CN104497602B

CN104497602B - 一种形成稳定化学网络的常温沥青复合乳液的生产工艺

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Publication number: CN104497602B
Application number: CN201410848277.XA
Authority: CN
Inventors: 蔡海军
Original assignee: NANTONG FULUNLI NEW MATERIAL CO Ltd
Current assignee: NANTONG FULUNLI NEW MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2034-12-30
Also published as: CN104497602A

Abstract

本发明公开了一种形成稳定化学网络的常温沥青复合乳液的生产工艺，其步骤主要包括苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯热塑性弹性体水胶乳的制备、制备共混乳液、制成种子皂液、将热沥青与无味含硫交联剂按一定的质量比例混合、最后将种子皂液与热沥青混合液一起加入到乳化机中，最终制得常温沥青复合乳液。本发明通过对现有乳化沥青生产工艺的改进，针对聚合物改性剂品种及用量、皂液温度、沥青温度、机械剪切、交联剂用量和储存时间等均作了改进，与现有技术中的沥青相比，本发明生产的常温沥青有稳定的化学网络，其粘结强度、软化点和延度都要优于化学网络不稳定的现有沥青，而且贮存稳定性远好于后者。

Description

一种形成稳定化学网络的常温沥青复合乳液的生产工艺

技术领域

本发明属于改性乳化沥青升级制造的技术领域，具体涉及一种常温速强沥青的生产工艺。

背景技术

沥青由于结构复杂, 其中的复合聚合物和沥青间通常以物理吸附形成稳定期较短的乳液,在陈放一定时间后，由于材料密度、表面张力等物理化学性能的差异，易产生物理分层，造成复合聚合物改性沥青的“不均匀性”。聚合物改性沥青中，通常添加交联剂解决这一问题。但乳化沥青中，这种研究还未见报道。

在交联剂的作用下, 复合聚合物的聚丁二烯段的双键或双键邻位的亚甲基非常活泼, 会与沥青中的杂原子及活性基团发生反应, 使沥青接枝到复合聚合物上,生成聚合物—沥青接枝物。接枝物在聚合物相和沥青相间充当表面活性剂, 降低聚合物和沥青间的表面张力和体系的吉布斯自由能, 促进聚合物和沥青更好地相容, 有利于聚合物改性乳化沥青形成更加稳定的体系。

交联剂对乳化沥青稳定性有良好的作用，其对常温沥青残留物的三大指标产生也会产生影响。试验数据表明, 在此试验条件下, 交联剂必须达到一定用量后对提高改性沥青软化点起作用。当交联剂用量小于0.7%时, 改性沥青的几乎无变化；当交联剂用量大于或等于1.0%时, 改性沥青的软化点由55^oC急剧升到约70^oC。同时对沥青三大指标中的针入度和延度进行测试，发现对这两项性能也产生较大影响。随着交联剂用量增加, 改性沥青逐渐***，聚合物在沥青中的交联反应进行的程度加深, 形成的空间网络结构更完善、更稳定。同时, 交联剂引发的聚合物和沥青间的化学反应进行的程度也加深, 生成的聚合物—沥青接枝物更多, 降低聚合物相和沥青相界面张力的程度更大,体系的吉布斯自由能降低更多, 形成稳定体系的趋势增强。

影响乳化改性沥青性能因素很多，其中的重要因素包括：重交通沥青性质、聚合物改性剂品种及用量、皂液温度、沥青温度、机械剪切、交联剂用量和储存时间等。对于升级的乳化改性沥青，即常温沥青液体，不同聚合物水乳液的复合尤其重要。

发明内容

发明目的：本发明针对改性乳化沥青的不足，提出一种生产工艺简单、沥青化学网络稳定、粘结度、软化点以及延度均优异的常温速强沥青的生产工艺。

技术方案：本发明所述的一种常温速强沥青的生产工艺，包括如下步骤：

（1）苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体水胶乳的制备：首先将固体热塑性橡胶加入有机溶剂中，加热到70℃，并在300-400转/分钟的转速下搅拌；其次进行乳化，在低剪切速度2500-3000转/分钟下向该溶液中慢慢加入溶有表面活性剂、电解质的水溶液，然后将转速调到高速剪切7500-8000转/分钟热塑性橡胶颗粒破碎到1微米以下，乳化得到乳液状热塑性橡胶液体，最后回收上述液体中的有机溶剂，最后得到橡胶水性胶乳沥青改性剂；

（2）制备共混乳液：在上述橡胶水性胶乳沥青改性剂乳液中加入乙烯-醋酸乙烯酯水乳液和阳离子抗强酸的自交联改性丙烯酸酯乳液的混合乳液并进行优化复合；

（3）该常温沥青复合乳液中，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体水胶乳的重量百分比为6%-10%，共混乳液为8%-15%，沥青为55%-65%，水为25%-35%；

（4）先把苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体水胶乳以及共混乳液按照步骤（3）的质量比复配好，并添加木质胺阳离子沥青乳化剂，一块配制成种子皂液；

