CN1793234A - 一种sbs改性乳化沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明SBS改性乳化沥青属于现代路面技术领域。本发明按重量百分比由以下组分组成：54～62％基质沥青；0.6～2.4％SBS改性剂；0.3～1.6％Sasobit；0.06～0.55％WD－3#稳定剂；1.2～1.8％沥青阳离子乳化剂；35～40％55～60℃热水；0.4％氯化钙；0.15％聚乙烯醇。本发明SBS改性乳化沥青由以下方法制备：首先把基质沥青加热到180℃～190℃，加入SBS改性剂，搅拌20min；然后加入Sasobit高速剪切1～2小时，最后加入稳定剂反应15min获得改性沥青；在55～60℃水中加入乳化剂、氯化钙和聚乙烯醇，调节pH为1.5～3.5获得皂液；然后将改性沥青在皂液中乳化分散，再经加压冷却得到。本发明SBS改性乳化沥青蒸发残留物的软化点高，用其生产的混合料抗永久变形性好，防止高温季节路面形成车辙，拥抱等病害，更适应炎热地区的路面建设及养护需要。本发明乳化温度低，使生产难度下降，减少乳化设备的损耗，提高乳液稳定性。

Description

一种SBS改性乳化沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于现代路面技术领域，特别涉及道路建设用改性沥青材料，具体涉及SBS改性乳化沥青。

背景技术

用聚合物苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(简称SBS)改善沥青性能得到的改性沥青，可使沥青的粘度增大，弹性增加，改善沥青的高温性能和低温性能。

把沥青加热，使其具有足够大的流动性和足够低的粘度，同时用乳化剂配制皂液，再通过乳化设备可将沥青乳化，形成稳定胶体，制备乳化沥青。但是普通乳化沥青以及SBR胶乳改性乳化沥青的蒸发残留物软化点较低，高温性能不甚理想。

SBS改性沥青具有很高的粘度，导致乳化沥青的生产变得相当困难，常常导致严重结皮，筛上剩余量严重超标，乳液稳定性差，因此，业内有乳化SBS改性沥青不可行的说法。

尽管提高SBS改性沥青温度可降低其粘度，但是过高的温度一方面将有可能导致SBS降解和沥青老化，另一方面使得乳化设备难以承受，具体表现在胶体磨内压过大，酸性腐蚀加重等等。无限制减少SBS用量也能降低沥青粘度，但是沥青性能得不到改善，起不到改性的效果。

降低沥青高温粘度(通常135℃以上)，国内也有研究，如《中外公路》2003年05期中的《掺加Sasobit改性沥青的试验及评价》一文中提到：掺加Sasobit的改性沥青的粘度在60℃时高于原样沥青，但到100℃后，改性沥青的粘度反而低于原样沥青，并且随着温度的升高，降低的幅度也增大，这表明此法可提高了沥青的高温性能(提高抗永久变形能力)，同时可改善沥青混合料施工性能(易于摊铺，压实)。大多数改性沥青其改性剂的掺量都要求在4％以上，甚至6％以上，才有可能大幅度提高沥青的软化点，而Sasobit掺量仅为3％就大幅度提高了沥青的软化点，但此法只停留在改性沥青应用阶段，没有应用于乳化改性沥青领域。

关于SBS改性乳化沥青研制，国内外有使用液体SBS的工艺。液体SBS都采用进口，市场少见，价格昂贵，故未得大量采用。国内的液体SBS也有研究，但是只用于生产SBS改性沥青，不能用于生产改性乳化沥青。如2005年5月25日公布的中国专利，液体沥青改性剂的制造方法(公开号为1618862)公开了一种液体SBS制做方法，将固体SBS溶于有机溶剂中，使固体SBS变成溶液状，再向该溶液状SBS中加入表面活性剂和水，通过乳化方法得到乳液状的液体SBS。但是这种制做液体SBS的方法较烦琐，且液体SBS含较多表面活性剂，如果用这种液体SBS生产乳化沥青，加入乳化剂这种表面活性剂后，则表面活性剂过多，可造成乳化沥青不合格，因此国内的这种液体SBS难以用于生产乳化改性沥青，且未见其在改性乳化沥青领域被进一步研究及应用。

