一种环保型沥青冷再生剂及其加工方法与流程

1.本发明涉及沥青冷再生剂的领域，尤其是涉及一种环保型沥青冷再生剂及其加工方法。


背景技术：

2.随着我国公路建设的快速发展，每年需要翻修的沥青路面数量迅速增加。如果大量挖掘和研磨的沥青混合料被丢弃，将污染环境和浪费资源，新石料的开发将破坏生态环境。冷再生技术不仅可以节约能源和资源，使旧沥青混合料得到100％的利用，而且可以延长施工季节，改善施工人员的工作条件，减少环境污染。然而，目前冷再生混合料的质量不能满足沥青路面面层的质量标准，只能用于基层。如果能扩大其应用范围，不局限于基层，那么其经济效益无疑将非常巨大。因此，研制满足路面表层要求的冷再生再生再生混合料具有重要意义。
3.中国常用的再生剂有油溶性和水溶性。油溶性再生剂主要用于热再生。其主要成分通常为轻油、焦油提取物或石油树脂提取物。当用于冷再生时，它们对旧沥青的溶解、分散和渗透有限，并且含有高芳香分，容易挥发，造成严重的环境污染。水溶性再生剂不使用有机溶剂，环保无毒，更符合环保材料的要求。因此，水溶性再生剂是未来的发展趋势。目前，水溶性试剂大多是乳化沥青与乳液形成改性乳化沥青，但沥青和乳液只是简单地混合。胶乳在乳化沥青的连续相中是一种漂浮状态，在储存过程中会发生不同程度的分离，改性乳化沥青难以实现均质体系，且改性乳化沥青效果不佳。


技术实现要素：

4.本发明的目的是：提供一种呈均相体系且稳定性好的环保型沥青冷再生剂及其加工方法。
5.为了达到上述目的，本发明的技术方案提供了一种环保型沥青冷再生剂及其加工方法，沥青冷再生剂按质量份计算，包括100份的乳化沥青和15-30份的水性环氧复合物；水性环氧复合物按质量份计，包括100份a组分和15-30份b组分；a组分另按质量份计，包括100份的水性环氧乳液、15-30份的封端型水性聚氨酯、2-4份的缔合型增稠剂、以及2-4份的偶联剂；b组分另按质量粉剂，包括100份的胺类水性环氧固化剂和15-30份的促进剂。
6.通过采用上述设置，可有效提高环保型沥青冷再生剂的稳定性。
7.优选的，沥青冷再生剂按质量份计算，包括100份的乳化沥青和25-30份的水性环氧复合物；水性环氧复合物按质量份计，包括100份a组分和25-30份b组分。
8.通过采用上述设置，进一步使冷再生剂呈均相体系、稳定性好。
9.优选的，a组分另按质量份计算，包括100份的水性环氧乳液、30份的封端型水性聚氨酯、3份的缔合型增稠剂、以及3份的偶联剂。
10.通过采用上述设置，进一步增强有机树脂与石料、沥青的相互作用，增强使用效果。
11.优选的，乳化沥青由以下组份制备而成：重交沥青40-50份、液体硫磺6-16份、丁苯胶乳2-10份、烷基丙烯二胺2-5、十八烷基三甲基氯化铵0.1-2份、聚丙烯酰胺0.1-2份、氯化钾1-1.5份、酸0.5-3份、以及水35-40份。
12.优选的，丁苯胶乳为阳离子乳聚型，固含量为40-60％，其中结合苯乙烯含量为22-25％。
13.优选的，稳定剂为有机高分子材料或无机盐；有机高分子材料为甲基纤维素、聚乙烯醇、明胶、淀粉、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠或羟丙基纤维素中的一种或一种以上混合物。
14.通过采用上述设置，能够同时提高沥青的高温、低温性能，又能节约沥青，降低生产成本，改善沥青路面的高温稳定性。
15.优选的，水性环氧乳液由以下组分制备而成：环氧树脂、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、引发剂、反应型乳化剂、丙烯酸酯类单体、环氧稀释剂、以及水。
16.通过采用上述设置，可使水性环氧乳液具有良好的分散性、稳定性、耐水性和柔韧性，不含有机挥发物，环保无污染。
