CN110358315A - 一种核壳结构环氧树脂改性沥青乳液的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了核壳结构环氧树脂改性沥青乳液的制备方法，包括以下步骤：将自乳化环氧树脂或其中添加油性环氧树脂与热沥青混合后再乳化，制得沥青乳液，所述沥青乳液为乳胶粒内核为沥青，外层包裹环氧树脂的核壳结构；能够降低热沥青粘度便于乳化，同时减小改性乳化沥青胶乳的粒径，环氧树脂在沥青中可以达到微米‑纳米程度的分散效果，同时降低环氧与固化剂的损耗，可达到性能可调、节能降耗、节约成本、储存稳定、便于制备、更加环保等目的，并具备性能改善的显著效果。本发明制备的环氧改性沥青乳液，适用于各类土木建筑工程、防水与防腐等防护工程作为结构材料及功能性材料。

Description

一种核壳结构环氧树脂改性沥青乳液的制备方法

技术领域

本发明涉及沥青改性领域，特别涉及一种核壳结构环氧树脂改性沥青乳液的制备方法。

背景技术

环氧树脂改性是提高乳化沥青性能的技术手段，现有技术普遍是先将环氧树脂水性化，再与乳化沥青混配的方法，尚存不足之处。环氧改性乳化沥青的改性方法多样，例如：专利CN1441032、CN102010607、CN1903941先制备乳化沥青，然后将环氧胶乳加入乳化沥青中搅拌混合均匀；CN105462273采用双组分体系，A组分为乳化沥青、SBS胶乳、固化剂；B组分为环氧树脂、稀释剂、溶剂、乳化剂；CN102010609采用亲水性环氧树脂水溶液混配入乳化沥青中实现改性。现有技术的特征是沥青单独乳化再掺配环氧改性剂。由于绝大部分环氧树脂及固化剂均为油性物，需先将环氧树脂及固化剂进行水性化处理(乳化或化学改性水溶化)，制成环氧改性剂，再将其掺混乳化沥青，后期操作较为方便。但现有技术任然存在许多不足，具体包括：1.成膜固化后的环氧改性沥青材料两相分散不匀，性能低于预期：热乳化的沥青乳胶粒通常粒径为2-10微米，远大于乳液聚合的大部分胶乳；室温下，掺配的环氧树脂(极性强)在破乳、成膜的过程中不能扩散进入沥青(极性弱)，并有自身团聚倾向；环氧树脂与乳化沥青的乳化剂体系不同，二者破乳几乎不可能同时进行，一前一后分别破乳导致单相离析，因而改性乳液干燥形成的沥青膜中，环氧树脂以较大的团块呈岛状独立分布于其中；只有加大环氧树脂用量才能形成环氧连续相，达到较高的性能；沥青单独成相，其温度敏感性没有得到有效改善，高温软化、低温脆裂。2.固化剂损耗大，固化效率不高：水性化的固化剂无论以何种方式混入体系，都会随水扩散并流失、受集料或填料吸附等消耗；仅有进入环氧树脂的部分才参与固化反应，环氧树脂固化不完全，难以充分发挥其改性作用。因此，这些不足导致环氧改性的效果不能达到预期，或者为达到较高性能必须加大环氧树脂添加量，造价攀升。3.存在一定的排放污染问题：水溶性环氧与水性固化剂均易随水体流失扩散造成污染；环氧需单独乳化，额外增加乳化剂用量，水溶性的乳化剂同样也会带来一定的环境污染。此外，环氧树脂的亲水化改性处理，通常会消耗一部分活性基团，一定程度劣化原料环氧树脂固化后的性能。由此可见，现有技术尚不完善，存在较大的提升空间。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种核壳结构环氧树脂改性沥青乳液的制备方法，能够降低热沥青粘度便于乳化，同时减小改性乳化沥青胶乳的粒径，环氧树脂在沥青中可以达到微米-纳米程度的分散效果，同时降低环氧与固化剂的损耗。

本发明的核壳结构环氧树脂改性沥青乳液的制备方法，包括以下步骤：将环氧树脂与热沥青混合后再乳化，制得沥青乳液，所述沥青乳液为乳胶粒内核为沥青，外层包裹环氧树脂的核壳结构；

进一步，所述热沥青为加热至呈流动状态的沥青；

进一步，将沥青加热至粘度≤0.4Pa.s；

进一步，调节温度使混合均匀的混合物粘度≤0.3Pa.s；

进一步，所述环氧树脂与热沥青质量比为100:5～100:50；

进一步，还包括助剂，所述助剂、环氧树脂与热沥青混合后再乳化；

进一步，所述助剂为表面活性剂；

进一步，所述环氧树脂为自乳化环氧树脂、油性环氧树脂中的一种或几种；

进一步，所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、十六烷基三甲基氯化铵、吐温20、十二烷基硫酸钠、司盘80、OP-10中的一种或几种。

