CN114085426B - 浇筑式沥青降粘改性剂及制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浇筑式沥青降粘改性剂及制备工艺，包括组分如下：高级脂肪酸、二乙烯三胺、催化剂、抗氧剂和氨值调节剂。本方案中改性剂为固体改性剂，稳定无毒，可施工直投，储存施工方便，不仅能提高沥青混凝土的耐高低温性能，而且降粘改性效果显著，且对沥青能起到明显的改性效果：在浇注式沥青施工过程中，该降粘剂的掺入能起到明显的降粘效果，显著提高混合料的流动性，施工和易性大大增加；提高沥青的软化点，显著提高沥青混凝土的耐高温性能。

Description

浇筑式沥青降粘改性剂及制备工艺

技术领域

本发明涉及道路交通使用石油化工材料领域，具体来说，是一种浇筑式沥青降粘改性剂及制备工艺。

背景技术

在道路工程中使用的沥青混合料按照其施工温度大致可以分为三大类型：热拌沥青混合料、温拌沥青混合料以及冷拌沥青混合料。所谓的冷拌沥青混合料其施工温度大约为15-40℃，由于其施工温度较低无需对混合料进行加热，可以节约能源，但是其路用性能无法满足重载交通以及高等级公路的需求；热拌沥青混合料的施工温度大致为150-180℃，在改善路用性能的同时，较高的施工温度不仅消耗了大量的能源，而且生成了大量的烟尘，co2和有害气体。在此背景下温拌沥青混合料应运而生，其优势主要有以下几点：性能可以达到热拌沥青混合料的性能；降低了施工温度，延长施工时间；减少co2等气体的排放，节能环保；减轻高温条件下沥青的老化问题。

沥青降粘剂多种多样，其性能也各有不同，大致分为液体形态和固体形态两种，现有液体降粘剂的主要缺陷：保存储运成本高、污染环境；现有固体降粘剂主要缺陷：生产成本高、降粘效果较差。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种无毒且高效的固体沥青降粘改性剂，用于浇注式混凝土施工体系，旨在提高沥青软化点的同时显著提高浇注式热沥青混凝土的流动性，达到依靠浇注式混合料自身的流动性摊铺成型的效果的浇筑式沥青降粘改性剂及制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种浇筑式沥青降粘改性剂，包括组分如下：高级脂肪酸、二乙烯三胺、催化剂、抗氧剂和氨值调节剂。

进一步限定，各组分按重量比配比如下：

高级脂肪酸：86-90％；

二乙烯三胺：10.1-10.7％；

催化剂：0.05-0.06％；

抗氧剂：0.02-0.04％；

氨值调节剂：1.2-2.2％。

进一步限定，所述催化剂为乙酸乙酯。

进一步限定，所述抗氧剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠混合液，其质量百分比为(wt％1：7)。

进一步限定，所述氨值调节剂为多乙烯多胺或油酸；

所述多乙烯多胺的氨值为：1184；

所述油酸的酸值为：195。

一种浇筑式沥青降粘改性剂的制备工艺，包括步骤如下：

步骤1：预熔，将高级脂肪酸、抗氧剂、催化剂加入反应釜，升温至80—100℃；

步骤2：初混，当混合物熔化之后开启搅拌装置，并同时在混合物表面通入惰性气体，搅拌时长为10min-20min；

步骤3：成盐，升温至110-140℃，开启冷凝回流装置对蒸发气体进行回收，并缓慢滴加二乙烯三胺，而后恒温保持30min；

步骤4：脱水，继续升温至160-180℃，恒温保持4-6h；

步骤5：氨值调节，当反应时间达到预设值的85-90％时，取样测定氨值，根据测量数值与产品技术指标比对，而后加入氨值调节剂，直到到达指标范围为止；

步骤6：放料、冷却、粉碎、水洗、干燥和包装。

本发明的有益效果是：

其中高级脂肪酸与二乙烯三胺为主反应物反应物，多乙烯多胺或油酸用于调节胺值，使用乙酸乙酯作为催化剂，亚硫酸钠、亚硫酸氢钠复合抗氧剂，制备一种淡黄色或白色粉末状酰胺类沥青降粘剂。

设备：反应釜(包含回流装置、加热系统、滴加装置、搅拌装置、通气保护装置等)；

工艺流程：

将高级脂肪酸、抗氧剂、催化剂加入反应釜，升温至80—100℃；

体系完全熔化后开启搅拌装置、通惰性气体保护，排除反应釜内氧气，保持10min-20min；

成盐阶段：将温度升至110-140℃，开启冷凝回流装置(避免二乙烯三胺过多挥发损失)，缓慢滴加二乙烯三胺，60—90min滴完，该反应阶段为羧基氨基反应成盐阶段，反应中后期较为剧烈。反应温度设定值较低时，为了充分反应须延长二乙烯三胺滴加时间(例如110℃条件下，乙二胺滴加90min)，反应较为平稳可控但耗费时间较长；相反温度越高，虽然反应速率快，但是高温伴随着脱水提前一步进行，反应剧烈难以控制，且二乙烯三胺溶于水蒸气一同脱离反应体系导致配合比偏差。根据设备情况，最佳条件设为(120℃，滴加75-80min)。