针对当前技术背景，SBS改性乳化沥青生产领域面临两个技术难题：①如何在不影响沥青高温性能(如软化点)的前提下降低SBS改性沥青的高温(通常135℃以上)粘度，从而降低乳化温度？②如何降低成本(即加入少量SBS)，又能显著提高乳化沥青蒸发残留物的高温性能？

发明内容

本发明目的是提供一种SBS改性乳化沥青。

本发明另一目的是提供SBS改性乳化沥青制作方法。

本发明SBS改性乳化沥青，按重量百分比由以下组分组成：

基质沥青(未经改性的道路沥青)       54％-62％

SBS改性剂                          0.6％-2.4％

Sasobit(沙索必德)                  0.3％-1.6％

稳定剂WD-3#                        0.06％-0.55％

沥青阳离子乳化剂                   1.0％-3.5％

热水(40℃-75℃)                    35％-40％

氯化钙                             0.1-1％

聚乙烯醇                           0.1-1％。

本发明基质沥青优选重交沥青AH-90。基质沥青用量较好是55％～60％。

本发明所述的SBS改性剂可以是线型结构，其分子量为8～15万。本发明所述的SBS改性剂还可以是星型结构，其分子量是20～30万。SBS改性剂最好是线型结构，用量优选范围为1.6％～2.2％。线性结构SBS的分子量的较佳范围为10～12万。

本发明中的Sasobit(沙索必德)是SASOL WAX公司于1997年由德国研发部门开发的新型沥青改性剂，它是一种碳氢化合物——合成直链脂肪烃，主链为45-115个碳原子，分之量为1300左右，可起改性和减粘双重作用，显著提高沥青在80℃以下的粘度(从而提高沥青软化点)，同时降低其在135℃及135℃以上的粘度(使改性沥青易于乳化)。Sasobit(沙索必德)作用机理为：其滴熔点约为115℃，当沥青温度降低时，与部分被其吸附又溶解的饱和组分一起逐渐结晶析出，进而锁定了这些饱和的油类，蜡类组分，从而提高沥青的软化点和强度；当沥青温度超过Sasobit(沙索必德)的滴熔点后，Sasobit(沙索必德)是直链结构，高温粘度比沥青小，对沥青有“稀释”作用，因此降低沥青的高温粘度。Sasobit密度小，加入后使改性沥青颗粒的密度发生变化，使沥青颗粒的密度更加接近水的密度，提高胶体乳液的稳定性，(通常改性乳化沥青是“水包油”的胶体，沥青颗粒密度大于水的密度，容易使沥青颗粒在自重下发生凝聚，影响胶体稳定性)，根据胶体理论，当沥青颗粒接近水的密度，胶体稳定性变好。

所述的Sasobit(沙索必德)用量优选范围为0.8％～1.5％。

本发明中的稳定剂可提高改性沥青的稳定性，防止SBS改性剂离析。稳定剂优选广州路翔开发的WD-3#稳定剂。稳定剂用量最好是0.3％。

本发明中的沥青阳离子乳化剂是一种表面活性剂，可降低水的表面张力，降低两相界面自由能，从而分散沥青颗粒，形成水包油的乳液。本发明中的沥青阳离子乳化剂优选美国MeadWestvaco公司的MQK-1M及MQ3或荷兰Akzo-Nobel的Redicote^@-C-450，最好是MeadWestvaco公司的MQK-1M或MQK-MQ3。沥青阳离子乳化剂优选用量范围为1.2％～1.8％。

