CN115651417A - 一种采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青及制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青及制备方法和应用。以重量份数计，所述乳化沥青的制备原料包括如下组分：0.015~1.5份的纤维素纳米晶，1~20份的乳化剂，300~700份的沥青和300~700份的水。本申请所述乳化沥青中通过添加少量的纤维素纳米晶，在不需要添加稳定剂和增加乳化剂用量的前提下就能对沥青进行乳化，进而获得性能优异的乳化沥青；同时所述乳化沥青的制备工艺简单，应用前景更广。另外，本申请中的纳米纤维素晶不仅仅可以用于增强乳化沥青，还可以用于增强其他乳液，例如涂料、化妆品乳液等。

Description

一种采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青及制备方法和应用

技术领域

本申请涉及沥青材料技术领域，尤其是涉及一种采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青及制备方法和应用。

背景技术

乳化沥青是一种经济利益可观的预防性养护材料，在道路建设和养护中，常用于常温沥青混合料、沥青路面表面处置、透层油、粘层油和封层油等。雾封层是采用专用设备将乳化沥青基雾封层材料直接喷洒在道路表面的一种道路预防性养护技术。道路用乳化沥青需要两方面性质：在生产和储存期间需要保持优良的稳定性和均匀性；而在使用时(喷洒或拌合)需要相对可控的破乳成型时间。

对沥青乳液进行稳定性提升，一般使用三种方法：一是向水相中添加盐类，提高水相的密度，减少水相和沥青相之间的密度差，达到提升稳定性的效果；二是向水相中添加增稠剂，提升水相的粘度，使沥青液滴在水相中有更好的悬浮性；三是向水相中添加更多的乳化剂，增强乳化效果(平均粒径更小、粒径分布更均匀等)，从而提升稳定性。然而前两种方法在实际使用中都会对乳化沥青体系造成一定影响，盐类对于沥青破乳成型后的强度有负面影响；而增稠后的乳化沥青的工作性能(可喷洒性、润湿性等)有所下降，且沥青破乳成型后残留的增稠剂对路用性能也有一定负面影响。特别是对于应用最为广泛的阳离子乳化沥青，其pH值一般在2左右，常规的纤维素醚或聚氨酯类增稠剂在此高酸环境下无法保持结构和功能稳定性，导致其对稳定性的增强效果有限。过多的乳化剂会明显延长拌和喷洒后的破乳时间，甚至导致无法成型。

对于离子型表面活性剂乳化的沥青，通常通过控制乳化沥青pH值和乳化剂含量，在与带电荷石料拌合或路面喷洒后经电荷中和开始破乳成型。Pickering乳液由胶体粒子在水油界面处形成一层致密壳层，利用空间位阻效应阻止了液滴聚集，形成储存稳定的乳液。传统Pickering乳液虽然有优良的稳定性，但是没有主动破乳机制。在一些文献中可以通过对纳米粒子进行改性来制备破乳可控的Pickering乳液，但是此类方法工艺复杂、成本高，尚未有规模化推广的可能性。

纤维素是地球上最为丰富的生物质资源，其中纳米纤维素也用到改性乳化沥青中。专利CN108084719B介绍了一种用纳米纤维素改性乳化沥青的方法，纳米纤维素在均匀分散后，能维持乳化沥青不破乳，并能有效提高改性沥青胶结料的耐高温及流变等性能。专利CN114015356B使用纳米纤维素对丁苯胶乳(SBR)改性乳化沥青进行改性，提高了雾封层材料的抗车辙、耐疲劳及低温性能，避免发生材料的过早剥落和失效问题。

但是，现有技术存在以下问题：(1)需要额外添加稳定剂来维持乳化沥青体系的稳定性；(2)纳米纤维素添加量大，成本较高；如专利CN108084719B中纳米纤维素的用量为沥青含量的0.5-3％；专利CN114015356B中纳米纤维素的用量为沥青含量的0.5-1.5％；(3)纳米纤维素改性乳化沥青的制备工艺复杂；(4)适用的沥青种类少，低标号沥青、改性沥青等大量常用沥青无法得到有效利用；(5)均为阳离子体系，没有阴离子乳化沥青的相关专利和应用；(6)现有技术可应用于雾封层材料，没有涉及其他领域的应用。

