CN117136218A - 沥青乳液及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了沥青乳液和形成沥青乳液的方法。在一个示例中，沥青乳液包含以沥青乳液的约40重量％至约60重量％的量存在的基础沥青组分。水以沥青乳液的约40重量％至约60重量％的量存在。氧化高密度聚乙烯蜡以沥青乳液的约0.5重量％至约5.0重量％的量存在。慢凝阳离子乳化剂以沥青乳液的约1.0重量％至约2.0重量％的量存在。
Description
相关申请的交叉引用
本申请涉及并要求2021年4月16日提交的美国临时专利申请63/175,745的所有可获得的权益，其全部内容以引用方式并入本文。
技术领域
本技术领域一般涉及沥青乳液和形成沥青乳液的方法，更具体地涉及具有高渗透性的沥青乳液和形成此类沥青乳液的方法。
背景技术
沥青或柏油通常被收集或合成并精炼以用于诸如铺筑、盖顶、密封和防水应用的应用。常常将沥青(常常被称为“沥青粘结剂”或“沥青粘固剂”)与集料混合以形成用于沥青铺筑的材料。为了将沥青与集料材料有效地混合，常常以不含集料的沥青乳液提供沥青。沥青乳液也用于不涉及与集料混合的应用中，例如沥青乳液自身可用于最终应用，诸如形成复合铺筑结构中的底层涂料或其他不含集料的涂层和/或层，诸如雾封层、粘性涂料、封层涂料等。
特别地，复合铺筑结构通常包括覆盖有沥青铺面层/混凝土层的半刚性基础层。半刚性基础层和沥青铺面层通常是多孔的，每一层具有空隙空间。例如，当下雨时，水可渗透通过这些层并对它们和/或它们所建立的地基造成损坏。底层涂料通常例如喷涂施加在半刚性基础层的顶部上并渗透到半刚性基础层的空隙空间中。这促进了半刚性基础层和沥青铺面层之间的良好结合，并且进一步增强了半刚性基础层的防水性能，从而防止损坏。
不幸的是，目前的底层涂料利用将沥青溶解到溶剂诸如柴油或煤油中的液体沥青组合物。这些底层涂料既昂贵又对环境不健康。此外，目前的底层涂料仅向半刚性基础层中渗透2mm-3mm。例如，这些底层涂料可以容易地被自卸卡车破坏。一些尝试的解决方案包括增加水含量并由此减少固体含量以降低底层涂料的粘度并由此增加底层涂料向半刚性基础层中的渗透性。然而，这些稀释的底层涂料不能防止水分渗入半刚性基础层，因此不能保护基础层免受损坏。
因此，期望提供解决一个或多个前述问题的沥青乳液，以及形成此类沥青乳液的方法。另外，结合附图和前述背景技术，本文所述的各种实施方案的其他期望的特征和特性将根据后续具体实施方式和所附权利要求书变得显而易见。
发明内容
本文提供了沥青乳液和形成沥青乳液的方法。根据一个示例性实施方案，一种沥青乳液包含以沥青乳液的约40重量％至约60重量％的量存在的基础沥青组分。水以沥青乳液的约40重量％至约60重量％的量存在。氧化高密度聚乙烯蜡以沥青乳液的约0.5重量％至约5.0重量％的量存在。慢凝阳离子乳化剂以沥青乳液的约1.0重量％至约2.0重量％的量存在。
