CN104559234B

CN104559234B - 一种沥青降粘剂及沥青组合物

Info

Publication number: CN104559234B
Application number: CN201310496030.1A
Authority: CN
Inventors: 陈闯; 陈保莲; 张静; 范思远; 宁爱民; 李志军
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2033-10-22
Also published as: CN104559234A

Abstract

本发明公开了一种沥青降粘剂及沥青组合物，该沥青降粘剂，以重量百分比计，包括如下组分：添加剂A：5wt%～30wt%；添加剂B：1wt%～10wt%；卡洛胺：1wt%～10wt%；添加剂C：50wt%～93wt%。将上述组分按配比混合均匀即得到本发明沥青降粘剂，降粘剂在于基质沥青混合得到沥青组合物。本发明的沥青降粘剂对沥青具有较好的降粘作用，添加本发明降粘剂的沥青组合物具有较低的高温粘度和较好的润滑性，较高的60℃粘度和延度，同时具有与基质沥青相当的针入度和软化点，具有生产成本低，制备方法简便以及应用范围广泛等优点。

Description

一种沥青降粘剂及沥青组合物

技术领域

本发明涉及一种沥青降粘剂及使用该降粘剂的沥青组合物。

背景技术

目前道路工程中使用的沥青混合料根据拌和施工温度一般分为两种类型：冷拌沥青混合料CMA(Cold Mix Asphalt)和热拌沥青混合料HMA(Hot Mix Asphalt)。冷拌沥青混合料一般采用乳化沥青或者液体沥青与集料在常温状态下拌和、铺筑，无需对集料和结合料进行加热，这样可节约大量能源。但是冷拌沥青混合料初期路用性能差，难以满足高速公路、重载交通道路等重要工程的要求。热拌沥青混合料是应用最为广泛、路用性能最为良好的一种混合料。但是在热拌沥青混合料生产过程中，沥青与石料需要在150~180℃高温条件下拌和。将石料、沥青加热到如此高的温度，消耗了大量能源。另外在热拌沥青混合料生产过程中产生了大量的CO₂、烟尘和有害气体(CO、SO₂、NO_x等)，不仅污染了环境，而且也影响了工作人员的身体健康。同时，高温条件下的拌和也造成了沥青的老化，降低了沥青混合料的路用性能。

为保护环境、节约能源，在20世纪90年代中后期欧洲及美国等国家开展了温拌沥青混合料WMA(Warm Mix Asphalt)的研究，其目的是通过降低沥青混合料的拌和与摊铺温度，达到降低沥青混合料生产过程中的能耗，减少CO₂等气体及粉尘排放量，同时保证温拌沥青混合料具有与热拌沥青混合料基本相同的路用性能和施工和易性。

目前，温拌沥青混合料技术主要有三种方式：一是预先在沥青中添加一种能够降低沥青135℃粘度的添加剂，从化学角度来改变沥青的粘温曲线，从而降低沥青与石料的拌和温度，但此方法通常也会降低沥青的60℃粘度即降低了混合料的高温稳定性；二是采用固含量较高的乳化沥青，在80～120℃温度下与石料拌和，该方式较热拌沥青的温度低约30～50℃；三是在拌制混合料时把水和沥青同时加入拌和罐中，由于水的存在使沥青发泡，达到降粘效果。但该方法若加水量过大，则会产生大量的水蒸气或引起暴沸，若水量过少，则发泡效果不好。

CN102311649A公开了一种沥青降粘改性剂及其制作方法。该方法将一定比例的活化剂、氟硅酸铵、杂酚油、聚乙烯和硬脂酸投入到反应容器中，升温至250℃，充分搅拌反应得到沥青降粘改性剂。该方法以杂酚油为媒介，在高温下，氟硅酸铵与硬脂酸发生反应，生成一种新的化合物，该化合物对沥青起到降粘作用，可以降低施工温度，同时能明显提高沥青混凝土压实度，改善沥青的高温性能。但氟硅酸铵本身有毒，具有强刺激性，高温易分解放出有毒气体，且与硬脂酸在高温下反应，放出有毒的腐蚀性烟气。

