无机层状化合物改性乳化沥青及其制备方法

摘要

本发明公开了一种无机层状化合物改性乳化沥青及其制备方法，改性乳化沥青按质量份计包括：基础沥青：20~80份，剥离态水滑石胶体溶液：20~80份。其中剥离态水滑石胶体溶液是将乳酸插根层水滑石与适量水混合搅拌得到的。制备方法：将乳化剂溶于剥离态水滑石胶体溶液中，制备成混合溶液，调节pH值至5~6，和基础沥青同时加入到胶体磨迅速混合，即可得到无机层状化合物改性乳化沥青。本发明无机层状化合物改性乳化沥青具有优良的耐磨性、强度和抗老化性，添加剂绿色环保，成本低，制备简便。在道路铺筑与维修、建筑防水、水工防渗等建筑工程上有着广阔的应用前景。

权利要求

1.一种无机层状化合物改性乳化沥青，其特征在于按质量份计包括：基础沥青：20~80份；

剥离态水滑石胶体溶液：20~80份；

乳化剂：0.04~1.6份；

其中剥离态水滑石胶体溶液的固体质量含量为0.05 %～2%。

2.按照权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于：基础沥青用量为35~50份，剥离态水滑石胶体溶液用量为35~50份。

3.按照权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于：基础沥青为石油沥青或聚合物改性沥青。

4.按照权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于：剥离态水滑石胶体溶液是通过乳酸根插层水滑石与水经加热搅拌制得。

5.按照权利要求4所述的乳化沥青，其特征在于：乳酸根插层水滑石的分子式为 [Mg1-xAlx(OH)2](C3H5O3)y(CO3)z·mH2O，x=0.2~0.33，y=0.068~0.33，z=0~0.066，

0.1≤m≤0.8，x=y+z+z，其中C3H5O3代表乳酸根，CO3代表碳酸根。

6.按照权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于：乳化剂为阳离子乳化剂、两性乳化剂和非离子乳化剂。

7.按照权利要求1或6所述的乳化沥青，其特征在于：乳化剂为季铵盐、咪唑啉、胺化木质素、氨基酸钠和烷基聚环氧乙烯醚中的一种或几种。

8.权利要求1至7任一权利要求所述乳化沥青的制备方法，其特征在于包括如下过程：（1）将乳酸根插层水滑石、水加入反应器，加热搅拌反应0.5~24h，得到剥离态水滑石胶体溶液；

（2）将乳化剂溶于剥离态水滑石胶体溶液中，加热到55~65℃，制备成混合溶液，调节pH值5~6，和基础沥青同时加入到胶体磨迅速混合，即可得到无机层状化合物改性乳化沥青。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于：剥离态水滑石胶体溶液是通过乳酸根插层水滑石与水在加热搅拌方法制得，加热温度为25～200℃，加热时间为0.5～24h。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：加热温度为90～150℃。

说明书

无机层状化合物改性乳化沥青及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种改性乳化沥青及其制备方法，具体地说是一种用于道路铺筑、维修养护，建筑防水行业的无机层状化合物改性乳化沥青组合物及其制备方法。

背景技术

[0002] 公路交通是交通的主要构成部分，高等级公路特别是高速公路是各国的主要干线公路，其交通量大，重型车较多，车载作用时间间歇短，由于行车速度快，车载对路的作用冲击力大，偶然条件下车辆刹车滑行距离长等。在行车荷载的作用下，路面过早地出现车辙和坑槽现象，在光、热及水等的作用下，引起沥青和矿料界面的粘附性降低，导致路面出现剥落、松散、坑洞等破坏。这样使公路的维修养护周期缩短，从而大大增加了维修和养护的费用。特别是对于蜡含量相对较高的石油沥青来说，其延度小，与矿料结合力不强，对温度敏感性高，在抗老化性方面的性能需要进一步提高。同时，在世界性能源供应紧张的影响下，在筑路工程中要求节省能源、节约资源、保护环境、减少污染的呼声也越来越高。寻找一种良好耐磨性、强度和抗老化性的改性沥青就成为当前亟待解决的一个重要问题，尤其是在已建公路的维修养护过程中。此外，随着经济的发展，对建筑防水材料需求量的也不断增加，建筑物的防水要求的不断提高，而目前市场上防水材料的价格普遍较高，也需要开发成本低、防水效果好的新型防水材料来投放市场。

