CN1693373A - 一种高性能的复合乳化改性沥青材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高性能的复合乳化改性沥青材料，其组成：沥青原料25～75重量份。聚合物为SBR胶乳、SBS胶乳、SIS胶乳，含量为1～45重量份。表面活性剂：造纸废液为1～15重量份；交联剂：2－丙烯酰胺－2，2－二甲基乙磺酸钠或对苯乙稀磺酸钠或碳酸钠为0.5－8重量份；其制备方法：将上述沥青原料投入带高速搅拌器的反应釜中升温到130℃－150℃；然后按：沥青原料25～75重量份为基础；添加聚合物SBR胶乳和/或SBS和/或SIS胶乳1～45重量份，进行高速搅拌15－35分钟，然后将30～60重量份的水升温度到70℃～100℃添加到以上混合溶液中，继续搅拌10－30分钟；然后投入造纸废液含量为1～15重量份，再搅拌10－20分钟；然后投入交联反应剂：2－丙烯酰胺－2，2－二甲基乙磺酸钠或对苯乙烯磺酸钠或碳酸钠含量为0.5－8重量份，再搅拌5－15分钟；制得一种高性能的复合乳化改性沥青材料。

Description

一种高性能的复合乳化改性沥青材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高性能的复合乳化改性沥青材料及其制备方法，属于乳化改性沥青技术领域。

背景技术

为了提高道路沥青的质量，延长路面的使用寿命，目前，用聚合物对沥青进行改性，已成为一种行之有效的方法。由于高分子聚合物与沥青相比分子量较大，密度较小，再加上其它性质方面的差别，二者很难互溶，即使采用特殊的设备将聚合物研磨或粉碎，一般性况下也难以与沥青形成稳定体系，一旦静止，大部分聚合物会上浮而形成富含聚合物的聚合物相，下部则为以沥青为主的沥青相。为了避免分层现象的发生，目前，主要采用两种方法。一是在施工现场加工改性沥青，生产出的改性沥青立即与骨料拌和、铺路。这种方法对生产设备和生产用动力要求较高，而且生产成本较高，此外改性沥青的性能不稳定，是一种不得已而为之的办法。另一种方法是通过加入相溶剂、稳定剂或交联剂等附加成分，使聚合物与沥青达到相容而不分层的目的，改性沥青可进行热储存，适合于工厂化生产。

修筑沥青路面高速公路需要封层油与黏结层油，目前国际、国内都采用乳化沥青来做封层油与黏结层油，尤其在改性稀浆封层施工中，改性乳化沥青的质量与性能对于封层与粘层质量有着重要影响，而影响改性乳化沥青性能的因素主要是，适合的乳化剂与外加剂，外加剂有SBS、SBR、SIS胶乳，同时必须有适宜品种的乳化剂才能乳化，如果选择不当，就会出现胶乳离析现象，甚至出现橡胶团聚现象。就不能生产出合格的改性乳化沥青。

在我国高速公路大规模建设的需求下，乳化沥青需求量非常大，而现有技术大都采用单一的阳离子乳化沥青或阴离子乳化沥青，阳离子乳化沥青或阴离子乳化沥青的区别主要是，使用了阳离子乳化剂或阴离子乳化剂对沥青乳化。由于化工技术的复杂性，这些乳化剂的品种也不多。

沥青用于路面铺盖是人所共知的，但普通沥青一方面由于软化点低，在夏天高温下易流淌，致使路面发生辙印、挤包、发泡等缺陷。另一方面脆点高、导致冬天路面易开裂，水进入路面底层，导致底层路面腐化，大大降低了路面的使用寿命。随着交通负荷的不断增加，普通路面的维修周期使用寿命也不断缩短，维修费用迅速增加。同时，维修时间的增多也严重影响了交通状况。高性能改性沥青的研究与应用已成为当前路面建设的迫切要求。

发明内容

本发明是用造纸废液作为复合乳化剂对沥青进行处理，用含有的阳离子乳化剂、阴离子乳化剂、非离子乳化剂的造纸废液生产即具有阳离子乳化沥青、又具有阴离子乳化沥青特点的一种高性能的复合乳化改性沥青材料。