根据一个示例性实施方案，一种形成沥青乳液的方法包括形成包含基础沥青组分、慢凝阳离子乳化剂和水的基础沥青乳液。与基础沥青乳液分开形成氧化高密度聚乙烯蜡乳液。氧化高密度聚乙烯蜡乳液包含氧化高密度聚乙烯蜡和水。氧化高密度聚乙烯蜡具有约5mg KOH/g至约50mg KOH/g的酸值。将基础沥青乳液和氧化高密度聚乙烯蜡乳液合并以形成沥青乳液。基础沥青组分以沥青乳液的约40重量％至约60重量％的量存在于沥青乳液中。水以沥青乳液的约40重量％至约60重量％的量存在于沥青乳液中。氧化高密度聚乙烯蜡以沥青乳液的约0.5重量％至约5.0重量％的量存在于沥青乳液中。慢凝阳离子乳化剂以沥青乳液的约1.0重量％至约2.0重量％的量存在于沥青乳液中。
根据一个示例性实施方案，一种沥青乳液包含以沥青乳液的约40重量％至约60重量％的量存在的基础沥青组分。水以沥青乳液的约40重量％至约60重量％的量存在。氧化高密度聚乙烯蜡以沥青乳液的约0.5重量％至约5.0重量％的量存在。慢凝阳离子乳化剂以沥青乳液的约1.0重量％至约2.0重量％的量存在。冰醋酸以沥青乳液的约0.05重量％至约0.40重量％的量存在。稳定剂以沥青乳液的约0.01重量％至约0.05重量％的量存在。乳化剂以沥青乳液的约0.25重量％至约2.0重量％的量存在。
附图说明
下面将结合以下附图来描述各种实施方案，其中相似数字表示相似元件，并且其中：
图1示出了根据一个示例性实施方案的复合铺面结构的横截面侧视图。
具体实施方式
以下具体实施方式本质上仅是示例性的，并且不旨在限制各种实施方案或其应用和使用。另外，不意图受前述背景技术或以下详细描述中呈现的任何理论的束缚。
本文设想的各种实施方案涉及沥青乳液和形成沥青乳液的方法。本文教导的示例性实施方案提供了一种包含基础沥青组分的沥青乳液，基础沥青组分以沥青乳液的约40重量百分比至约50重量百分比(重量％)的量存在于沥青乳液中。水以沥青乳液的约40重量％至约60重量％的量存在于沥青乳液中。氧化高密度聚乙烯蜡(OxHDPE蜡)以沥青乳液的约0.5重量％至约5.0重量％的量存在于沥青乳液中。在一个示例性实施方案中，OxHDPE蜡为沥青乳液提供优异的物理特性，诸如无痕粘合性、拉伸粘合性和高软化点。这些物理特性改善了例如底层涂料的性能。慢凝阳离子乳化剂以沥青乳液的约1.0重量％至约2.0重量％的量存在于沥青乳液中。在一个示例性实施方案中，慢凝阳离子乳化剂防止水太快地从沥青乳液中蒸发出来。当将沥青乳液施加在含有集料的层的顶部上时，这提供了沥青乳液足够的时间进一步渗透到含有集料的层中，而不是停留在顶部上并凝固以形成几乎没有渗透的覆盖层。
在一个示例性实施方案中，有利地，通过在沥青乳液中包含上述量的OxHDPE蜡和慢凝乳化剂，获得了具有强防水性能的高渗透性沥青乳液。此外，在一个示例性实施方案中，将沥青乳液用作半刚性基础层和沥青铺面层之间的底层涂料以有利地促进这些层之间的良好结合。
如上所述，沥青乳液包含基础沥青组分、水、OxHDPE蜡和慢凝阳离子乳化剂。在一个示例性实施方案中，沥青乳液不含集料和其他矿物材料。如本文所用，术语“集料”是矿物材料(诸如例如砂粒、砾石或碎石)的集合术语。此外，沥青乳液在约21℃的环境温度下为液体，即可流动的。如本文所用，术语“约”是指在可接受的制造精度公差内的量，例如+/-10％，如+/-5％。
如本文所用，基础沥青组分是不含聚合物的纯沥青。纯沥青常常为石油精炼或后精炼操作的副产物，并且包括加气沥青、掺合沥青、裂化或残余沥青、石油沥青、丙烷沥青、直馏沥青、热沥青等。在一个示例性实施方案中，基础沥青组分以基于沥青乳液的总重量计约40重量％至约60重量％，诸如约40重量％至约50重量％，例如约42.5重量％至约47.5重量％的量存在于沥青乳液中。