本发明的有益效果：本发明的核壳结构环氧树脂改性沥青乳液的制备方法，采用自乳化环氧树脂均匀混合在热沥青中，在皂液中可选择补充少量乳化剂，按普通乳化沥青的工艺方法进行一次性乳化，得到环氧树脂改性乳化沥青，其乳胶粒内核为沥青，外层包裹环氧树脂，具有显著核壳结构特征。该方法具有以下特点：

1.降低热沥青粘度便于乳化，同时减小改性乳化沥青胶乳的粒径：沥青乳化温度通常在130℃左右，环氧树脂在此温度下粘度很低，添加入沥青中可降低热沥青粘度，在同等的机械剪切乳化作用下，可获得更小的乳胶粒径；同时也可适当降低乳化温度条件，便于制备操作，也有利于乳液稳定性的改善。

2.改性乳液成膜后环氧树脂分布均匀，提升成膜固化后的性能：亲水性的自乳化环氧树脂扮演了乳化剂的角色，乳化过程中包裹于油性沥青颗粒外表面，膜厚在纳米-微米范围，形成核壳结构；仅少量添加表面活性剂，即可获得稳定悬浮的改性乳胶粒。破乳后核壳乳胶粒融并成膜，环氧树脂分布均匀并易于形成连续相；在固化剂参与反应后，固化为网络结构并对填料、集料、基材形成粘结力。适当控制固化速度，可防止成膜中沥青与环氧的离析，达到环氧树脂在沥青中微米-纳米程度的分散效果。其匀质性可充分发挥环氧树脂的改性效果，较大幅度提高成膜固化后的性能。

3.固化反应充分并降低环氧与固化剂的损耗：由于环氧树脂位于改性乳胶粒的表面，乳液破乳干燥过程中，水性固化剂先与环氧树脂接触，并发生固化反应，可防止环氧树脂随水扩散；有别于现有技术中部分固化剂吸附于基质沥青乳胶粒，并未参与环氧树脂固化反应，造成固化剂损耗、固化慢、固化不彻底等不利。

4.性能可调控：本方法还可以在自乳化环氧树脂中添加普通油性环氧树脂，制备工艺不变，获得内核沥青、次外层油性环氧、表面层自乳化环氧三层精细结构的乳胶粒，通过改变油性环氧树脂的类型、掺量，获得性质范围较宽的核壳结构环氧改性乳化沥青，便于适应各类不同的用途。

5.适用性、经济性与环保性：由于环氧树脂绝大部分为油性，并与自乳化环氧树脂具有相容性，因此本发明扩大了环氧树脂原材料的可选范围，使得最终产物性能可变范围也扩大，适用面广；只需一次性乳化操作，缩短了制备路径；自乳化环氧树脂取代了大部分乳化剂，减小了乳化剂的消耗；由于性能提升、原料损耗降低，可降低环氧树脂的掺加量，取得较好的经济性；无需对环氧树脂单独进行水性化处理，也可降低造价；并且同时减小了现有技术的可水溶物及环氧乳化剂在环境中的排放污染。

总之，本发明的方法，进行环氧改性沥青乳液的制备及其应用，在适用性、便利性、质量稳定性、经济性、环保性等方面都可取得明显的效果。

具体实施方式

为对比以下实施例的效果，平行制备参照样：按现有技术，直接将自乳化环氧树脂先制成乳液，然后掺混同一基质沥青制备的乳化沥青，制成普通环氧改性乳化沥青，固化剂采用相同的水性固化剂，平行制成参照样试件，按国标GB/T9779进行拉拔粘接强度测试对比性能。

实施例一

采用自乳化环氧树脂改性70#乳化沥青，原材料配比为沥青:自乳化环氧树脂:烷基酚聚氧乙烯醚＝100:10:0.2，

制备过程为：先将沥青加热至粘度≤0.4Pa.s使之呈流动状态，将自乳化环氧树脂、烷基酚聚氧乙烯醚投入热沥青搅拌均匀，根据降粘效果，调整温度至粘度≤0.3Pa.s，按照普通沥青的方法进行乳化操作，皂液温度控制在60±5℃范围，实施乳化，即得核壳结构环氧改性沥青乳液。

实测本专利方法制备的乳液平均粒径相对于参照样减小43％；粘接强度测试结果显示，相对于参照样强度0.28Mpa，采用本专利制备的核壳结构乳液粘接强度提高58％。

实施例二

自乳化环氧树脂添加E44环氧树脂改性90#乳化沥青：原材料配比为沥青:E44:自乳化环氧树脂:助剂＝100:10:5:0.5，所述助剂为十六烷基三甲基氯化铵、烷基酚聚氧乙烯醚按1:2比例的混合物。

制备过程为：先将沥青加热至粘度≤0.4Pa.s使之呈流动状态，将自乳化环氧树脂、助剂投入热沥青搅拌均匀，根据降粘效果，调整温度至粘度≤0.3Pa.s，按照普通沥青的方法进行乳化操作，皂液温度控制在60±5℃范围，实施乳化，即得核壳结构环氧改性沥青乳液。