造纸废液产生的复合乳化剂的作用是能降低沥青与水相之间的界面张力，使油水两者之间在较大的面积上接触，尽可能生成微小的颗粒，使沥青微粒均匀分布于水溶液之中；能够缩小油水两者之间的相对密度差值及粘度的差值；在两相之间乳化剂定向排列时，增强了沥青微粒的电势，形成双电层，同时增加了微粒之间的排斥力，阻碍沥青微粒的聚合。若用传统的单一种乳化剂生产的乳化沥青是无法达到的。本发明所述的“造纸废液”没有特别限定，任何现有造纸厂排放的含有阴、阳、非离子表面活性剂的造纸废液都可使用。

造纸废液中阳离子乳化剂与阴离子乳化剂复合使用，在单用阳离子乳化剂或阴离子乳化剂时，用量要大于0.5％，而与两种以上乳化剂复合使用时，用量只为0.35％，乳化剂用量节省30％。

经过沥青大量的工程乳化应用，得出如下结论：

1.阳离子与阴离子乳化剂选择适宜的复合协同作用，不是算数的加法，不是简单的互补，而是级数效应，是质的飞跃。因造纸废液含有木质胺类、聚氧化乙烯多元醇羧基酸酯类、聚氧化乙烯壬酚醚丙烯酸酯类、二乙二醇脂肪酸酯乳化剂，所以造纸废液不仅价廉，而且电荷强度较高。

2.由于造纸废液中还含有非离子乳化剂羧酸酯类、二乙二醇脂肪酸酯，乳化与分散能力强，稳定性差，与其内含的阳离子乳化剂复配后，阳离子与非离子乳化剂的复合协同，可以弥补其不足，调整破乳时间，乳化剂总用量由5％降到4‰，减少20％。

3.阳离子与阴离子乳化剂的复合协同，不仅不会降低离子电荷强度，而且可以增加一倍离子电荷强度，乳化剂的用量(总量)由季铵盐的4‰降为2.5‰。(季铵盐2‰，阴离子0.5‰)。这种奇妙的效益，在理论上无法解释，这是造纸废液作为复合乳化剂的特异功能。

4.造纸废液复合离子型乳化剂再与交联反应剂的化合反应，既可生产出稳定的不离析的完全合格乳化沥青，它不仅减少了乳化剂的用量，提高乳化能力，还可以提高贮存稳定性，可调整破乳速度，降低乳化成本。

实施本发明的原料组成配比如下：

(1)90号、100号、110号沥青

(2)SBR(丁苯橡胶)、SBS(苯乙烯和丁二烯嵌段共聚物)、SIS(苯乙烯-异戊二烯嵌段聚合物)

(3)水

(4)造纸废液(以下简称ZF液)；

(5)交联反应剂：2-丙烯酰胺-2，2-二甲基乙磺酸钠、对苯乙烯磺酸钠或碳酸钠的结晶体、活性体、给予体中的一种或一种以上的混合物。

在混合高速搅拌的条件下生产出一种高性能的复合乳化改性沥青材料。

本发明提供的制备方法包括下列步骤：

1、将沥青原料投入带高速搅拌的反应釜中升温到130℃-150℃；

2、按：沥青原料25～75重量份为基础；添加聚合物SBR胶乳和/或SBS和/或SIS胶乳含量为1～45重量份，进行高速搅拌15-35分钟，搅拌转速100-3000转/分，这时不再升温；

3、将30～60重量份的水升温度到70℃～100℃添加到以上混合溶液中，继续搅拌10-30分钟；

4、步骤4投入ZF液1-15重量份；

5、步骤5投入交联反应剂：2-丙烯酰胺-2，2-二甲基乙磺酸钠或对苯乙烯磺酸钠或碳酸钠的结晶体、活性体、给予体中的一种或一种以上的混合物。含量为0.5～8重量份，再搅拌5-5分钟；即生产出合格的一种高性能的复合乳化改性沥青材料。