水以基于沥青乳液的总重量计约40重量％至约60重量％，诸如约45重量％至约55重量％，例如约49重量％至约51重量％的量存在于沥青乳液中。此类水量足够高以使得沥青乳液在约21℃的环境温度下为液体或可流动的，以提高其渗透性，并且足够低以保持沥青乳液中的高固体含量，以提高其防水性能。
在沥青乳液中所包含的OxHDPE蜡可以包括一种或多种不同类型的氧化高密度聚乙烯蜡。如本文所用，术语“高密度”包括密度超过0.95g/cm3，诸如密度为约0.97g/cm3至约1.01g/cm3，例如密度为约0.99g/cm3的氧化聚乙烯蜡。
如本文所设想的，OxHDPE蜡具有约5mg KOH/g至约50mg KOH/g，诸如约20mg KOH/g至约30mg KOH/g，例如约25mg KOH/g的酸值。酸值指示OxHDPE蜡的氧化程度，例如羧基基团含量。酸值可根据常规技术，使用酚酞作为指示剂，通过用0.1N氢氧化钾(KOH)醇溶液将OxHDPE蜡溶液滴定至视觉“粉红色”端点来测定。
在一个示例性实施方案中，OxHDPE具有约1000道尔顿至约30,000道尔顿、诸如约1000道尔顿至约10,000道尔顿的数均分子量(Mn)。在一个示例性实施方案中，如根据ASTMD4402所测量，OxHDPE蜡在150℃下具有约100cP至约20000cP的粘度。合适的OxHDPE蜡的一个示例包括但不限于由总部设在新泽西州莫里斯敦(Morristown,N.J.)的霍尼韦尔国际公司(Honeywell International Inc.)制造的Honeywell7686氧化高密度聚乙烯均聚物。
在各实施方案中，OxHDPE蜡以基于沥青乳液的总重量计约0.5重量％至约5.0重量％，诸如约1.0重量％至约4.0重量％，例如约1.2重量％至约3.7重量％的量存在。
在一个示例性实施方案中，慢凝阳离子乳化剂以基于沥青乳液的总重量计约1.0重量％至约2.0重量％，诸如约1.0重量％至约1.5重量％，例如约1.2重量％至约1.5重量％的量存在于沥青乳液中。在一个示例性实施方案中，慢凝阳离子乳化剂是酸化的酰胺盐。例如，慢凝阳离子乳化剂选自酸化的伯酰胺盐和酸化的仲酰胺盐。这意味着酰胺官能团中的氮原子具有至少一个N-H键并且该氮原子是带正电荷的。此类量和类型的慢凝阳离子乳化剂通过例如延迟水从沥青乳液中蒸发而增强沥青乳液向空隙空间中的渗透性，由此提供沥青乳液在凝固之前渗透到空隙空间中的更多时间。另外，此类量和类型的慢凝阳离子乳化剂为具有较低水含量的沥青乳液提供高渗透性，因此增加沥青乳液的固体含量并相应地增强沥青乳液的防水性能。
如以下将进一步详细讨论的并且在一个示例性实施方案中，当被施加到下面的含有集料的沥青层时，该沥青乳液具有至少约4cm，诸如至少约4.5cm的平均渗透深度。下面的含有集料的沥青层为例如基础公路、半刚性基础层等。
沥青乳液的剩余部分可以包括一种或多种附加组分，该一种或多种附加组分被包含以增强沥青乳液的物理特性。例如，在一个示例性实施方案中，沥青乳液还包含一种或多种附加组分，该一种或多种附加组分选自冰醋酸、乳化剂、稳定剂和pH调节剂。
在一个示例性实施方案中，冰醋酸以基于沥青乳液的总重量计约0.05重量％至约0.40重量％，诸如约0.10重量％至约0.40重量％的量存在于沥青乳液中。