因此需要提供一种新的制备工艺简单、无需额外添加稳定剂且性能优异的乳化沥青。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本申请提供一种采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青，所述乳化沥青中通过添加少量的纤维素纳米晶，在不需要添加稳定剂和增加乳化剂用量的前提下就能对沥青进行乳化，进而获得性能优异的乳化沥青，制备工艺简单，应用前景更广。

为此，本申请第一方面提供了一种采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青，以重量份数计，所述乳化沥青的制备原料包括如下组分：0.015～1.5份的纤维素纳米晶，1～20份的乳化剂，300～700份的沥青和300～700份的水。

纳米纤维素具有较高的结晶度和表面化学活性以及较低的热膨胀系数，是一种可提供高热稳定性、高机械强度的生物基材料。天然纤维素中结构错位或缺陷会破坏纤维素中微纤链的晶体排列，导致无序区域的形成。通过酸解或酶解去除无定形区而留下的高结晶度纳米粒子即为纤维素纳米晶(Cellulose Nanocrystal，简称为CNC)。CNC呈棒状结构，直径约几纳米至几十纳米，长度一般在100纳米至几微米之间。CNC的纳米尺寸、高比表面积、低密度和高机械强度，更重要的是纳米颗粒之间较强的氢键和范德华力相互作用，使得其可作为纳米粒子用于制备改性的乳化沥青。不同纤维素来源制备的CNC物化性能略有差异。

本申请通过添加一种纳米纤维素晶体(即：CNC)，可以在不添加额外稳定剂和增加乳化剂用量的情况下，辅助乳化剂对基质沥青、低标号沥青、硬质沥青以及高聚物改性沥青进行乳化，获得储存稳定的乳化沥青。通过在获得与原乳化配方相同稳定性的同时，通过添加纤维素纳米晶而减少乳化剂的用量，进而能够获得破乳成型更快速的乳化沥青。

在一些实施方式中，所述乳化沥青中所述纤维素纳米晶的含量为沥青含量的0.02～0.35％。在一些优选的实施方式中，所述乳化沥青中所述纤维素纳米晶的含量为沥青含量的0.02～0.2％。

在一些实施方式中，所述乳化沥青中纤维素纳米晶的含量为0.015～0.15wt％。在一些优选的实施方式中，所述乳化沥青中纤维素纳米晶的含量为0.03～0.12wt％。

相较于现有技术中，本申请所述乳化沥青中纳米纤维素晶的添加量很少，纤维素纳米晶含量占乳化沥青总量的最大重量百分比仅为0.15％，大幅减少了纳米纤维素晶的添加量，有效降低生产成本。

本申请中，由于所述乳化沥青中纳米纤维素晶的添加量很少，因此并不能引起乳化沥青粘度的大幅增加。也即添加纤维素纳米晶提高乳化沥青的稳定性并非是单纯由于增稠引起的粘度增加，更重要的是由于添加的纤维素纳米晶可均匀吸附在沥青液滴表面，限制沥青液滴的运动，同时纤维素纳米晶颗粒之间存在较强的氢键和范德华力相互作用，因此纤维素纳米表面的静电斥力可以使沥青液滴在水中相互排斥，从而可以降低液滴碰撞和聚并的频率，有效地提高乳化沥青的稳定性。因此添加纤维素纳米晶后，乳化沥青粘度无大幅增加，乳化性能得到明显改善，且不影响其破乳，取得了较好的增强效果。

在一些实施方式中，所述纤维素纳米晶的长度在500nm以下，直径为4～70nm。

本申请中，所选用的纤维素纳米晶的种类会对制得的乳化沥青的性能有较大影响。相较于经酶解获得的CNC，经酸解获得的CNC结晶度高(90％以上)，机械强度坚硬(7GPa)、弹性模量高(220GPa)，且表面可以携带功能性基团。经酸解的CNC表面的功能基团主要取决于水解时所用的酸。硫酸法和磷酸法制备的CNC在反应过程中会在晶体表面引入磺酸酯基和磷酸盐基，导致颗粒带更多的负电荷，静电斥力的存在使得晶体粒子在分散介质中相互排斥而形成稳定的CNC分散液。而盐酸法制备的CNC基本不带电荷，在分散介质中晶体稳定性较差。可见，不同方法制得的纤维素纳米晶会使其表面的功能基团和静电斥力强度不同，进而将其添加到乳化沥青中会对制得的乳化沥青的性能产生不同影响。因此本申请中的纤维素纳米晶优选为采用硫酸法和磷酸法制得的纤维素纳米晶。