脱水阶段：滴完后保温30min，以确保第一阶段的反应充分完成。然后将温度升至160-180℃，持续4-6小时。成盐阶段生成物开始脱水的温度其实在140℃左右，但是温度过高时(特别是200℃以上)，制得的产品色值偏大，出于生产效率、纯度、色值的考量，将反应温度设定至160-180℃(在此温度区间内，较低温度对应较长的反应时间)。反应时间达到设定值的90％左右时，取样测定胺值，依据产品技术指标用多乙烯多胺或油酸调节胺值。

反应结束，放料、冷却、粉碎、水洗、干燥和包装。

高级脂肪酸和二乙烯三胺反应制得主要产物，该材料常温为坚硬固体、高温状态为低粘度液体，其分子结构中含有酰胺基与饱和脂肪链，酰胺基有较强的极性，其能与沥青中的少数极性组分形成分子间强烈的相互作用，且其饱和脂肪链与沥青非极性组分有着极好的相容性。综上所诉，该产品高温熔融状态能够很好的与沥青相容，其低粘度与酰胺键性质起到沥青内部润滑的作用，从而提高了高温下沥青的流动性，极大提高了施工操作性。

待改性沥青混凝土体系冷却成型之后，该改性剂又起到了类似表面活性剂体系物理连接点的作用，有效提高沥青软化点，从而提高混凝土的耐高温性能。

多乙烯多胺是用于调节产品的胺值，即反应程度，尽可能提高酰胺键的转化量。

且，本方案中改性剂为固体改性剂，稳定无毒，可施工直投，储存施工方便，不仅能提高沥青混凝土的耐高低温性能，而且降粘改性效果显著。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种浇筑式沥青降粘改性剂，包括组分如下：高级脂肪酸、二乙烯三胺、催化剂、抗氧剂和氨值调节剂。

各组分按重量比配比如下：

高级脂肪酸：86-90％；

二乙烯三胺：10.1-10.7％；

催化剂：0.05-0.06％；

抗氧剂：0.02-0.04％；

氨值调节剂：1.2-2.2％。

所述催化剂为乙酸乙酯。

所述抗氧剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠混合液，其质量百分比为(wt％1：7)。

所述氨值调节剂为多乙烯多胺或油酸；

所述多乙烯多胺的氨值为：1184；

所述油酸的酸值为：195。

一种浇筑式沥青降粘改性剂的制备工艺，包括步骤如下：

步骤1：预熔，将高级脂肪酸、抗氧剂、催化剂加入反应釜，升温至80—100℃；

步骤2：初混，当混合物熔化之后开启搅拌装置，并同时在混合物表面通入惰性气体，搅拌时长为10min-20min；

步骤3：成盐，升温至110-140℃，开启冷凝回流装置对蒸发气体进行回收，并缓慢滴加二乙烯三胺，而后恒温保持30min；

步骤4：脱水，继续升温至160-180℃，恒温保持4-6h；

步骤5：氨值调节，当反应时间达到预设值的85-90％时，取样测定氨值，根据测量数值与产品技术指标比对，而后加入氨值调节剂，直到到达指标范围为止；

步骤6：放料、冷却、粉碎、水洗、干燥和包装。

本实施例中：

其中高级脂肪酸与二乙烯三胺为主反应物反应物，多乙烯多胺或油酸用于调节胺值，使用乙酸乙酯作为催化剂，亚硫酸钠、亚硫酸氢钠复合抗氧剂，制备一种淡黄色或白色粉末状酰胺类沥青降粘剂。

其中高级脂肪酸与二乙烯三胺为主反应物反应物，多乙烯多胺或油酸用于调节胺值，使用乙酸乙酯作为催化剂，亚硫酸钠、亚硫酸氢钠复合抗氧剂，制备一种淡黄色或白色粉末状酰胺类沥青降粘剂。