在一个示例性实施方案中，乳化剂是被两个乙烯氧基基团取代的牛脂胺并且以基于沥青乳液的总重量计约0.25重量％至约2.0重量％，诸如约0.40重量％至约1.50重量％的量存在于沥青乳液中。
在一个示例性实施方案中，稳定剂是偏亚硫酸氢钠并且以基于沥青乳液的总重量计约0.01重量％至约0.05重量％的量存在于沥青乳液中。
在一个示例性实施方案中，pH调节剂是盐酸并且以基于沥青乳液的总重量计约0.01重量％至约0.15重量％的量存在于沥青乳液中。
现在将描述如本文所设想的形成沥青乳液的示例性方法。根据一个示例性实施方案，在将相应乳液合并以形成沥青乳液之前单独制备基础沥青乳液和OxHDPE蜡乳液。具体地，形成包含基础沥青组分、慢凝阳离子乳化剂和水的基础沥青乳液。在一个示例性实施方案中，基础沥青乳液包含基于基础沥青乳液的总重量计约45重量％至约55重量％的量的基础沥青组分，基于基础沥青乳液的总重量计约1.0重量％至约2.0重量％的量的慢凝阳离子乳化剂，以及基于基础沥青乳液的总重量计约45重量％至约50重量％的量的水。在一个示例性实施方案中，基础沥青乳液还包含基于基础沥青乳液的总重量计约0.5重量％至约1.5重量％的量的pH调节剂诸如盐酸。为清楚起见，基础沥青乳液不含OxHDPE蜡。在一个示例性实施方案中，基础沥青乳液如下形成：将水、盐酸和慢凝阳离子乳化剂混合以形成皂，随后使皂和基础沥青组分通过胶体研磨机以形成基础沥青乳液。
与基础沥青乳液分开形成OxHDPE蜡乳液。OxHPDE蜡乳液包含OxHDPE蜡和水，其中OxHDPE蜡以基于OxHDPE蜡乳液的总重量计约20重量％至约30重量％的量存在，并且水以基于OxHDPE蜡乳液的总重量计约60重量％至约65重量％的量存在。为清楚起见，OxHDPE蜡乳液乳液不含基础沥青组分。在一个示例性实施方案中，OxHDPE蜡乳液包含一种或多种附加组分，该一种或多种附加组分选自冰醋酸、偏亚硫酸氢钠和被两个乙烯氧基基团取代的牛脂胺。OxHDPE蜡乳液可以在升高的温度下形成，例如，通过将前述组分合并在压力容器中，将压力容器密封，以及将混合物加热到至少约130℃，诸如约145℃的温度，并将该温度保持在该范围持续内约20分钟的一段时间同时连续混合。在形成OxHDPE蜡乳液之后，在将基础沥青乳液和OxHDPE蜡乳液合并之前，使OxHDPE蜡乳液冷却到小于或等于约30℃、诸如小于或等于约25℃的温度。
在冷却OxHDPE蜡乳液之后，通过例如共混将基础沥青乳液和OxHDPE蜡乳液合并以形成沥青乳液。在一个示例性实施方案中，沥青乳液包含基于沥青乳液的总重量计约85重量％至约95重量％的量的基础沥青乳液和基于沥青乳液的总重量计约5重量％至约15重量％的量的OxHDPE蜡乳液。在相对较低的温度下，例如在约15℃至约30℃的组合物温度下将基础沥青乳液和OxHDPE蜡乳液合并。如本文所用，短语“组合物温度”独立地指基础沥青乳液和OxHDPE蜡乳液的平均温度。例如，“约15℃至约30℃的组合物温度”是指基础沥青乳液的平均温度为约15℃至约30℃并且OxHDPE蜡乳液的平均温度为约15℃至约30℃。沥青乳液不含集料和其他矿物材料，并且沥青乳液可贮存或即刻用于形成复合铺面结构中的适当层。