本发明的机理：

本发明在将含有阳离子型和/或阴离子型和/或非离子型表面活性剂造纸废液作为乳化剂使用时，其中二者和/或两者以上其性能互补，与单纯采用阳离子型或阴离子型乳化剂时，由于在被乳化物粒表面上带上一层同性电荷，乳化物粒表面活性剂离子之间会产生巨大电斥力，在乳化物粒表面上会产生巨大的静电张力，致使表面活性剂分子和乳化物粒间的结合牢度下降，这就极大的影响乳液的稳定性与功能性。当阳离子型表面活性剂和/或阴离子型和/或非离子型表面活性剂复合使用时，两类活性剂分子交替地吸附在乳化物粒表面上，这样一来，一方面由于拉大乳化物粒表面上表面活性剂离子之间的距离，另一方面由于复合离子型表面活性剂的静电屏蔽作用，这样就大大降低了乳化物粒表面上的静电张力，增大了表面活性剂在乳化物粒上的吸附牢固，两种或两种以上表面活性剂复合使用，其多重作用使乳液的稳定性大大提高，性能非常优越。

本发明的一种高性能乳化改性沥青是改性稀浆封层混合料主要原料，可使改性稀浆封层混合料具有较好的流动性、渗透性、粘附性；可很方便的填充和治愈路面裂缝；可对旧路面进行罩面维修恢复原有路面功能；适应大跨度气候的变化(低温不裂与高温不软)；能提高路面的密实性与防水性；对石料的选择性宽，易采用质坚耐磨骨料，以提高路面的防滑与耐磨。

本发明的高性能乳化改性沥青稀浆封层可广泛应用于城市道路和高速公路；可用于飞机场跑道、滑行道、停机坪、停车场等面层。它适用于预防性养护，防止路面长期使用老化剥落，提高路面的寿命与使用平整度，减少道路养护费用。

在桥面上采用本发明的高性能乳化改性沥青稀浆封层养护，由于封层的厚度薄，可以显著地减轻桥面自重，特别是对于严格限制桥身上部自重的，如吊桥、斜拉桥、悬索桥等，即可保证桥面的养护维修又可保证桥的使用安全。

具体实施方式

实施例1

原料配比组成：

SBS(燕山石化生产，牌号4303)3.7重量份、沥青(辽河炼油厂生产、盘锦90号)40重量份、水55重量份、ZF液(河北昌盛造纸厂收集)1.3重量份、交联反应剂：2-丙烯酰胺-2，2-二甲基乙磺酸钠0.5重量份。

制备方法：

(1)加工设备：高速搅拌机与反应釜

(2)制备过程

将沥青原料投入带高速搅拌的反应釜中升温到130℃-150℃；然后按：沥青原料40重量份为基础；添加聚合物SBS胶乳含量为3.7重量份，进行高速搅拌15-35分钟，搅拌转速100-3000转/分钟，这时不再升温；然后将55重量份的水升温70℃～100℃添加到以上混合溶液中，继续搅拌10-30分4钟；然后投入ZF造纸废液含量为1.3重量份，再搅拌10-20分钟；然后投入交联反应剂：2-丙烯酰胺-2，2-二甲基乙磺酸钠0.5重量份，再搅拌5-15分钟；即生产出合格的一种高性能的复合乳化改性沥青材料。

乳化沥青试验结果一

试验项目		试验结果	技术要求(喷洒型)(JTG F40-2004)	方法标准(JTJ052-2000)
					粒子电荷				T0653
筛上残留物(1.18ram)		0.0033	≤0.1	T0652
					道路标准粕度(25℃)(s)		14.1	8～20	T0621
蒸发残留物	残留物含量(％)	53.4	≥50	T0651
					溶解度(％)	98.08	≥97.5	T0607
	针入度(25℃)(0_1mm)	93	50～300	T0604
					延度(15℃)(cm)	＞150	≥40	T0605
	软化点(环球法)(-C)	54.3		T0606
					与粗集料粘附性(裹附面积)		＞2/3	≥2/3	T0654