进一步地，本申请的发明人通过研究发现，其他尺寸的纳米纤维素，如“微纤化纤维素”(Microfibrillated Cellulose，MFC，MFC的长度为几十微米，直径为10～40nm)及纤维素纳米纤维(Cellulose nanofiber，CNF，CNF长度为几微米，直径为2～60nm)对沥青并没有乳化增强效果，只有添加上述特定尺寸的纤维素纳米晶才能对沥青实现乳化增强效果，进而使得制得的乳化沥青的性能较佳。例如当在沥青中添加具有上述尺寸的纤维素纳米晶NASD90时，制得的乳化沥青具有较好的稳定性。本申请中，所述纤维素纳米晶NASD90为加拿大CelluForce提供的名称为CelluForce

NAV100-NASD90，CAS#：9004-34-6，平均长度为122nm的纤维素纳米晶体。

本申请中，所述乳化沥青中乳化剂的含量为0.1～2wt％。本申请通过添加纤维素纳米晶，可以在不增加乳化剂用量的情况下，辅助乳化剂对及基质沥青、低标号沥青以及高聚物改性沥青进行乳化，获得储存稳定的乳化沥青。

在一些实施方式中，所述乳化剂选自阳离子乳化剂和阴离子乳化剂中的至少一种。

在一些具体实施方式中，所述阳离子乳化剂选自酰胺基多胺类、季胺盐类、木质胺类、烷基多胺类和咪唑啉类中的至少一种；所述阴离子乳化剂脂肪酸盐类、石油苯磺酸盐类及硫酸酯盐类中的至少一种。

值得注意的是，本申请仅仅列举了几种常用的阳离子乳化剂和阴离子乳化剂的类型，但本申请中可用的乳化剂的类型不限于此。也即，本申请中的可用的阳离子乳化剂包括但不限于酰胺基多胺类、季胺盐类、木质胺类、烷基多胺类以及咪唑啉类等，可用的阴离子乳化剂包括但不限于脂肪酸盐类、石油苯磺酸盐类及硫酸酯盐类等。

本申请中，纤维素纳米晶在强酸、强碱环境中均可以保持极佳的稳定性能，因此可以应用于阴离子与阳离子乳化体系当中，拓展了乳化沥青的用途和功能。

在一些实施方式中，所述沥青选自基质沥青、低标号沥青和高聚物改性沥青中的至少一种。

本申请中，所述基质沥青的针入度一般大于50dmm，如70#沥青和90#沥青等；所述低标号沥青针入度一般小于50dmm，其来源包括但不限于直馏沥青(硬质沥青)、抗车辙母粒改性沥青(硬质调制沥青)等；所述高聚物改性沥青中的高聚物改性剂包括但不限于SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物)、SBR(丁苯橡胶)及EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)等。

本申请通过添加纤维素纳米晶，使得基质沥青、低标号沥青和高聚物改性沥青的乳化性能得到大幅提高，拓宽了基质沥青、低标号沥青和高聚物改性沥青的应用。

在一些实施方式中，所述乳化沥青的制备原料中还包括pH调节剂；所述pH调节剂包括质子酸和质子碱。

本申请中，所述pH调节剂用于调节所述乳化沥青的pH值。在一些具体实施方式中，所述质子酸例如可以为HCl、H₂SO₄或CH₃COOH等；所述质子碱例如可以为NaOH、KOH或NH₃等。本申请对pH调节剂的重量份数没有具体限定，其用量只需将所述乳化沥青调节至所需的pH值即可。