实测本实施例制备的乳液平均粒径相对于参照样减小48％；粘接强度测试结果显示，相对于参照样强度0.56Mpa，采用本专利制备的核壳结构乳液粘接强度提高94％。

实施例三

自乳化环氧树脂掺加E51环氧树脂改性200#乳化沥青：原材料配比为沥青:E51:自乳化环氧树脂:助剂＝100:15:5:1，所述助剂为十六烷基三甲基溴化铵、吐温20、烷基酚聚氧乙烯醚按1:1:1比例的混合物。

制备过程为：先将沥青加热至粘度≤0.4Pa.s使之呈流动状态，，将自乳化环氧树脂、E51、助剂投入热沥青搅拌均匀，根据降粘效果，调整温度至粘度≤0.3Pa.s，按照普通沥青的方法进行乳化操作，皂液温度控制在60±5℃范围，实施乳化，，即得核壳结构环氧改性沥青乳液。

实测本实施例制备的乳液平均粒径相对于参照样减小53％；粘接强度测试结果显示，相对于参照样强度0.82Mpa，采用本专利制备的核壳结构乳液粘接强度提高104％。

实施例四

自乳化环氧树脂掺加E51环氧树脂改性200#乳化沥青：原材料配比为沥青:E51:自乳化环氧树脂:助剂＝100:35:5:0.8，所述助剂为所述助剂为十二烷基硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚按2:1比例的混合物。

制备过程为：先将沥青加热至粘度≤0.4Pa.s使之呈流动状态，，将自乳化环氧树脂、E51、助剂投入热沥青搅拌均匀，根据降粘效果，调整温度至粘度≤0.3Pa.s，按照普通沥青的方法进行乳化操作，皂液温度控制在60±5℃范围，实施乳化，，即得核壳结构环氧改性沥青乳液。

实测本实施例制备的乳液平均粒径相对于参照样减小76％；粘接强度测试结果显示，相对于参照样强度1.34Mpa，采用本专利制备的核壳结构乳液粘接强度提高121％。

实施例五

采用自乳化环氧树脂改性70#乳化沥青，原材料配比为沥青:自乳化环氧树脂:司盘80:OP-10＝100:5:0.2:0.1。

制备过程为：先将沥青加热至粘度≤0.4Pa.s使之呈流动状态，将自乳化环氧树脂、司盘80、OP-10投入热沥青搅拌均匀，根据降粘效果，调整温度至粘度≤0.3Pa.s，按照普通沥青的方法进行乳化操作，皂液温度控制在60±5℃范围，实施乳化，，即得核壳结构环氧改性沥青乳液。

实测本专利方法制备的乳液平均粒径相对于参照样减小45％；粘接强度测试结果显示，相对于参照样强度0.22Mpa，采用本专利制备的核壳结构乳液粘接强度提高59％。

实施例六

采用自乳化环氧树脂改性70#乳化沥青，原材料配比为沥青:自乳化环氧树脂:十二烷基硫酸钠:OP-10＝100:10:0.2:0.2。

制备过程为：先将沥青加热至粘度≤0.4Pa.s使之呈流动状态，将自乳化环氧树脂、十二烷基硫酸钠、OP-10投入热沥青搅拌均匀，根据降粘效果，调整温度至粘度≤0.3Pa.s，按照普通沥青的方法进行乳化操作，皂液温度控制在60±5℃范围，实施乳化，，即得核壳结构环氧改性沥青乳液。

实测本专利方法制备的乳液平均粒径相对于参照样减小82％；粘接强度测试结果显示，相对于参照样强度0.28Mpa，采用本专利制备的核壳结构乳液粘接强度提高72％。

上述实施例中，均为将助剂与环氧树脂混合均匀后再加入热沥青中，也可分别投入热沥青中。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种核壳结构环氧树脂改性沥青乳液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将环氧树脂与热沥青混合后再乳化，制得沥青乳液，所述沥青乳液为乳胶粒内核为沥青，外层包裹环氧树脂的核壳结构。

2.根据权利要求1所述的核壳结构环氧树脂改性沥青乳液的制备方法，其特征在于：所述热沥青为加热至呈流动状态的沥青。

3.根据权利要求2所述的核壳结构环氧树脂改性沥青乳液的制备方法，其特征在于：将沥青加热至粘度≤0.4Pa.s。

4.根据权利要求3所述的核壳结构环氧树脂改性沥青乳液的制备方法，其特征在于：调节温度使混合均匀的混合物粘度≤0.3Pa.s。

5.根据权利要求1所述的核壳结构环氧树脂改性沥青乳液的制备方法，其特征在于：所述热沥青与环氧树脂质量比为100:5～100:50。

6.根据权利要求1所述的核壳结构环氧树脂改性沥青乳液的制备方法，其特征在于：还包括助剂，所述助剂、环氧树脂与热沥青混合后再乳化。

7.根据权利要求6所述的核壳结构环氧树脂改性沥青乳液的制备方法，其特征在于：所述助剂为表面活性剂。

8.根据权利要求7所述的核壳结构环氧树脂改性沥青乳液的制备方法，其特征在于：所述环氧树脂为自乳化环氧树脂、油性环氧树脂中的一种或几种。