CN102532920A公开了一种温拌沥青胶结料及其制备方法。该方法是将一定比例的沥青胶结料加热至130～160℃，加入一定比例的流变改性剂，搅拌均匀；再将高分子聚合物分批加入混合体系，剪切，搅拌直至聚合物颗粒均匀分布在＜100微米范围，缓慢升温至170～180℃，搅拌反应1～2小时出锅。该方法可以提高沥青胶结料的高温车辙、低温抗拉伸和耐脆裂性能，且在110～135℃条件下具有较低的粘度，可以在降低施工温度下仍然具有良好的拌合、摊铺、压实性能。但在制备温拌沥青胶结料时需要多次加料、搅拌和升温，且在拌合时需要1～2小时长时间搅拌，工业生产中难以使聚合物颗粒控制在＜100微米范围，制备方法复杂，生产成本高，需要进行设备改造和改变生产流程，生产过程周期较长，无法适应现场摊铺的需要，难以实现工业放大和应用。

CN101781468A公开了一种改性沥青降粘剂及其制备方法。该方法是将相容剂在100～120℃下脱水后，加入有机酸、表面活性剂与合成石蜡，在温度为80～100℃的螺杆挤出机中共混、挤出、造粒、冷却得到沥青降粘剂。该降粘剂可以降低改性沥青175℃粘度；该降粘剂中的合成石蜡属于非弹性材料，在低温条件下容易脆断，从而导致沥青混合料的低温抗拉伸和耐脆裂性能下降，且大部分低熔点的有机蜡在降低沥青高温粘度的同时，也降低了60℃粘度，降低了抗车辙性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种沥青降粘剂及沥青组合物。本发明的沥青降粘剂对沥青具有较好的降粘作用，添加本发明降粘剂的沥青组合物具有较低的高温粘度和较好的润滑性，较高的60℃粘度和延度，同时具有与基质沥青相当的针入度和软化点，具有生产成本低，制备方法简便以及应用范围广泛等优点。

本发明的沥青降粘剂，以重量百分比计，包括如下组分：

添加剂A：5wt%～30wt%；

添加剂B：1wt%～10wt%；

卡洛胺：1wt%～10wt%；

添加剂C：50wt%～93wt%；

本发明的沥青降粘剂，以重量百分比计优选组成包括：

添加剂A：10wt%～20wt%；

添加剂B：2wt%～5wt%；

卡洛胺：2wt%～5wt%

添加剂C：70wt%～86wt%；

所述的添加剂A，熔点在60～130℃之间，包括：聚乙烯蜡、微晶蜡、褐煤蜡、sasobit、硫磺、硬脂酸、二十烷酸、二十四烷酸等及其衍生物中的一种或几种，优选聚乙烯蜡和/或硬脂酸。

所述的添加剂B为高分子组分，包括聚环氧乙烷-环氧丙烷、酚醛树脂、聚丙烯酸酯、氨基树脂、聚醚、聚乙烯醇及其部分酯化或缩醛化产物中的一种或多种，优选聚丙烯酸酯和/或氨基树脂，分子量均在1000～30000，优选2000~20000。

所述的添加剂C为低分子组分，包括椰油脂肪酸二乙醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、烷基醇酰胺聚氧乙烯醚、嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚、烷基多苷、多元醇硬脂酸酯、山梨醇脂肪酸酯、脂肪酸环氧乙烷缩合物、蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇双油酸酯以及Spans系列和Tweens系列的酯化和醚化产物中的一种或多种，优选脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺聚氧乙烯醚和椰油脂肪酸二乙醇酰胺中的一种或几种，其分子量均在1000以下。

本发明沥青降粘剂中，可以根据实际应用需要加入有机添加剂，包括重氮乙酸乙酯、偶氮二甲酰胺、N,N-二亚硝基五次甲基四胺和偶氮二异丁腈等。

本发明沥青降粘剂中，也可以根据实际应用需要加入其它改性剂，如抗剥离剂、抗老化剂、抗氧化剂、分散剂、稳定剂、聚合物改性剂等。

本发明的沥青降粘剂的制备方法，包括如下内容：按配比将添加剂A、添加剂B、卡洛胺和添加剂C分别加入反应容器，混合均匀，制成沥青降粘剂；其中混合温度为60～130℃，为高于或接近于所使用添加剂组分的熔点或软化点，混合时间为20～30分钟，混合过程采用常规的机械搅拌。