在一些实施方式中，所述乳化沥青的制备原料中不包括稳定剂。

本申请所述乳化沥青中不需要添加任何稳定剂等添加剂即可得到稳定的乳化沥青体系，乳化沥青粘度无大幅增加，乳化性能得到明显改善，且不影响其破乳性能。

本申请对制备原料中的水的类型没有明确限定。在一些具体实施方式中，所述水例如可以为去离子水。

本申请第二方面提供了一种制备如本申请第一方面所述的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青的方法，所述方法包括如下步骤：

S1，将所述纤维素纳米晶、乳化剂和水混合后，获得混合液；在所述混合液中添加pH调节剂进行pH调节后获得皂液；

S2，将所述皂液进行加热后注入到预热后的制备循环系统内；

S3，将所述沥青加热后注入到所述制备循环系统内与所述皂液进行混合，获得所述的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青。

本申请中，所述制备方法简单易行，通过简单的分散搅拌和乳化即可得到纤维素纳米晶分散均匀的乳化沥青，相比超声波处理和高速剪切搅拌处理，制备工艺简单高效。

在一些实施方式中，步骤S2中，加热后的所述皂液的温度为45～65℃；所述预热后的制备装置内温度为130～165℃。

本申请中，所述制备循环系统例如可以为胶体磨；

在一些实施方式中，步骤S3中，加热后的所述沥青的温度为130～165℃。

本申请中，可以根据沥青的软化点确定沥青的加热后的温度。

本申请第三方面提供了一种如本申请第一方面所述的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青或者第二方面所述方法制备的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青在道路施工中的应用。

本申请中所提供的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青应用广泛，性能优异。在道路施工中，适用于所有以乳化沥青为原材料的路用及其他场景，应用前景更广。

本申请的有益技术效果如下：

(1)纤维素纳米晶的含量占乳化沥青总量的最大百分比仅为0.15wt％，大幅减少添加量，有效降低生产成本。

(2)不添加任何稳定剂等添加剂即可得到稳定的乳化沥青体系。添加纤维素纳米晶提高乳化沥青的稳定性并非是单纯由于增稠引起的粘度增加，更重要的是由于添加的纤维素纳米晶可均匀吸附在沥青液滴表面，限制沥青液滴的运动，同时纤维素纳米晶颗粒之间存在较强的氢键和范德华力相互作用，因此纤维素纳米表面的静电斥力可以使沥青液滴在水中相互排斥，从而可以降低液滴碰撞和聚并的频率，有效地提高乳化沥青的稳定性。因此添加纤维素纳米晶后，乳化沥青粘度无大幅增加，乳化性能得到明显改善，且不影响其破乳，取得了较好的增强效果。

(3)通过简单的分散搅拌和乳化即可得到维素纳米晶分散均匀的乳化沥青，相比超声波处理和高速剪切搅拌处理，制备工艺简单高效。

(4)通过添加纤维素纳米晶，使得基质沥青、低标号沥青和高聚物改性沥青的乳化性能得到大幅提高，拓宽了基质沥青、低标号沥青和高聚物改性沥青的应用。

(5)纤维素纳米晶在强酸、强碱环境中均可以保持极佳的稳定性能，可以应用于阴离子与阳离子乳化体系当中，拓展了乳化沥青的用途和功能。

(6)本申请提供的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青应用广泛，性能优异。在道路施工中，适用用于所有以乳化沥青为原材料的路用及其他场景，应用前景更广。

具体实施方式

为使本申请更加容易理解，下面将结合实施例来进一步详细说明本申请，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本申请的应用范围。本申请中所使用的原料或组分若无特殊说明均可以通过商业途径或常规方法制得。

对比例1：微表处用乳化沥青(基质石油沥青)的制备

1)将16.00份1M乳化剂(美国MeadWestvaco微表处慢裂快凝型阳离子乳化剂

MQK-1M，酰胺基多胺类)和371.00份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加13.00份盐酸(浓度约36.5wt％，下同)，制备得到pH值为2.4的皂液；

2)将胶体磨预热至135℃；

3)将皂液加热至60℃，注入胶体磨；

4)将600.00份70#沥青(东海70号，基质沥青)加热至135℃，缓慢注入胶体磨与皂液混合后制备得到乳化沥青。

实施例1：微表处用采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青(基质石油沥青)的制备1)将0.17份纤维素纳米晶NASD90、16.00份1M乳化剂和370.83份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加13.00份盐酸，制备得到pH值为2.4的皂液；