17.优选的，包括以下步骤：
18.制作a组分：利用剪切混合设备将水性环氧乳液、封端型水性聚氨酯、缔合型增稠剂和偶联剂按配比混合，得到a组分；
19.制作b组分：将胺类水性环氧固化剂与促进剂在搅拌作用下混合均匀，得到b组分；
20.制备水性环氧复合物：将a组分与b组分按对应质量比混合均匀，得到水性环氧复合物；
21.制备沥青冷再生剂：在容器中，边搅拌乳化沥青边缓慢加入水性环氧复合物，持续搅拌至混合液均匀，得到含水性环氧复合物的沥青冷再生剂。
22.通过上述设置，兼顾了强度和韧性，且工艺简单，相对环保，该方法还避免了废旧沥青混合料的废弃，减少了施工费用，带来的经济、社会效益十分显著。
23.改性乳化沥青的制备方法为：
24.液体硫磺和沥青加入到反应釜中，在180℃条件下反应1.5h,降温至150℃；
25.称取阳离子乳化剂烷基丙烯二胺，十八烷基三甲基氯化铵加入到水中，再加入聚丙烯酰胺，氯化钾，边搅拌边加入酸，调ph值为3-5，配制成乳化剂水溶液并保持50℃；
26.优选的，在乳化机作用下，将温度为140℃的硫磺沥青均匀加入到乳化液中，乳化3min得到沥青乳液，乳液温度低于60℃后，加入阳离子丁苯胶乳，再经过搅拌均匀，即可制得改性乳化沥青。
27.通过采用上述方法，能大幅提高沥青的软化点，改善沥青的高温性能，同时具有较好的低温性能，又能节约沥青，降低生产成本，不仅能提高沥青路面的强度和稳定性，防止沥青路面在荷载作用下产生剥落等病害。
28.优选的，水性环氧乳液的制备方法为：
29.将环氧树脂、碱性催化剂和马来酸单聚乙二醇单甲醚酯混合，在180-220℃下反应5-8h；
30.将引发剂、水、反应型乳化剂混合均匀，加入环氧树脂、环氧稀释剂、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、丙烯酸酯类单体，在90-95℃下反应2-3h。
31.通过采用上述制备方法制作的水性环氧乳液粘度低、粒径小，具有良好的分散性、稳定性、耐水性和柔韧性，不含有机挥发物
32.综上所述，本发明包括以下有益技术效果：
33.本发明通过在复合材料中引入封端型水性聚氨酯，不仅提高了体系的韧性，避免了水性环氧树脂使用易脆化的现象，而且显著提高了其耐磨性；此外，封端水性聚氨酯本身也是一种交联剂，在胺类固化剂和促进剂的作用下，封端的水性聚氨酯在室温下可逐渐启封，并与环氧树脂进一步交联，在短时间内形成更大的强度。
附图说明
34.图1是本发明实施例1至实施例4的冷再生剂性能指标表；
35.图2是本发明实施例5至实施例7的冷再生剂性能指标表。
具体实施方式
36.本发明实施例公开一种环保型沥青冷再生剂及其加工方法，以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
37.实施例1：
38.在本实施例中，沥青冷再生剂按质量份计算，包括100份的乳化沥青和15份的水性环氧复合物；水性环氧复合物按质量份计，包括100份a组分和30份b组分；
39.a组分另按质量份计，包括100份的水性环氧乳液、15份的封端型水性聚氨酯、0.5份的缔合型增稠剂、以及0.5份的偶联剂；b组分另按质量份计，包括100份的胺类水性环氧固化剂和10-20份的促进剂。
40.沥青冷再生剂的制备方法包括以下步骤：
41.制作a组分：利用剪切混合设备将水性环氧乳液、封端型水性聚氨酯、缔合型增稠剂和偶联剂按配比混合，以1000-1200转/分钟的速度剪切10-20min，得到a组分；
42.制作b组分：将胺类水性环氧固化剂与促进剂在500-600转/分钟搅拌作用下混合均匀，得到b组分；
43.制备水性环氧复合物：将a组分与b组分按对应质量比混合均匀，得到水性环氧复合物；