现在参考图1，示出了示例性复合铺面结构10。复合铺面结构10包含半刚性基础层14、沥青铺面层16和任选地粘性涂料层12。半刚性基础层14和沥青铺面层各自分别包含空隙空间18和20。半刚性基础层14是下面的含有集料的沥青层，例如包含集料和沥青的常规基层。在放置半刚性基础层14之后，例如通过将沥青乳液喷涂在半刚性基础层14的顶部上来施加沥青乳液。沥青乳液渗透到半刚性基础层14的空隙空间18中以限定平均渗透深度22。在一个示例性实施方案中，平均渗透深度为至少约4.0cm，诸如至少约4.5cm。在一个示例性实施方案中，沥青乳液凝固以形成一个底层涂料24。在底层涂料24已经凝固之后，可以施加另外的层诸如粘性涂料层12。然后，覆盖沥青铺面层16。如图所示，沥青铺面层16为含有集料的沥青层，并且设置在粘性涂料层12的相反侧。然而，应当理解，沥青铺面层16可以不含集料，或者可以为根据常规复合铺面结构的超薄道路。此外，尽管复合铺面结构10被示为具有三层，但是各种替代实施方案包括具有少于三层但至少半刚性基础层14(包括底层涂料24和沥青铺面层16)或者具有多于三层的复合铺面结构。
实施例
提供以下实施例仅为了例示性目的，并且不旨在以任何方式限制本公开的各种实施方案。
基础沥青乳液的制备
制备基础沥青乳液，其包含基础沥青组分、水、盐酸和慢凝阳离子乳化剂，如下表I所示，其中所有量均以基于基础沥青乳液的总重量计的重量％示出。通过以下步骤来制备基础沥青乳液：首先将水、盐酸和慢凝阳离子乳化剂混合制备皂，然后使皂和基础沥青组分通过胶体研磨机。
表I
| 基础沥青乳液 | |
| 基础沥青组分 | 50.0 |
| 乳化剂1 | 1.5 |
| 盐酸 | 0.8 |
| 水 | 47.7 |
1乳化剂为如上所述的慢凝阳离子乳化剂。
氧化高密度聚乙烯蜡乳液的制备
单独制备OxHDPE蜡乳液，其包含OxHDPE蜡和其他组分，如下表II所示，其中所有量均以基于OxHDPE蜡乳液的总重量计的重量％示出。通过以下步骤来制备OxHDPE蜡乳液：将所有成分按顺序合并在压力容器中，然后将压力容器密封并加热到145℃的温度持续20分钟的一段时间同时混合。然后在连续搅拌下使OxHDPE蜡乳液冷却到约25℃的室温。
表II
| OxHDPE蜡乳液 | |
| OxHDPE蜡2 | 24.4 |
| 乳化剂3 | 9.8 |
| 酸4 | 2.4 |
| 稳定剂5 | 0.3 |
| 水 | 63.1 |
2OxHDPE蜡为Honeywell7686，其具有0.99g/cm3的密度以及25mgKOH/g的酸值。
3乳化剂为被两个乙烯氧基基团取代的牛脂胺。
4酸为冰醋酸。
5稳定剂为偏亚硫酸氢钠。
沥青乳液的制备
使用所制备的基础沥青乳液和OxHDPE蜡乳液来制备沥青乳液的各种实施例和对比实施例。通过将基础沥青乳液和OxHDPE蜡乳液共混直至均匀来制备沥青乳液。表III提供了沥青乳液中所包含的各组分的列表，其中所有量均以基于相应沥青乳液的总重量计的重量％计。表III还提供了沥青乳液的平均渗透深度数据。
表III
如下测量平均渗透深度：首先称量200g平均粒径为0.3mm–0.6mm的干燥且清洁标准砂，将其置于内径为60mm的开口塑料瓶中，并将标准砂在开口塑料瓶中找平。然后，用玻璃漏斗将5g沥青乳液喷涂到开口塑料瓶中。在约24小时后，通过将直尺保持在塑料瓶上并测量沥青乳液在四个不同位置渗透标准砂的深度以产生四个数据点来测量渗透深度。然后测量这四个数据点并取平均值以提供平均渗透深度。