其余步骤同对比例1。本实施例中乳化沥青中所述纤维素纳米晶的含量为沥青含量的0.028％。

对比对比例1和实施例1制备的乳化沥青性能，结果如表1所示。

表1：乳化沥青性能对比

由上表1可以看出，实施例1中制备得到的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青与对比例1制备的乳化沥青相比，标准粘度略微增大，平均粒径变小，5d稳定性提高，表明相较于对比例1制得的乳化沥青，实施例1制得的乳化的性能得到提升。

对比例2：不粘轮粘层用乳化沥青(硬质石油沥青)的制备

1)将1.00份RJ-05乳化剂(快裂型阳离子乳化剂，N-牛脂基-1,3-丙撑二胺，CAS#：61791-55-7，烷基多胺类)和445.50份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加3.50份盐酸，制备得到pH值为2.0的皂液；

2)将胶体磨预热至140℃；

3)将皂液加热至60℃，注入胶体磨；

4)将550.00份直馏20#沥青(河北金润石油，针入度为24.5dmm，软化点为54.5℃，低标号沥青)加热至140℃，缓慢注入胶体磨与皂液混合后制备得到乳化沥青。

实施例2：不粘轮粘层用采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青(硬质石油沥青)的制备1)将0.19份纤维素纳米晶NASD90、1.00份RJ-05乳化剂和445.50份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加3.50份盐酸，制备得到pH值为2.0的皂液。

其余步骤同对比例2。本实施例中乳化沥青中所述纤维素纳米晶的含量为沥青含量的0.035％。

对比对比例2和实施例2制备的乳化沥青性能，结果如表2所示。

表2：乳化沥青性能对比

由上表2可以看出，实施例2中制备得到的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青与对比例2制备的乳化沥青相比，标准粘度增大，平均粒径变小，5d稳定性显著提高，表明相较于对比例2制得的乳化沥青，实施例2制得的乳化的性能得到提升。

对比例3：不粘轮粘层用乳化沥青(硬质调制沥青)的制备

1)抗车辙母粒改性的低标号沥青制备：

a.配方原材料及质量比包括：69.8％基质沥青(90#沥青)、30％抗车辙母粒和0.2％QT-03(粘接增强剂：REDICOTE E-85，油酰胺丙基二甲胺，CAS#：109-28-4)；

b.制备步骤：(1)将沥青加热至155℃-160℃，搅拌10min；(2)按配方量缓慢添加抗车辙母粒，维持温度在150-155℃，搅拌1h；(3)按配方量添加QT-03，搅拌15min；

c.制备所得的抗车辙母粒改性的沥青(低标号沥青)的针入度为20dmm，软化点为60℃；

2)将2.16份RJ-05乳化剂和444.84份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加3.00份盐酸，制备得到pH值为2.0的皂液；

3)将胶体磨预热至140℃；

4)将皂液加热至60℃，注入胶体磨；

5)将550.00份抗车辙母粒改性的低标号沥青加热至140℃，缓慢注入胶体磨与皂液混合，制备得到乳化沥青。

实施例3：不粘轮粘层用采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青(硬质调制沥青)的制备1)抗车辙母粒改性的沥青(低标号沥青)制备：方法同对比例3的步骤1)；

2)将0.94份纤维素纳米晶NASD90、2.16份RJ-05乳化剂和443.90份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加3.00份盐酸，制备得到pH值为2.0的皂液；

其余步骤同对比例3。本实施例中乳化沥青中所述纤维素纳米晶的含量为沥青含量的0.17％。

实施例4：不粘轮粘层用采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青(硬质调制沥青)的制备1)抗车辙母粒改性的沥青(低标号沥青)制备：方法同对比例3的步骤1)；

2)将0.94份纤维素纳米晶NASD90、2.70份RJ-05乳化剂和443.36份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加3.00份盐酸，制备得到pH值为2.0的皂液；