44.制备沥青冷再生剂：在容器中，边搅拌乳化沥青边缓慢加入水性环氧复合物，以100-200转/分钟的速度持续搅拌至混合液均匀，得到含水性环氧复合物的沥青冷再生剂。
45.本发明制备出的沥青冷再生剂，兼顾了强度和韧性，整体路用性能优异；在达到路面上面层要求的同时，并未使用任何有机溶剂，且工艺简单，施工环境好，这在国内鲜有报道；该方法还避免了废旧沥青混合料的废弃，减少了施工费用，带来的经济、社会效益十分显著。
46.其中，乳化沥青的制备方法如下：
47.将液体硫磺和沥青加入到反应釜中，在180-185℃条件下反应1-1.5h,降温至130-150℃；
48.将阳离子乳化剂加入到水中，再加入稳定剂，边搅拌边加入酸，调ph值为3-5，配制成乳化剂水溶液并保持50-65℃；
49.在乳化机作用下，将温度为130-150℃的硫磺改性沥青均匀加入到乳化液中，乳化3-5min得到沥青乳液，乳液温度低于60℃后，加入丁苯胶乳，再经过搅拌均匀，即可制得乳化沥青。
50.通过采用上述制备方法得到的乳化沥青，能大幅提高沥青的软化点，改善沥青的高温性能，同时具有较好的低温性能，又能节约沥青，降低生产成本，不仅能提高沥青路面的强度和稳定性，防止沥青路面在荷载作用下产生车辙、剥落等病害，还能改善路面的抗疲劳开裂性能。
51.并且，丁苯胶乳为阳离子乳聚型，固含量为40-60％，其中结合苯乙烯含量为22-25％，优选固含量为40％的丁苯胶乳，该丁苯胶乳与沥青相容性好，有更好的耐低温性能和抗冻性；稳定剂为有机高分子材料或无机盐；其中，有机高分子材料为甲基纤维素、聚乙烯醇、明胶、淀粉、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠或羟丙基纤维素中的一种或一种以上混合物。
52.其中，水性环氧乳液的制备方法包括以下步骤：
53.制备反应型乳化剂：将环氧树脂、碱性催化剂和马来酸单聚乙二醇单甲醚酯混合，在180-220℃下反应5-8h；
54.制备水性环氧乳液：将引发剂、水、反应型乳化剂混合均匀，加入环氧树脂、环氧稀释剂、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、丙烯酸酯类单体，在90-95℃下反应2-3h。
55.通过采用上述制备方法制作的水性环氧乳液粘度低、粒径小，具有良好的分散性、稳定性、耐水性和柔韧性，不含有机挥发物。
56.其中，封端型水性聚氨酯的制备方法包括以下步骤：
57.制备聚氨酯预聚体ppu：将真空脱水后的聚己二酸1，4-丁二醇酯和异佛尔酮二异氰酸酯加入干燥的三口烧瓶中，搅拌均匀，滴加催化剂二月桂酸二丁基锡，在70℃下反应1.5h；将温度调至80℃，加入二羟甲基丙酸，继续反应2.5h；
58.制备封端型水性聚氨酯：向制得的聚氨酯预聚体ppu中加入氨基乙酸和十八胺，在70℃下反应1h，降温至40℃后，加入三乙胺中和30min后，降温至室温，在剧烈搅拌条件下缓慢加入蒸馏水，高速乳化30min，静置直到表层泡沫自动消除，最后减压蒸馏去除丙酮后即得到封端型水性聚氨酯。
59.通过采用上述制备方法制作的封端型水性聚氨酯具有环境友好性、无毒，具有良好的应用前景。针对目前水性聚氨酯耐水性能的不足，在一定程度得到改善，产品综合性能优良。在结构上亲/疏水末端可以充分发挥各自的作用，整体上减少了亲水扩链剂的使用提高了疏水效果。
60.其中，缔合型增稠剂的制备方法如下：
61.在带搅拌装置的烧瓶中加入peg6000、aeo3和醋酸乙酯混匀，使用油水分离器于77℃脱水2小时；
62.降温至60℃充入氮气，加hdi和desmodurn75ba于溶液中，在60℃反应4.5小时。
63.加入去离子水，升温至98℃共沸，通过油水分离器脱出有机溶剂，补充损失的水份，冷却至室温即得到固含量40％的缔合型增稠剂。