本发明中水的温度较佳范围最好是55℃-65℃。

本发明中加入盐酸调节PH值，使乳化剂有足够活性。pH值最好是1.5～3.5。

本发明所述的氯化钙用量最好是0.4％。

本发明所述的聚乙烯醇用量最好是0.15％。

本发明所述的SBS改性乳化沥青组成最好是：

基质沥青                           55～60％；

SBS改性剂                          0.6～2.4％；

Sasobit                            0.3～1.6％；

WD-3#稳定剂                        0.06～0.55％；

MQK-1M                             1.2～1.8％；

40～75℃热水                       35～40％；

氯化钙                             0.4％；

聚乙烯醇                           0.15％。

本发明SBS改性乳化沥青的制备方法采用常用的乳化沥青制备方法。具体制备工艺可以依据图1进行。

本发明SBS改性乳化沥青的制备方法是：首先将SBS改性剂、Sasobit(沙索必德)和稳定剂加入基质沥青中获得SBS改性沥青；在水中加入乳化剂、氯化钙和聚乙烯醇，调节pH为1.5～3.5，获得皂液；然后将SBS改性沥青在皂液中乳化分散形成乳液，再经加压冷却得到SBS改性乳化沥青。

本发明SBS改性乳化沥青的制备方法中，改性沥青制备具体步骤是：

首先把基质沥青加热到180℃～190℃，加入SBS改性剂，搅拌20min；然后加入Sasobit(沙索必德)，经高速剪切1-2小时，最后加入稳定剂发育15min。

本发明SBS改性乳化沥青的制备方法，其中加入Sasobit(沙索必德)高速剪切时间最好是1～1.5小时。本发明SBS改性乳化沥青的制备方法中，皂液制备具体步骤是：首先在热水中加入乳化剂，调节pH值到1.5～3.5；然后在上述溶液中加入氯化钙和聚乙烯醇，制得皂液。

本发明所述的乳化方法可以采用本领域常用的沥青乳化方法。例如将皂液和改性沥青分别装入乳化设备中的皂液罐和沥青罐，然后经胶体磨乳化，加压冷却得到SBS改性乳化沥青。

本发明SBS改性乳化沥青蒸发残留物的软化点高，在加入少量SBS的前提下，能显著提高乳化沥青蒸发残留物的高温性能(软化点可达65℃以上)。用其生产的混合料抗永久变形性好，防止高温季节路面形成车辙，拥抱等病害，更适应炎热地区的路面建设及养护需要。降低乳化温度(本发明中通常为沥青旋转粘度小于等于200厘泊的温度)7℃以上，使得乳化温度降至设备所能承受范围内，乳化温度低，则改性乳化沥青的生产难度下降，减少乳化设备的损耗，提高乳液稳定性。

表一给出了SBS加量及Sasobit加量对改性沥青指标及其乳化温度的影响情况，含量百分数为相对于改性沥青的数值。对比1号和2号试验可知，加入SBS可增加沥青的软化点及135℃的粘度，但提高乳化温度。对比2号和3号试验可知，加入SBS及Sasobit可进一步提高软化点，同时降低135℃的粘度，降低乳化温度。

                                                                                    表一

改性沥青组成			改性沥青性能
						试验号	SBS用量(％)	Sasobit添加量(％)	135℃粘度厘泊	软化点℃	乳化温度*℃
1	0	0	650	45	165
						2	3	0	942	58	177
3	3	2	758	67	168