实施例2

SIS(岳阳石化生产)3.7重量份，沥青(100号)42重量份，水48重量份，ZF液(河北广平造纸厂提供)1.3重量份，交联剂为对苯乙烯磺酸钠5重量份。

制备方法及所用设备同实施例1。

乳化沥青试验结果二

试验项目		试验结果	技术要求(喷洒型)(JTG F40-2004)	方法标准(JTJ052-2000)
					粒子电荷				T0653
筛上残留物(1.18ram)		0.0030	≤0.1	T0652
					道路标准粕度(25℃)(s)		14.7	8～20	T0621
蒸发残留物	残留物含量(％)	56.4	≥50	T0651
					溶解度(％)	98.00	≥97.5	T0607
	针入度(25℃)(0_1mm)	96	50～300	T0604
					延度(15℃)(cm)	＞150	≥40	T0605
	软化点(环球法)(-C)	53.1		T0606
					与粗集料粘附性(裹附面积)		＞2/3	≥2/3	T0654

实施例3

原料配比组成如下：

SBR(日本化工株事会社SBR1)3.7重量份，沥青(110号)45重量份，水42重量份，ZF液(河北邯郸造纸厂提供)1.3重量份，交联反应剂碳酸钠8重量份。

制备方法及所用设备同实施例1。

乳化沥青试验结果三

试验项目		试验结果	技术要求(喷洒型)(JTG F40-2004)	方法标准(JTJ052-2000)
					粒子电荷				T0653
筛上残留物(1.18ram)		0.0035	≤0.1	T0652
					道路标准粕度(25℃)(s)		15.0	8～20	T0621
蒸发残留物	残留物含量(％)	56.4	≥50	T0651
					溶解度(％)	98.03	≥97.5	T0607
	针入度(25℃)(0_1mm)	92	50～300	T0604
					延度(15℃)(cm)	＞150	≥40	T0605
	软化点(环球法)(-C)	54.1		T0606
					与粗集料粘附性(裹附面积)		＞2/3	≥2/3	T0654

从表1～3可以看出高性能乳化改性沥青15℃延度＞150，是国家规范的3倍多，软化点高达到50℃以上，由于沥青本身软化点最高47℃，乳化以后软化点基本检测不出来，所以国家标准目前无法确定，但在实际工程中是重要的技术指标，这对今后国家标准的确定提供了有效的参考。

Claims (4)

1.一种高性能的复合乳化改性沥青材料，其特征在于其组成与含量为：

沥青原料                 25～75重量份：

SBS、SBR、SIS            1～45重量份；

80～100℃水              30～60重量份；

复合表面活性剂           1～15重量份；

复合交联反应剂           0.5～8重量份。

2.按照权利要求1所述的一种高性能的复合乳化改性沥青材料，其特征在于所述的表面活性剂是造纸废液。

3.按照权利要求1所述的一种高性能的复合乳化改性沥青材料，其特征在于所述的复合交联反应剂是选自2-丙烯酰胺-2，2-二甲基乙磺酸钠或对苯乙烯磺酸钠或碳酸钠结晶体、活性体、给予体在复合交联反应中的一种或一种以上的混合物。

4.权利要求1所述的一种高性能的复合乳化改性沥青制备方法，其特征在于：将上述沥青原料投入带高速搅拌器的反应釜中升温到130℃-150℃；然后按：沥青原料25～75重量份为基础；添加聚合物SBR胶乳和/或SBS和/或SIS胶乳1～45重量份，进行高速搅拌15-35分钟，这时不再升温；然后将30～60重量份的水升温度到70℃～100℃添加到以上混合溶液中，继续搅拌10-30分钟；然后投入造纸废液，其中含有聚氧化乙稀多元醇羧基酸酯和/或木质素和/或聚氧化乙稀壬酚醚丙烯酸酯和/或二乙二醇脂肪酸酯和/或非离子型羧酸酯类，含量为1～15重量份，再搅拌10-20分钟；然后投入交联反应剂：2-丙烯酰胺-2，2-二甲基乙磺酸钠或对苯乙烯磺酸钠或碳酸钠，含量为0.5-8重量份，再搅拌5-15分钟；即生产出的一种高性能复合乳化改性沥青材料。