[0003] 乳化沥青是一种常用的沥青材料，与热沥青相比，乳化沥青具有节省能源、使用方便、环保等优点。CN200510103505.1中介绍了一种有机膨润土组合物改性乳化沥青，生产效率高、生产易控制、操作方便、成本低等优点，但是对于乳化沥青的耐磨性和抗老化性方面的性能还有待于提高。CN200610032241.X中的介绍了一种无机纳米粒子与聚合物复合改性乳化沥青，无机纳米粒子为纳米氧化硅、氧化钛、氧化锌、氧化铝等，虽然具有一定的改性效果，但是所使用的大部分添加剂的成本较高。CN200710035073.4中介绍了一种无机粉体与纳米材料复合改性乳化沥青裂缝修补料沥青，具有优良的耐磨性、强度、优良的防水效果及很好的渗透等综合性能，但是简单的无机纳米粒子与乳化沥青的混合，势必会产生相容性差，分散性不好的问题。

发明内容

[0004] 针对现有技术的不足，本发明提供一种无机层状化合物改性乳化沥青及其制备方法，本发明水滑石改性乳化沥青具有优良的耐磨性、强度和抗老化性，良好的分散效果，添加剂绿色环保，成本低，制备简便。

[0005] 本发明无机层状化合物改性乳化沥青，按质量份计包括：

[0006] （1） 基础沥青：20~80份，优选为35~50份

[0007] （2） 剥离态水滑石胶体溶液：20~80份，优选为35~50份

[0008] （3） 乳化剂：0.04~1.6份

[0009] 其中基础沥青根据应用的场合确定所需的性质，可以为普通重交道路石油沥青，如：AH-70（埃索70号，以下类推），AH-90，AH-110，也可以是聚合物改性沥青，如：SBS改性沥青，SBR改性沥青，或者是废胶粉、胶乳等其他类型改性沥青，上述基础沥青的25℃针入度为50-160，以0.1mm计。

[0010] 其中剥离态水滑石胶体溶液的固体质量含量为0.05 %～2%，是通过乳酸根插层水滑石与水在加热搅拌方法制得。

[0011] 本发明改性乳化沥青中，用于剥离的水滑石为乳酸根插层水滑石，优选为镁铝乳酸根水滑石，如具体为分子式为[Mg1-xAlx(OH)2](C3H5O3)y(CO3)z·mH2O，x=0.2~0.33，y=0.068~0.33，z=0~0.066，0.1≤m≤0.8，x=y+z+z。其中C3H5O3代表乳酸根，CO3代表碳酸根，碳酸根的存在，一般为乳酸根插层水滑石制备过程中空气中CO2的影响。

[0012] 本发明改性乳化沥青中，剥离态乳酸根插层水滑石的来源为（Hibino T, Kobayashi M. Delamination of layered double hydroxides in water[J]. J. Mater. Chem., 2005, 15: 653-656）。

[0013] 本发明中乳化剂可以为常用的阳离子乳化剂、两性乳化剂和非离子乳化剂，如：季铵盐、咪唑啉、胺化木质素、氨基酸钠和烷基聚环氧乙烯醚等中的一种或几种。

[0014] 本发明无机层状化合物改性乳化沥青的制备方法如下：

[0015] （1）将乳酸根插层水滑石、水加入反应器，加热搅拌反应0.5~24h，得到剥离态水滑石胶体溶液；

[0016] （2）将乳化剂溶于剥离态水滑石胶体溶液中，加热到55~65℃，制备成混合溶液，调节pH值5~6，和基础沥青同时加入到胶体磨迅速混合，即可得到无机层状化合物改性乳化沥青。

[0017] 其中剥离态水滑石胶体溶液的固体质量含量为0.05 %～2%，是通过乳酸根插层水滑石与水在加热搅拌方法制得。加热温度可以是25～200℃，优选为90～150℃，加热时间为0.5～24h。