^*注：乳化温度指乳化时沥青加热温度(本发明中通常为沥青旋转粘度≤200厘泊时的温度)越高表示该种改性沥青越难乳化。

附图说明

图1为SBS改性乳化沥青工艺示意图。

具体实施方式

以下实施例使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1：

SBS改性乳化沥青组成配方：

基质沥青(％)            57

SBS改性剂(％)           1.8

Sasobit(沙索必德)(％)   0.9

WD-3#(％)               0.3

63℃热水(％)            37.85

阳离子乳化剂MQK-1M      1.6

氯化钙                  0.4

聚乙烯醇                0.15

SBS乳化沥青制备方法：

依据组成配方，采用图1所述的工艺流程图进行，第一阶段：

a)把基质沥青加热到185℃，加入SBS改性剂，搅拌20min。

b)加入Sasobit(沙索必德)，经高速剪切器剪切1.5小时，加入WD-3#反应15min。

第二阶段：

c)在63℃的热水中加入乳化剂，再加入盐酸调节PH值到1.8，搅拌均匀，直至液体透明。

d)在上述溶液中加入氯化钙和聚乙烯醇，制得皂液。

e)把皂液和第一阶段制得的改性沥青分别装入乳化设备中的皂液罐和沥青罐，然后经胶体磨乳化，再经加压冷却得到成品SBS改性乳化沥青。

SBS改性乳化沥青的性能：

乳化温度(℃)：168

蒸发残留物的软化点(℃)：67

储存稳定性(5d)(％)：3.1

乳化温度是指生产乳化沥青时，把沥青加热到合适的温度，使其具有足够大的流动性和足够低的粘度(本发明中通常旋转粘度应≤200厘泊)，以便乳化能够顺利进行。这个温度我们称为沥青乳化温度。

蒸发残留物的软化点是指把改性乳化沥青蒸发，使水分充分挥发，使改性乳化沥青中的沥青相和水相分离，得到蒸发残留物，然后测量其软化点温度，这个软化点就称为蒸发残留物的软化点。

乳化沥青的储存稳定性是在规定的容器和条件下，储存规定的时间后，竖直方向上试样浓度的变化程度，以上、下两部分乳液蒸发残留物质量百分率的差值表示，以判断乳液的稳定性能。数值越小，稳定性越好。