其余步骤同对比例3。本实施例中乳化沥青中所述纤维素纳米晶的含量为沥青含量的0.17％。

对比对比例3和实施例3、4制备的乳化沥青性能，结果如表3所示。

表3：乳化沥青性能对比

由上表3可以看出，实施例3中制备得到的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青与对比例3制备的乳化沥青相比，标准粘度增大，平均粒径变小，5d稳定性显著提高；实施例4制备的纤维素纳米晶乳化沥青性能优于实施例3。

对比例4：快速破乳粘层用乳化沥青(基质沥青)的制备

1)将2.16份RJ-05乳化剂和444.84份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加3.00份盐酸，制备得到pH值为1.8的皂液；

2)将胶体磨预热至135℃；

3)将皂液加热至60℃，注入胶体磨；

4)将550.00份90#沥青(韩国sk90号，基质沥青)加热至135℃，缓慢注入胶体磨与皂液混合，制备得到乳化沥青。

实施例5：快速破乳粘层用采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青(基质沥青)的制备1)将0.94份纤维素纳米晶NASD90、2.16份RJ-05乳化剂和443.90份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加3.00份盐酸，制备得到pH值为1.8的皂液；

其余步骤同对比例4。本实施例中乳化沥青中所述纤维素纳米晶的含量为沥青含量的0.17％。

对比对比例4和实施例5制备的乳化沥青性能，结果如表4所示。

表4：乳化沥青性能对比

破乳指数为向100g乳化沥青中匀速(3g/s)添加洁净石英砂(40-80目)，匀速(60rpm)搅拌至破乳时石英砂的添加量。参考规范为欧盟规范NEN-EN 13075-1。由表4可以看出，实施例5中制备得到的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青与对比例4制备的乳化沥青相比，标准粘度小幅增加，平均粒径变小，破乳性能未受影响。表明本申请添加纤维素纳米晶后，制得的乳化沥青的粘度无大幅增加，乳化性能得到明显改善，且不影响其破乳性能。

对比例5：阴离子乳化沥青(基质沥青)的制备

1)将11.70份RJ-04乳化剂(阴离子乳化剂，脂肪酸盐类，CAS#：97862-59-4)和436.80份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加1.50份氢氧化钾，制备得到pH值为11.65的皂液；

2)将胶体磨预热至135℃；

3)将皂液加热至60℃，注入胶体磨；

4)将550.00份90#沥青(韩国sk90，基质沥青)加热至135℃，缓慢注入胶体磨与皂液混合，制备得到乳化沥青。

实施例6：阴离子纤维素纳米晶乳化沥青(基质沥青)配方

1)将0.94份纤维素纳米晶NASD90、11.70份RJ-04乳化剂和435.86份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加1.50份氢氧化钾，制备得到pH值为11.65的皂液；

其余步骤同对比例5。本实施例中乳化沥青中所述纤维素纳米晶的含量为沥青含量的0.17％。

对比对比例5和实施例6制备的乳化沥青性能，结果如表5所示。

表5：乳化沥青性能对比

由表5可以看出，实施例6中制备得到的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青与对比例5制备的乳化沥青相比，标准粘度增大，平均粒径变小，5d稳定性提高，表明乳化性能得到提升。

对比例6：高粘粘层用乳化沥青(SBS改性沥青)的制备

1)将3.30份RJ-05乳化剂和342.20份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加4.50份盐酸，制备得到pH值为1.85的皂液；

2)将胶体磨预热至150℃；

3)将皂液加热至60℃，注入胶体磨；

4)将650.00份SBS改性沥青(SBS含量为5％，针入度45dmm，软化点69℃)加热至150℃，缓慢注入胶体磨与皂液混合，制备得到乳化沥青。

实施例7：高粘粘层用采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青(SBS改性沥青)的制备1)将0.38份纤维素纳米晶NASD90、3.30份RJ-05乳化剂和341.82份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加4.50份盐酸，制备得到pH值为1.85的皂液；