[0018] 其中制备剥离态水滑石胶体溶液的反应器为带搅拌的常压容器或高压反应釜。

[0019] 本发明针对现有技术的不足，提供一种水滑石改性乳化沥青组合物及其制备方法，该改性乳化沥青选用的添加剂为剥离态乳酸根插层水滑石，利用其纳米材料独特的表面效应，小尺寸效应，宏观量子隧道效应和水滑石层状材料的特殊性质，使水滑石改性乳化沥青具有优良的耐磨性、强度和抗老化性，添加剂成本低，制备简单。在道路铺筑与维修、建筑防水、水工防渗等建筑工程上有着良好的使用性能。

[0020] 剥离态水滑石与乳化沥青作用机理：由于水滑石的层状结构，使得水滑石在与沥青相互作用时，层间表面难于与沥青分子接触，使得大部分表面被浪费。而剥离态的水滑石，由于层状化合物的层板内存在强的共价键作用，而层间则是一种弱的相互作用力（一般是范德华力），因此层与层容易被其它分子撑开或剥离，而层板结构不受影响，这样就能够充分利用水滑石的层间表面，使水滑石与沥青分子在更小的尺度下复合，消除空间效应、扩散阻力的影响，增强水滑石层板与沥青分子之间的相互作用，更有效的提高对沥青骨料的结合性，可增大沥青黏附力。剥离水滑石层板均匀分散在乳化沥青中，相当于无数个微小骨料微粒，将沥青材料紧紧地结合在一起，可以抵抗低温其脆性和低温性能。剥离水滑石的加入，增加了沥青材料的内聚力，提高了黏度，使得高温下沥青材料不易变形、软化和流动，因而有利于其高温性能的提高。

具体实施方式

[0021] 下面通过实施例对本发明进一步说明，但不因此限制本发明，其中的百分含量为质量百分含量，份数为重量份数。

[0022] 实施例1

[0023] 步骤1：将乳酸根插层镁铝水滑石、适量去离子水加入反应器，100℃回流，持续搅拌反应2h，制得透明的剥离态水滑石胶体溶液，水滑石的固含量为0.8%。

[0024] 步骤2：将0.6份十八烷基三甲基氯化铵加入到45份剥离态水滑石胶体溶液，最后将混合溶液加热到55~60℃，调节pH值至5~6，将55份AH-90加热到100~120℃，同时加入到胶体磨中，快速混合均匀，得到固含量为55%水滑石改性乳化沥青。

[0025] 实施例2

[0026] 制备剥离态水滑石胶体溶液方法同实施例1中步骤1，其中水滑石的固含量为1.2%。

[0027] 将0.6份十八烷基三甲基氯化铵加入到40份剥离态水滑石胶体溶液，最后将混合溶液加热到55~60℃，调节pH值至5~6，将60份AH-90加热到100~120℃，同时加入到胶体磨中，快速混合均匀，得到固含量为60%水滑石改性乳化沥青。

[0028] 实施例3

[0029] 制备剥离态水滑石胶体溶液方法同实施例1中步骤1，其中水滑石的固含量为1.6%。

[0030] 将0.6份十八烷基三甲基氯化铵加入到45份剥离态水滑石胶体溶液，最后将混合溶液加热到55~60℃，调节pH值至5~6，将55份SBS改性沥青加热到140~160℃，同时加入到胶体磨中，快速混合均匀，得到固含量为55%水滑石改性乳化沥青。

[0031] 实施例4

[0032] 制备剥离态水滑石胶体溶液同实施例1中步骤1，其中水滑石的固含量为1.8%。

[0033] 将0.6份十八烷基三甲基氯化铵加入到40份剥离态水滑石胶体溶液，最后将混合溶液加热到55~60℃，调节pH值至5~6，将60份SBS改性沥青加热到140~160℃，同时加入到胶体磨中，快速混合均匀，得到固含量为60%水滑石改性乳化沥青。

[0034] 表1 基础沥青性能指标。

[0035]项目 AH-90 SBS改性沥青
针入度（25℃），0.1mm 97 82
软化点，℃ 46.5 68
延度，cm 150（15℃） 48（5℃）

[0036] 表2 水滑石改性乳化沥青性能指标。

[0037]试验项目 单位 分析方法 实施例1 实施例2
破乳速度 — T0658 中裂 中裂
粒子电荷 — T0653 + +
筛上剩余量 （1.18mm） ％ T0652 0.01 0.03
蒸发残留物性质
含量 ％ T0651 55 60
针入度（100g，25℃,5s） dmm T0604 83 80