：脱盐水70份、歧化松香酸皂3.5份、脂肪酸皂1.5份、扩散剂0.2份，电解质溶液包括：脱盐水5份、还原剂0.16份；
b、然后加入丁二烯70份，开启搅拌保持温度至20℃时，加入氧化剂溶液，氧化剂溶液包括；脱盐水5份、氧化剂0.09份、乳化剂0.06份；
c、控制反应温度20±1℃，维持反应4小时，加入第一次补加液，第一次补加液包括：脱盐水5份、氧化剂0.08份、乳化剂0.06份、分子量调节剂0.05份、还原剂0.02份；
d、维持反应8小时,加入第二次补加液,第二次补加液包括；脱盐水5.0份、氧化剂0.09份、乳化剂0.06份、还原剂0.04份、将反应温度提高到30℃；
e、维持反应6小时，加入第三次补加液，第三次补加液包括：脱盐水5份、氧化剂0.1份、乳化剂0.06份、分子量调节剂0.05份、还原剂0.02份，并提高反应温度到40℃，维持反应4小时后将料转入脱气釜；
f、转化率达到90％以上时，停止反应，加终止剂和防老剂,在脱气釜真空度为—0.10Mpa，釜温40℃的条件下，进行脱气以除去残余单体，脱气时间为1.5小时。
5.根据权利要求4所述的一种道路沥青改性专用丁苯胶乳的制备方法，其特征在于：步骤a中苯乙烯为35份、丁二烯为65份、分子量调节剂为0.06份。
6.根据权利要求4所述的一种道路沥青改性专用丁苯胶乳的制备方法，其特征在于：步骤a中苯乙烯为25份，丁二烯75份，步骤b、c、d、e氧化剂总量为0.45份。
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