如表III实施例所示，实施例1-3各自表现出至少4.5cm的期望平均渗透深度，而对比实施例1-3没有达到此类平均渗透深度。因此，与使用石蜡乳液、均聚乙烯蜡乳液等的沥青乳液相比，如本文所述的OxHDPE蜡乳液的使用增强了沥青乳液的渗透性。
虽然在本公开的前述具体实施方式中已呈现了至少一个示例性实施方案，但是应当理解存在大量的变型形式。还应当理解，一个示例性实施方案或多个示例性实施方案仅是示例，并且不旨在以任何方式限定本公开的范围、适用性或配置。相反，前述具体实施方式将为本领域的技术人员提供一种用于实现本公开的示例性实施方案的便利路线图。应当理解，在不脱离如所附权利要求书中阐述的本公开的范围的情况下，可以对示例性实施方案中描述的元件的功能和布置进行各种改变。
Claims (10)
1.一种沥青乳液，包含：
以所述沥青乳液的约40重量％至约60重量％的量存在的基础沥青组分；
以所述沥青乳液的约40重量％至约60重量％的量存在的水；
以所述沥青乳液的约0.5重量％至约5.0重量％的量存在的氧化高密度聚乙烯蜡；以及
以所述沥青乳液的约1.0重量％至约2.0重量％的量存在的慢凝阳离子乳化剂。
2.根据权利要求1所述的沥青乳液，其中所述氧化高密度聚乙烯蜡具有约5mg KOH/g至约50mg KOH/g的酸值。
3.根据权利要求1所述的沥青乳液，其中所述慢凝阳离子乳化剂选自酸化的伯酰胺盐和酸化的仲酰胺盐。
4.根据权利要求1所述的沥青乳液，其中所述氧化高密度聚乙烯蜡以约1.0重量％至约4.0重量％的量存在。
5.根据权利要求1所述的沥青乳液，其中所述氧化高密度聚乙烯蜡具有约0.97g/cm3至约1.01g/cm3的密度。
6.根据权利要求1所述的沥青乳液，其中所述水以约45重量％至约55重量％的量存在。
7.根据权利要求1所述的沥青乳液，其中当被施加到下面的含有集料的沥青层时，所述沥青乳液具有至少约4cm的平均渗透深度。
8.根据权利要求1所述的沥青乳液，其中所述氧化高密度聚乙烯蜡具有约20mg KOH/g至约30mg KOH/g的酸值。
9.根据权利要求1所述的沥青乳液，其中所述沥青乳液还包含一种或多种附加组分，所述一种或多种附加组分选自冰醋酸、被两个乙烯氧基基团取代的牛脂胺、偏亚硫酸氢钠和盐酸。
10.一种形成沥青乳液的方法，其中所述方法包括以下步骤：
形成包含基础沥青组分、慢凝阳离子乳化剂和水的基础沥青乳液；
与所述基础沥青乳液分开形成氧化高密度聚乙烯蜡乳液，其中所述氧化高密度聚乙烯蜡乳液包含氧化高密度聚乙烯蜡和水；以及
将所述基础沥青乳液和所述氧化高密度聚乙烯蜡乳液合并以形成所述沥青乳液，其中所述基础沥青组分以所述沥青乳液的约40重量％至约60重量％的量存在于所述沥青乳液中，其中所述水以所述沥青乳液的约40重量％至约60重量％的量存在于所述沥青乳液中，其中所述氧化高密度聚乙烯蜡以所述沥青乳液的约0.5重量％至约5.0重量％的量存在于所述沥青乳液中，并且其中所述慢凝阳离子乳化剂以所述沥青乳液的约1.0重量％至约2.0重量％的量存在于所述沥青乳液中。
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