本发明的沥青组合物，包括基质沥青和上述沥青降粘剂，以基质沥青重量为基准，降粘剂为基质沥青的0.1wt%～5wt%，优选为0.5wt%～3wt%。

本发明沥青组合物中，所述的基质沥青为直馏沥青、氧化沥青和溶剂脱油沥青中的一种或多种，其针入度为60～120 1/10mm。

本发明的沥青组合物的制备方法，包括如下内容：按配比将上述沥青降粘剂添加到基质沥青中，混合均匀，得到沥青组合物；其中混合温度为130～150℃，混合时间为30～60分钟；混合过程采用一般的机械搅拌方式，也可以采用超声、微波或高剪切等技术手段。

本发明的沥青组合物在道路铺筑、维修和建筑中的应用，特别是在道路沥青的混合料拌和中有着广阔的应用前景。

本发明的沥青组合物在沥青混合料中的应用，包括如下内容：当石料达到拌和温度，加入沥青组合物到混合料中拌和均匀即可。

本发明的沥青组合物与传统热拌沥青比较，具有以下优点：

（1）本发明沥青组合物中，各组分在120～165℃时，具有良好的相容性和流动性，对基质沥青均有较明显降粘作用，四种组分协同作用，分散效果好，稳定性好，能够起到明显的“润滑”效果，可以有效改善沥青混合料的施工和易性。

（2）本发明沥青组合物中，各组分的协同作用还产生如下有益效果：当添加剂A在低温条件下独立存在时，以不均相结晶状态存在于沥青中，与基质沥青的理化性质差别较大，相容性不好，在降低沥青高温粘度的同时，也降低了其60℃粘度，降低了抗车辙性能。当加入添加剂B（高分子组分）和添加剂C（低分子组分），由于其良好的流动性和相容性，搅拌时可以将非均相的结晶均匀分散，添加剂B和沥青中的大分子将此润滑晶粒包裹并相互缠绕，形成更稳定的具有空间网络结构的胶体体系，提高其60℃粘度，提高高温抗车辙能力。卡洛胺与其它三种组分协同作用，可以起到增溶、稳定、降粘和润滑效果，且卡洛胺有助于增大沥青与石料的结合力。

（3）本发明沥青组合物，具有更低的高温粘度和更好的润滑性，因此可以降低沥青混合料的拌和、摊铺及压实温度，其拌和温度可以比热拌沥青降低15~30℃，降低能耗约30%，大量减少拌和及施工过程中的烟雾及有害物质排放，减小对人体危害及环境污染。

（4）本发明沥青组合物，在有效降低高温粘度的同时，能够保持较高的60℃粘度，能很好地增大石料、石粉与沥青的粘结力，提高混合料的抗剥离性，能够有效地预防大交通量和重载交通条件下沥青路面的车辙破坏。

（5）本发明沥青组合物，较基质沥青有着更高的延度，塑性好，稳定性好，不发生离析，有效提高沥青混合料的抗低温开裂及长期疲劳性能。

（6）本发明沥青组合物，具有与热拌沥青相当的针入度和软化点，同时老化性质得到改善，有效延长路面使用寿命。应用此温拌沥青制备沥青混合料，在拌和及成型温度相对于热拌沥青混合料明显降低15～30℃的情况下，其混合料各项性能与热拌沥青相当。

（7）本发明沥青组合物，原料简单，生产成本低，制备方法简便，只需简单的机械搅拌，对人体的刺激性小，环境友好，绿色环保，应用于沥青混合料时，无需另外添加温拌剂，工业生产中无需进行设备改造和改变生产流程，适于工业放大和应用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不因此限制本发明。

实施例1

沥青降粘剂原料质量百分比为：

聚乙烯蜡：6.5wt%；

氨基树脂：2wt%；

卡洛胺：3.7wt%；

椰油脂肪酸二乙醇酰胺：87.8wt%；

按配比将聚乙烯蜡、氨基树脂、卡洛胺和椰油脂肪酸二乙醇酰胺分别加入反应容器，搅拌升温至105℃，搅拌时间为30min，制成沥青降粘剂；以重量百分比计，按基质沥青的0.5wt%将其添加到基质沥青中，混合温度为147℃，搅拌时间为50min，得到沥青组合物。