其余步骤同对比例6。本实施例中乳化沥青中所述纤维素纳米晶的含量为沥青含量的0.058％。

对比对比例6和实施例7制备的乳化沥青性能，结果如表6所示。

表6：乳化沥青性能对比

对比例6乳化沥青在制备过程中，出现胶体磨堵塞现象，无法乳化。但实施例7由于添加了纤维素纳米晶NASD90，沥青得以乳化，且乳化沥青的稳定性较好。

对比例7：高粘粘层用乳化沥青(SBS改性沥青)的制备

1)将3.30份RJ-05乳化剂和392.20份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加4.50份盐酸，制备得到pH值为1.84的皂液。

2)将胶体磨预热至150℃。

3)将皂液加热至60℃，注入胶体磨。

4)将600.00份SBS改性沥青(SBS含量为3.5％，针入度87dmm，软化点68℃)加热至150℃，缓慢注入胶体磨，制备得到乳化沥青。

实施例8：高粘粘层用采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青(SBS改性沥青)的制备1)将0.19份纤维素纳米晶NASD90、3.30份RJ-05乳化剂和392.01份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加4.50份盐酸，制备得到pH值为1.84的皂液；

其余步骤同对比例7。本实施例中乳化沥青中所述纤维素纳米晶的含量为沥青含量的0.032％。

实施例9：高粘粘层用采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青(SBS改性沥青)的制备1)将0.38份纤维素纳米晶NASD90、3.30份RJ-05乳化剂和391.82份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加4.50份盐酸，制备得到pH值为1.84的皂液；

其余步骤同对比例7。本实施例中乳化沥青中所述纤维素纳米晶的含量为沥青含量的0.064％。

实施例10：高粘粘层用采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青(SBS改性沥青)的制备1)将0.38份纤维素纳米晶NASD90、2.20份RJ-05乳化剂和392.92份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加4.50份盐酸，制备得到pH值为1.84的皂液；

其余步骤同对比例7。本实施例中乳化沥青中所述纤维素纳米晶的含量为沥青含量的0.064％。

实施例11：高粘粘层用采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青(SBS改性沥青)的制备1)将0.94份纤维素纳米晶NASD90、3.30份RJ-05乳化剂和391.26份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加4.50份盐酸，制备得到pH值为1.84的皂液；

其余步骤同对比例7。本实施例中乳化沥青中所述纤维素纳米晶的含量为沥青含量的0.16％。

实施例12：高粘粘层用采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青(SBS改性沥青)的制备1)将1.20份纤维素纳米晶NASD90、3.30份RJ-05乳化剂和391.00份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加4.50份盐酸，制备得到pH值为1.84的皂液；

其余步骤同对比例7。本实施例中乳化沥青中所述纤维素纳米晶的含量为沥青含量的0.20％。

对比例8：高粘粘层用采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青(SBS改性沥青)的制备1)将0.38份微纤化纤维素(挪威Exilva F 01-V)、3.30份RJ-05乳化剂和391.82份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加4.50份盐酸，制备得到pH值为1.84的皂液；

其余步骤同对比例7。本实施例中乳化沥青中所述纤维素纳米晶的含量为沥青含量的0.064％。

对比例9：高粘粘层用纳米纤维素改性的乳化沥青(SBS改性沥青)的制备1)将0.38份纤维素纳米纤维(北方世纪(江苏)纤维素材料有限公司)、3.30份RJ-05乳化剂和391.82份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加4.50份盐酸，制备得到pH值为1.84的皂液；

其余步骤同对比例7。本对比例中乳化沥青中所述纤维素纳米晶的含量为沥青含量的0.064％。

对比例10：高粘粘层用采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青(SBS改性沥青)的制备1)将0.01份纤维素纳米晶NASD90、3.30份RJ-05乳化剂和392.19份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加4.50份盐酸，制备得到pH值为1.84的皂液；

其余步骤同对比例7。本对比例中乳化沥青中所述纤维素纳米晶的含量为沥青含量的0.0017％。

对比例11：高粘粘层用采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青(SBS改性沥青)的制备1)将3.60份纤维素纳米晶NASD90、3.30份RJ-05乳化剂和388.50份去离子水混合并搅拌均匀，搅拌过程中添加4.50份盐酸，制备得到pH值为1.84的皂液；