（5）将热沥青与无味含硫交联剂按一定的质量比例混合；

（6）将步骤（4）和步骤（5）所得混合物一起加入到乳化机中，种子皂液温度控制在50-60℃，热沥青温度控制在135-150℃，储存时间控制在4小时以上，最终制得常温沥青复合乳液。

作为优化，步骤（2）所述乙烯-醋酸乙烯酯水乳液与阳离子抗强酸的自交联改性丙烯酸酯乳液重量比为4:1。

作为优化，步骤（4）所述木质胺阳离子沥青乳化剂占种子皂液的质量百分比为2-3.5％。

作为优化，步骤（5）所述交联剂使用量占热沥青使用量的0.3%-1.0%。

有益效果：本发明通过对现有乳化沥青生产工艺的改进，针对聚合物改性剂品种及用量、皂液温度、沥青温度、机械剪切、交联剂用量和储存时间等均作了改进，与现有技术中的沥青相比，本发明生产的常温沥青有稳定的化学网络，其粘结强度、软化点和延度都要优于化学网络不稳定的现有沥青，而且贮存稳定性远好于后者。最终保证了本发明的常温沥青具有优异的粘结强度、温度的化学网络、拉伸强度保持率、断裂延伸率和低温柔度，以及常温储存的稳定性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

一种常温速强沥青的生产工艺，包括如下步骤：

（1）苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体水胶乳：首先将固体热塑性橡胶加入有机溶剂中，加热到70℃，并在300转/分钟的转速下搅拌；其次进行乳化，在低剪切速度2500转/分钟下向该溶液中慢慢加入溶有表面活性剂、电解质的水溶液，然后将转速调到高速剪切7500转/分钟热塑性橡胶颗粒破碎到1微米以下，乳化得到乳液状热塑性橡胶液体，最后回收上述液体中的有机溶剂，最后得到橡胶水性胶乳沥青改性剂；

（2）制备共混乳液：在上述橡胶水性胶乳沥青改性剂乳液中加入80％的乙烯-醋酸乙烯酯水乳液和20％的阳离子抗强酸的自交联改性丙烯酸酯乳液的混合乳液并进行优化复合；

（3）该常温沥青复合乳液中，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体水胶乳的重量百分比为乳化沥青6%，共混乳液为乳化沥青8%，沥青为62%，水为38%；

（4）先把苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体水胶乳以及共混乳液按照步骤（3）的质量比复配好，并添加2％质量百分比的木质胺阳离子沥青乳化剂，一块配制成种子皂液；

（5）将热沥青与无味含硫交联剂按一定的质量比例混合，交联剂使用量占热沥青使用量的0.3%；

（6）将步骤（4）和步骤（5）所得混合物一起加入到乳化机中，种子皂液温度控制在50℃，热沥青温度控制在135℃，储存时间控制在4小时以上，最终制得常温沥青复合乳液。

实施例2

（1）苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体水胶乳的制备：首先将固体热塑性橡胶加入有机溶剂中，加热到70℃，并在400转/分钟的转速下搅拌；其次进行乳化，在低剪切速度3000转/分钟下向该溶液中慢慢加入溶有表面活性剂、电解质的水溶液，然后将转速调到高速剪切8000转/分钟热塑性橡胶颗粒破碎到1微米以下，乳化得到乳液状热塑性橡胶液体，最后回收上述液体中的有机溶剂，最后得到橡胶水性胶乳沥青改性剂；

（3）该常温沥青复合乳液中，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体水胶乳的重量百分比为乳化沥青的10%，共混乳液为乳化沥青的15%，沥青为65%，水为35%；

（4）先把苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体水胶乳以及共混乳液按照步骤（3）的质量比复配好，并添加3.5％质量百分比的木质胺阳离子沥青乳化剂，一块配制成种子皂液；

（5）将热沥青与无味含硫交联剂按一定的质量比例混合，交联剂使用量占热沥青使用量的1.0%；

（6）将步骤（4）和步骤（5）所得混合物一起加入到乳化机中，种子皂液温度控制在60℃，热沥青温度控制在150℃，储存时间控制在4小时以上，最终制得常温沥青复合乳液。

实施例3

（1）苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体水胶乳的制备：首先将固体热塑性橡胶加入有机溶剂中，加热到70℃，并在350转/分钟的转速下搅拌；其次进行乳化，在低剪切速度2700转/分钟下向该溶液中慢慢加入溶有表面活性剂、电解质的水溶液，然后将转速调到高速剪切7700转/分钟热塑性橡胶颗粒破碎到1微米以下，乳化得到乳液状热塑性橡胶液体，最后回收上述液体中的有机溶剂，最后得到橡胶水性胶乳沥青改性剂；

（2）制备共混乳液：在上述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体水胶乳加入80％的乙烯-醋酸乙烯酯水乳液和20％的阳离子抗强酸的自交联改性丙烯酸酯乳液的混合乳液并进行优化复合；

（3）该常温沥青复合乳液中，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体水胶乳的重量百分比为乳化沥青8%，共混乳液为乳化沥青的11%，沥青为60%，水为40%；