实施例2

沥青降粘剂原料质量百分比为：

微晶蜡：14.2wt%；

聚丙烯酸酯：3.6wt%；

卡洛胺：1.5wt%；

脂肪酸聚氧乙烯酯：80.7wt%；

按配比将微晶蜡、聚丙烯酸酯、卡洛胺和脂肪酸聚氧乙烯酯分别加入反应容器，搅拌升温至85℃，搅拌时间为20min，制成沥青降粘剂；以重量百分比计，按基质沥青的3wt%将其添加到基质沥青中，混合温度为140℃，搅拌时间为45min，得到沥青组合物。

实施例3

沥青降粘剂原料质量百分比为：

硬脂酸：26wt%；

酚醛树脂：4.3wt%；

卡洛胺：2.5wt%；

烷基酚聚氧乙烯醚：67.2wt%；

按配比将硬脂酸、酚醛树脂、卡洛胺和烷基酚聚氧乙烯醚分别加入反应容器，搅拌升温至100℃，搅拌时间为25min，制成沥青降粘剂；以重量百分比计，按基质沥青的4.5wt%将其添加到基质沥青中，混合温度为135℃，搅拌时间为35min，得到沥青组合物。

比较例1

沥青降粘剂原料质量百分比为：

酚醛树脂：4wt%；

卡洛胺：4.5wt%；

烷基醇酰胺聚氧乙烯醚：91.5wt%；

按配比将酚醛树脂、卡洛胺和烷基醇酰胺聚氧乙烯醚分别加入反应容器，搅拌升温至95℃，搅拌时间为25min，制成沥青降粘剂；以重量百分比计，按基质沥青的4wt%将其添加到基质沥青中，混合温度为142℃，搅拌时间为40min，得到沥青组合物。

比较例2

沥青降粘剂原料质量百分比为：

硫磺：17.4wt%；

卡洛胺：1.5wt%；

山梨醇脂肪酸酯：81.1wt%；

按配比将硫磺、卡洛胺和山梨醇脂肪酸酯分别加入反应容器，搅拌升温至72℃，搅拌时间为30min，制成沥青降粘剂；以重量百分比计，按基质沥青的2wt%将其添加到基质沥青中，混合温度为145℃，搅拌时间为45min，得到沥青组合物。

实施例4

按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）规定的方法，将实施例1、2、3和比较例1、2中的沥青组合物进行混合料拌和，制备成混合料试件A、B、C、D、E。本试验油石比（沥青组合物占混合料质量的百分数）为5.2%，沥青组合物与70号沥青性质测试结果见表1，混合料性能评价结果见表2。

表1 沥青组合物与70号沥青性质。

项目	70号沥青	实施例1	实施例2	实施例3	比较例1	比较例2
							25℃针入度/0.1mm	73	74	79	77	95	104
软化点/℃	48.3	46.2	46.0	46.9	44.7	42.5
							10℃延度/ cm	76	122	131	135	123	>150
60℃粘度/Pa·s	220.2	193.0	198.1	185.4	124.0	116.8
							离析性质
软化点差（48h）/℃	0.2	0.3	0.3	0.3	1.1	0.6
							旋转粘度/mPa·s
120℃	1034.0	762.0	783.0	807.5	783.0	760.5
							135℃	450.0	335.0	347.5	326.0	360.5	339.0
150℃	228.5	152.0	160.5	150.0	156.0	148.5
							165℃	128.0	93.0	94.0	91.0	101.5	90.5
TFOT后
							质量变化/％	+0.046	-0.606	-0.518	-0.703	-0.454	-0.937
针入度比/％	64	81	83	86	73	88
							10℃延度/cm	8.5	68	75	62	59	37
软化点	51.8	48.6	48.2	48.0	46.2	44.9

表2 沥青组合物混合料性能测试结果。

项目	拌和温度/℃	成型温度/℃	稳定度/kN	残留稳定度比（%）	残留强度比（%）	动稳定度（次/mm）
							热拌	150	140	10.8	88.4	84.9	1450
A	130	110	9.3	85.1	83.2	1309
							B	130	110	9.4	86.2	80.7	1211
C	130	115	10.0	89.0	85.9	1274
							D	130	110	8.4	83.5	77.3	833
E	130	110	8.2	78.3	79.1	906
							技术标准*	--	--	≥8	≥80	≥75	≥1000