其余步骤同对比例7。本对比例中乳化沥青中所述纤维素纳米晶的含量为沥青含量的0.60％。

对比对比例7-10和实施例8-13制备的乳化沥青性能，结果如表7所示。

表7：乳化沥青性能对比

由上表可以看出，对比例7-10制备的乳化沥青性能较差，粒径偏大，稳定性较差。添加适当含量纤维素纳米晶的实施例8-12制备得到的乳化沥青粒径明显变小。通过实施例8和9的对比可知，增加纤维素纳米晶NASD90添加量对乳化沥青粒径无明显影响，但稳定性相对提高。通过实施例9和对比例8、对比例9的对比可知，当添加的纤维素为纤维素纳米晶时，能够使获得的乳化沥青的稳定性较佳。通过对比例10和11可知，若添加的纤维素纳米晶的量过少，对沥青的乳化增强没有帮助；若添加的纤维素纳米晶的量过多，获得的乳化沥青的粘度提升更明显，且乳化增强作用没有明显区别。依据浙江省地方标准DB33/T 2113-2018公路沥青路面超薄磨耗层施工技术规范，PCR快裂型改性乳化沥青标准粘度C25.3的技术要求为10～60s，实施例8-12制备的乳化沥青(乳化沥青中纳米纤维素晶含量为沥青含量的0.032％～0.20％)均符合规范要求。实施例10比实施例9乳化剂含量少，但乳化沥青粒径及储存稳定性均无明显差异，说明纤维素纳米晶NASD90可以替代部分乳化剂，并且不影响乳化性能。对实施例9所制乳化沥青蒸发残留物指标进行检测，结果为：针入度83dmm，软化点71℃，证明添加纤维素纳米晶NASD90对沥青指标无明显影响。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本申请，并不构成对本申请的任何限制。通过参照典型实施例对本申请进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本申请权利要求的范围内对本申请作出修改，以及在不背离本申请的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本申请涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本申请限于其中公开的特定例，相反，本申请可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青，其特征在于，以重量份数计，所述乳化沥青的制备原料包括如下组分：0.015~1.5份的纤维素纳米晶，1~20份的乳化剂，300~700份的沥青和300~700份的水。

2.根据权利要求1所述的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青，其特征在于，所述乳化沥青中所述纤维素纳米晶的含量为沥青含量的0.02~0.35%，优选为0.02~0.2%；和/或

所述乳化沥青中纤维素纳米晶的含量为0.0015~0.15wt%，优选为0.03~0.12wt%。

3.根据权利要求1或2所述的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青，其特征在于，所述纤维素纳米晶的长度在500nm以下，直径为4~70nm。

4.根据权利要求1或2所述的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青，其特征在于，所述乳化剂选自阳离子乳化剂和阴离子乳化剂中的至少一种；优选地，所述阳离子乳化剂选自酰胺基多胺类、季胺盐类、木质胺类、烷基多胺类和咪唑啉类中的至少一种；所述阴离子乳化剂脂肪酸盐类、石油苯磺酸盐类及硫酸酯盐类中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青，其特征在于，所述沥青选自基质沥青、低标号沥青和高聚物改性沥青中的至少一种。

6.根据权利要求1或2所述的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青，其特征在于，所述乳化沥青的制备原料中还包括pH调节剂；所述pH调节剂包括质子酸和质子碱。

7.根据权利要求1或2所述的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青，其特征在于，所述乳化沥青的制备原料中不包括稳定剂。

8.一种制备如权利要求1-7中任意一项所述的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1，将所述纤维素纳米晶、乳化剂和水混合后，获得混合液；在所述混合液中添加pH调节剂进行pH调节后获得皂液；

S2，将所述皂液进行加热后注入到预热后的制备循环系统内；

S3，将所述沥青加热后注入到所述制备循环系统内与所述皂液进行混合，获得所述的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S2中，加热后的所述皂液的温度为45~65℃；所述预热后的制备装置内温度为130~165℃；和/或

步骤S3中，加热后的所述沥青的温度为130~165℃。

10.一种如权利要求1-7中任意一项所述的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青或者权利要求8-9中任意一项所述方法制备的采用纤维素纳米晶增强的乳化沥青在道路施工中的应用。