实施例2：

SBS改性乳化沥青组成配方：

基质沥青(％)            56.7

SBS改性剂(％)           2.1

Sasobit(沙索必德)(％)   0.9

WD-3#稳定剂(％)         0.3

65℃热水(％)            37.85

阳离子乳化剂MQK-MQ3     1.6

氯化钙                  0.4

聚乙烯醇                0.15。

SBS乳化沥青制备方法：

依据组成配方，采用图1所述的工艺流程图进行，第一阶段：

a)把基质沥青加热到190℃，加入SBS改性剂，搅拌20min。

b)加入Sasobit(沙索必德)，经高速剪切器剪切1.5小时，加入WD-3#反应15min。

第二阶段：

c)在65℃热水中加入乳化剂，再加入盐酸调节PH值到2.0，搅拌均匀，直至液体透明。

d)在上述溶液中加入氯化钙和聚乙烯醇，制得皂液。

e)把皂液和第一阶段制得的改性沥青分别装入乳化设备中的皂液罐和沥青罐，然后经胶体磨乳化，再经加压冷却得到成品SBS改性乳化沥青。

SBS改性乳化沥青的性能：

乳化温度(℃)：172

蒸发残留物的软化点(℃)：72

储存稳定性(5d)(％)：3.8

实施例3：

SBS改性乳化沥青组成配方：重量百分数

基质沥青                     54.9

SBS改性剂                    1.6

Sasobit(沙索必德)            1.2

WD-3#                        0.3

62℃热水                     39.85

阳离子乳化剂Redicote@-C-450  1.6

氯化钙                       0.4

聚乙烯醇                     0.15。

SBS乳化沥青制备方法：

依据组成配方，采用图1所述的工艺流程图进行，第一阶段：

a)把基质沥青加热到180℃，加入SBS改性剂，搅拌20min。

b)加入Sasobit(沙索必德)，经高速剪切器剪切1.5小时，加入WD-3#反应15min。

第二阶段：

c)在62℃热水中加入乳化剂，再加入盐酸调节PH值到1.8，搅拌均匀，直至液体透明。

d)在上述溶液中加入氯化钙和聚乙烯醇，制得皂液。

e)把皂液和第一阶段制得的改性沥青分别装入乳化设备中的皂液罐和沥青罐，然后经胶体磨乳化，再经加压冷却得到成品SBS改性乳化沥青。

SBS改性乳化沥青的性能：

乳化温度(℃)：162

蒸发残留物的软化点(℃)：65

储存稳定性(5d)(％)：4.0

对比例1：

基质沥青(％)                 57.3

SBR改性剂(％)                2.4

WD-3#(％)                    0.3

64℃热水(％)                 37.85

阳离子乳化剂Redicote@-C-450  1.6

氯化钙                       0.4

聚乙烯醇                     0.15

乳化沥青制备方法：

a)在64℃热水中加入乳化剂，然后加入SBR胶乳改性剂，最后加入盐酸调节PH值到1.8，搅拌均匀。

b)在上述混合液体中加入氯化钙和聚乙烯醇，制得皂液。

c)把皂液和第一阶段制得的改性沥青分别装入乳化设备中的皂液罐和沥青罐，然后经胶体磨乳化，再经加压冷却得到成品SBR乳化改性沥青。

乳化沥青性能：

乳化温度(℃)：160

蒸发残留物的软化点(℃)：54

储存稳定性(5d)(％)：4.2

不添加SBS和Sasobit的改性沥青容易乳化，但所得乳化沥青的高温性能较差。

对比例2：

组成配方：

基质沥青(％)           55.9

SBS改性剂(％)          1.8

WD-3#(％)              0.3

64℃热水(％)           39.85

阳离子乳化剂MQK-1M     1.6

氯化钙                 0.4

聚乙烯醇               0.15

乳化沥青制备方法：同实施例1，只是不添加Sasobit。

乳化沥青性能：

乳化温度(℃)：177

蒸发残留物的软化点(℃)：61

储存稳定性(5d)(％)：5.6

所得乳化沥青的高温性能较好，但这种改性沥青较难乳化。

对比例3：

组成配方：

基质沥青(％)           55.9

SBS改性剂(％)          2.1

WD-3#(％)              0.3

63℃热水(％)           39.55

阳离子乳化剂MQK-1M     1.6

氯化钙                 0.4

聚乙烯醇               0.15

乳化沥青制备方法：同实施例1，只是不添加Sasobit。

乳化沥青性能：

乳化温度(℃)：185

蒸发残留物的软化点(℃)：72

储存稳定性(5d)(％)：严重结皮。

Claims (8)

1.一种SBS改性乳化沥青，按重量百分比由以下组分组成：

基质沥青AH-90                     54～62％；

SBS改性剂                         0.6～2.4％；

Sasobit                           0.3～1.6％；

WD-3#稳定剂                       0.06～0.55％；

沥青阳离子乳化剂                  1.2～1.8％；

55～60℃热水                      35～40％；

氯化钙                            0.4％；

聚乙烯醇                          0.15％。

2.权利要求1所述的SBS改性乳化沥青，其特征在于基质沥青用量是55％～60％。

3.权利要求1所述的SBS改性乳化沥青，其特征在于SBS改性剂用量为1.6～2.2％。

4.权利要求1所述的SBS改性乳化沥青，其特征在于Sasobit用量为0.8～1.5％。

5.权利要求1所述的SBS改性乳化沥青，其特征在于WD-3#稳定剂是0.3％。

6.权利要求1所述的SBS改性乳化沥青，其特征在于沥青阳离子乳化剂为MQK-1M、MQK-MQ3、Redicote@-C-450其中一种。

7.权利要求1至6其中之一所述的SBS改性乳化沥青的制备方法，首先把基质沥青加热到180℃～190℃，加入SBS改性剂，搅拌20min；然后加入Sasobit高速剪切1～2小时，最后加入稳定剂反应15min获得改性沥青；在55～60℃水中加入乳化剂、氯化钙和聚乙烯醇，调节pH为1.5～3.5，获得皂液；然后将改性沥青在皂液中乳化分散，再经加压冷却得到SBS改性乳化沥青。

8.权利要求7所述的SBS改性乳化沥青的制备方法，其特征在于加入Sasobit高速剪切时间是1～1.5小时。