设备：反应釜(包含回流装置、加热系统、滴加装置、搅拌装置、通气保护装置等)；

工艺流程：

将高级脂肪酸、抗氧剂、催化剂加入反应釜，升温至80—100℃；

体系完全熔化后开启搅拌装置、通惰性气体保护，排除反应釜内氧气，保持10min-20min；

成盐阶段：将温度升至110-140℃，开启冷凝回流装置(避免二乙烯三胺过多挥发损失)，缓慢滴加二乙烯三胺，60—90min滴完，该反应阶段为羧基氨基反应成盐阶段，反应中后期较为剧烈。反应温度设定值较低时，为了充分反应须延长二乙烯三胺滴加时间(例如110℃条件下，乙二胺滴加90min)，反应较为平稳可控但耗费时间较长；相反温度越高，虽然反应速率快，但是高温伴随着脱水提前一步进行，反应剧烈难以控制，且二乙烯三胺溶于水蒸气一同脱离反应体系导致配合比偏差。根据设备情况，最佳条件设为(120℃，滴加75-80min)。

脱水阶段：滴完后保温30min，以确保第一阶段的反应充分完成。然后将温度升至160-180℃，持续4-6小时。成盐阶段生成物开始脱水的温度其实在140℃左右，但是温度过高时(特别是200℃以上)，制得的产品色值偏大，出于生产效率、纯度、色值的考量，将反应温度设定至160-180℃(在此温度区间内，较低温度对应较长的反应时间)。反应时间达到设定值的90％左右时，取样测定胺值，依据产品技术指标用多乙烯多胺或油酸调节胺值。

反应结束，放料、冷却、粉碎、水洗、干燥和包装。

高级脂肪酸和二乙烯三胺反应制得主要产物，该材料常温为坚硬固体、高温状态为低粘度液体，其分子结构中含有酰胺基与饱和脂肪链，酰胺基有较强的极性，其能与沥青中的少数极性组分形成分子间强烈的相互作用，且其饱和脂肪链与沥青非极性组分有着极好的相容性。综上所诉，该产品高温熔融状态能够很好的与沥青相容，其低粘度与酰胺键性质起到沥青内部润滑的作用，从而提高了高温下沥青的流动性，极大提高了施工操作性。

待改性沥青混凝土体系冷却成型之后，该改性剂又起到了类似表面活性剂体系物理连接点的作用，有效提高沥青软化点，从而提高混凝土的耐高温性能。

多乙烯多胺是用于调节产品的胺值，即反应程度，尽可能提高酰胺键的转化量。

且，本方案中改性剂为固体改性剂，稳定无毒，可施工直投，储存施工方便，不仅能提高沥青混凝土的耐高低温性能，而且降粘改性效果显著。

软化点对比试验

实验依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》

(JTG E20-2011)

合料流动性试验软化点对比试验

依据《公路钢桥面铺装设计与施工技术规范》

(JTG/T 3364-02—2019)

混合料配比表：

降粘剂掺入方式：按照沥青的量外掺

其中，流动度计算方式为浇筑式沥青混凝土流动度测定仪中铜锤移动5cm的时间；

上述两种对比试验中降粘改性剂各组按重量份分配比均为：

高级脂肪酸：88％；

二乙烯三胺：10.2％；

催化剂：0.07％；

抗氧剂：0.03％；

氨值调节剂：1.7％。

由软化点对比试验和混合料流动性试验结果数据可以看出本技术方案合成的降粘剂对沥青能起到明显的改性效果：

在浇注式沥青施工过程中，该降粘剂的掺入能起到明显的降粘效果，显著提高混合料的流动性，施工和易性大大增加；

提高沥青的软化点，显著提高沥青混凝土的耐高温高温性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (2)

1.一种浇筑式沥青降粘改性剂，其特征在于：包括按重量比配比如下的组分：

高级脂肪酸：86-90%；

二乙烯三胺：10.1-10.7%；

催化剂：0.05-0.06%；

抗氧剂：0.02-0.04%；

氨值调节剂：1.2-2.2%；

所述催化剂为乙酸乙酯；

所述抗氧剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠混合物，其质量百分比为（wt%1：7）；所述氨值调节剂为多乙烯多胺或油酸；

所述多乙烯多胺的氨值为：1184；

所述油酸的酸值为：195。

2.一种如权利要求1所述的浇筑式沥青降粘改性剂的制备工艺，其特征在于：包括步骤如下：

步骤1：预熔，将高级脂肪酸、抗氧剂、催化剂加入反应釜，升温至80—100℃；

步骤2：初混，当混合物熔化之后开启搅拌装置，并同时在混合物表面通入惰性气体，搅拌时长为10min-20min；

步骤3：成盐，升温至110-140℃，开启冷凝回流装置对蒸发气体进行回收，并缓慢滴加二乙烯三胺，而后恒温保持30min；

步骤4：脱水，继续升温至160-180℃，恒温保持4-6h；

步骤5：氨值调节，当反应时间达到预设值的85-90%时，取样测定氨值，根据测量数值与产品技术指标比对，而后加入氨值调节剂，直到到达指标范围为止；

步骤6：放料、冷却、粉碎、水洗、干燥和包装。