试验数据表明，添加本发明沥青降粘剂的沥青组合物具有较低的高温粘度，可以有效降低沥青混合料的拌和、摊铺及压实温度；本发明沥青组合物能够保持较高的60℃粘度，同时具有更高的延度和较70号沥青相当的针入度和软化点，且其膜后老化性质也得到改善。应用此沥青组合物制备沥青混合料，可以实现在拌和及成型温度相对于热拌沥青混合料明显降低20～30℃的情况下，各项性能指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的要求。

Claims

1.一种沥青降粘剂，其特征在于：以重量百分比计，包括如下组分：

添加剂A：5wt%～30wt%；

添加剂B：1wt%～10wt%；

卡洛胺：1wt%～10wt%；

添加剂C：50wt%～93wt%；

其中，所述的添加剂A，熔点在60～130℃之间，包括聚乙烯蜡、微晶蜡、褐煤蜡、sasobit、硫磺、硬脂酸、二十烷酸或二十四烷酸中的一种或几种；

所述的添加剂B为高分子组分，包括聚环氧乙烷-环氧丙烷、酚醛树脂、聚丙烯酸酯、氨基树脂、聚醚、聚乙烯醇及聚乙烯醇部分酯化或缩醛化产物中的一种或多种；

所述的添加剂C为低分子组分，包括椰油脂肪酸二乙醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、烷基醇酰胺聚氧乙烯醚、嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚、烷基多苷、多元醇硬脂酸酯、山梨醇脂肪酸酯、脂肪酸环氧乙烷缩合物、蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇双油酸酯以及Spans系列和Tweens系列的酯化和醚化产物中的一种或多种。

2.按照权利要求1所述的沥青降粘剂，其特征在于：以重量百分比计优选组成包括：

添加剂A：10wt%～20wt%；

添加剂B：2wt%～5wt%；

卡洛胺：2wt%～5wt%；

添加剂C：70wt%～86wt%。

3.按照权利要求1或2所述的沥青降粘剂，其特征在于：所述的添加剂A为聚乙烯蜡和/或硬脂酸。

4.按照权利要求1或2所述的沥青降粘剂，其特征在于：所述的添加剂B为高分子组分为聚丙烯酸酯和/或氨基树脂。

5.按照权利要求1或2所述的沥青降粘剂，其特征在于：所述的添加剂C为低分子组分为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺聚氧乙烯醚和椰油脂肪酸二乙醇酰胺中的一种或几种。

6.按照权利要求1或2所述的沥青降粘剂，其特征在于：沥青降粘剂中加入有机添加剂，包括重氮乙酸乙酯、偶氮二甲酰胺、N,N-二亚硝基五次甲基四胺和偶氮二异丁腈中的一种或几种。

7.一种权利要求1或2所述的沥青降粘剂的制备方法，其特征在于包括如下内容：按配比将添加剂A、添加剂B、卡洛胺和添加剂C分别加入反应容器，混合均匀，制成沥青降粘剂。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：混合温度为60～130℃，混合时间为20～30分钟，混合过程采用常规的机械搅拌。

9.一种由权利要求1或2所述的沥青降粘剂制备的沥青组合物，其特征在于：包括基质沥青和沥青降粘剂，以基质沥青重量为基准，降粘剂为基质沥青的0.1wt%～5wt%。

10.按照权利要求9所述的沥青组合物，其特征在于：所述的基质沥青为直馏沥青、氧化沥青和溶剂脱油沥青中的一种或多种，其针入度为60～120 1/10mm。

11.一种权利要求9所述的沥青组合物的制备方法，包括如下内容：按配比将沥青降粘剂添加到基质沥青中，混合均匀，得到沥青组合物。

12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于：混合温度为130～150℃，混合时间为30～60分钟；混合过程采用机械搅拌、超声、微波或高剪切技术手段中的一种或几种组合。

13.一种权利要求9所述的沥青组合物的在道路铺筑、维修和建筑中的应用。