（4）先把苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体水胶乳以及共混乳液按照步骤（3）的质量比复配好，并添加3％质量百分比的木质胺阳离子沥青乳化剂，一块配制成种子皂液；

（5）将热沥青与无味含硫交联剂按一定的质量比例混合，交联剂使用量占热沥青使用量的0.6%；

（6）将步骤（4）和步骤（5）所得混合物一起加入到乳化机中，种子皂液温度控制在55℃，热沥青温度控制在140℃，储存时间控制在4小时以上，最终制得常温沥青复合乳液。

影响乳化改性沥青性能因素很多，其中的重要因素包括：重交通沥青性质、聚合物改性剂品种及用量、皂液温度、沥青温度、机械剪切、交联剂用量和储存时间等。对于升级的乳化改性沥青，即本发明所述的常温沥青液体，不同聚合物水乳液的复合尤其重要。

本发明采用正交试验设计，考察5个试验因素，即皂液温度、沥青温度、复合乳液用量、交联剂用量、储存时间，寻求最优水平组合而配制成有稳定化学网络的常温沥青，如表1-1所示。

表1-1正交试验设计（5因素3水平）

经过大量正交试验证明, 不同的乳化工艺对形成的化学网络稳定和常温沥青性能有较大影响，其中，交联剂用量、皂液温度和储存时间是影响常温沥青化学网络和性能的重要因素，结果见下表1-2。

表1-2 工艺与形态对常温沥青性能的影响

注：乳化工艺I、II区别在于前者对交联剂用量、皂液温度和储存时间做了优化工作。

从表1-2可见，本发明的乳化工艺I 生产常温沥青有稳定的化学网络，其粘结强度、软化点和延度都要优于化学网络不稳定的（对应乳化工艺II），而且贮存稳定性远好于后者。

常温沥青液体应采用优质的沥青制备，沥青本身的各项指标必须符合国家有关标准。作为常温沥青的主要原料，沥青各项指标要符合国家有关要求。对常温拌合沥青的质量检查可先按JTG E20-2011规范中改性乳化沥青特性和蒸发残留物特性两类试验进行：其他测试全部参照JC/T 975- 2005，经过反复试验，我们得到的成熟常温沥青液体的典型性能如下表1-3。

表1-3 常温拌合沥青液检测结果

注：表中粘结强度、拉伸强度保持率、断裂延伸率和低温柔度等均按（JC/T 975-2005）

表2-7表明：本项目研发的常温沥青具有以下特点：

1、高软化点和适中延度高温不发软、低温不脆裂；

2、高粘结强度（25℃）+ 优异动力粘度（60℃）高粘附性、高内聚力。

Claims

1.一种形成稳定化学网络的常温沥青复合乳液的生产工艺，其特征在于：包括如下步骤：

(1)苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体水胶乳的制备：首先将固体热塑性橡胶加入有机溶剂中，加热到70℃，并在300-400转/分钟的转速下搅拌；其次进行乳化，在低剪切速度2500-3000转/分钟下向该溶液中慢慢加入溶有表面活性剂、电解质的水溶液，然后将转速调到高速剪切7500-8000转/分钟热塑性橡胶颗粒破碎到1微米以下，乳化得到乳液状热塑性橡胶液体，最后回收上述液体中的有机溶剂，最后得到橡胶水性胶乳沥青改性剂；

(2)制备共混乳液：在上述橡胶水性胶乳沥青改性剂乳液中加入乙烯-醋酸乙烯酯水乳液和阳离子抗强酸的自交联改性丙烯酸酯乳液的混合乳液并进行优化复合；

(3)该常温沥青复合乳液中，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体水胶乳的重量百分比为6％-10％，共混乳液为8％-15％，沥青为55％-65％，水为25％-35％；

(4)先把苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体水胶乳以及共混乳液按照步骤(3)的质量比复配好，并添加木质胺阳离子沥青乳化剂，一块配制成种子皂液；

(5)将热沥青与无味含硫交联剂按一定的质量比例混合；

(6)将步骤(4)和步骤(5)所得混合物一起加入到乳化机中，种子皂液温度控制在50-60℃，热沥青温度控制在135-150℃，储存时间控制在4小时以上，最终制得常温沥青复合乳液。

2.根据权利要求1所述的一种形成稳定化学网络的常温沥青复合乳液的生产工艺，其特征在于：步骤(2)所述乙烯-醋酸乙烯酯水乳液与阳离子抗强酸的自交联改性丙烯酸酯乳液重量比为4:1。

3.根据权利要求1所述的一种形成稳定化学网络的常温沥青复合乳液的生产工艺，其特征在于：步骤(4)所述木质胺阳离子沥青乳化剂占种子皂液的质量百分比为2-3.5％。

4.根据权利要求1所述的一种形成稳定化学网络的常温沥青复合乳液的生产工艺，其特征在于：步骤(5)所述交联剂使用量占热沥青使用量的0.3％-1.0％。