64.通过采用上述制备方法制得的缔合型增稠剂外观好，为白色半透明粘稠液体，可以直接应用，稳定性好。
65.其中，胺类水性环氧固化剂的制备方法如下：
66.在装有加热套、搅拌装置、冷凝管、温度计的四口烧瓶中，加入木质素磺酸钠和水、搅拌5分钟后加入二乙烯三胺、苯酚搅拌均匀后，滴加完毕后缓慢升温至85℃左右时，向烧瓶中缓慢滴加甲醛，滴加完毕后保温反应5h后，减压抽出溶剂和未反应的多元胺即得木质素-苯酚基改性多元胺；
67.取第一步制备的木质素-苯酚基改性多元胺用水稀释，搅拌均匀后，向其中缓慢滴加苄基缩水甘油醚，即苄基缩水甘油醚与木质素-苯酚基改性多元胺中所含伯胺的物质的量之比为0.8：1(mol:mol)，于60℃，反应3h。
68.上述制备工艺简单，反应条件温和，制备反应温度低，在60-90℃下反应，节约了能源，减少了对资源的消耗。
69.实施例2：
70.在本实施例中，沥青冷再生剂按质量份计算，包括100份的乳化沥青和20份的水性环氧复合物；水性环氧复合物按质量份计，包括100份a组分和25份b组分；
71.a组分另按质量份计，包括100份的水性环氧乳液、10-25份的封端型水性聚氨酯、0.5-2份的缔合型增稠剂、以及0.5-2份的偶联剂；b组分另按质量份计，包括100份的胺类水性环氧固化剂和10-20份的促进剂。
72.其中，乳化沥青、水性环氧乳液、封端型水性聚氨酯、缔合型增稠剂、偶联剂、胺类水性环氧固化剂、以及促进剂的制备方法中的步骤均与实施例1相同。
73.实施例3：
74.在本实施例中，沥青冷再生剂按质量份计算，包括100份的乳化沥青和25份的水性环氧复合物；水性环氧复合物按质量份计，包括100份a组分和20份b组分；
75.a组分另按质量份计，包括100份的水性环氧乳液、10-25份的封端型水性聚氨酯、0.5-2份的缔合型增稠剂、以及0.5-2份的偶联剂；b组分另按质量粉剂，包括100份的胺类水性环氧固化剂和10-20份的促进剂。
76.其中，乳化沥青、水性环氧乳液、封端型水性聚氨酯、缔合型增稠剂、偶联剂、胺类水性环氧固化剂、以及促进剂的制备方法中的步骤均与实施例1相同。
77.实施例4：
78.在本实施例中，沥青冷再生剂按质量份计算，包括100份的乳化沥青和30份的水性环氧复合物；水性环氧复合物按质量份计，包括100份a组分和15份b组分；
79.a组分另按质量份计，包括100份的水性环氧乳液、10-25份的封端型水性聚氨酯、0.5-2份的缔合型增稠剂、以及0.5-2份的偶联剂；b组分另按质量粉剂，包括100份的胺类水性环氧固化剂和10-20份的促进剂。
80.其中，乳化沥青、水性环氧乳液、封端型水性聚氨酯、缔合型增稠剂、偶联剂、胺类水性环氧固化剂、以及促进剂的制备方法中的步骤均与实施例1相同。
81.实施例5：
82.在本实施例中，沥青冷再生剂按质量份计算，包括100份的乳化沥青和17份的水性环氧复合物；水性环氧复合物按质量份计，包括100份a组分和22份b组分；
83.a组分另按质量份计，包括100份的水性环氧乳液、26份的封端型水性聚氨酯、1.7份的缔合型增稠剂、以及1.5份的偶联剂；b组分另按质量粉剂，包括100份的胺类水性环氧固化剂和18份的促进剂。
84.其中，乳化沥青、水性环氧乳液、封端型水性聚氨酯、缔合型增稠剂、偶联剂、胺类水性环氧固化剂、以及促进剂的制备方法中的步骤均与实施例1相同。
85.实施例6：
86.在本实施例中，沥青冷再生剂按质量份计算，包括100份的乳化沥青和18份的水性环氧复合物；水性环氧复合物按质量份计，包括100份a组分和15份b组分；
87.a组分另按质量份计，包括100份的水性环氧乳液、20份的封端型水性聚氨酯、1.3份的缔合型增稠剂、以及1.9份的偶联剂；b组分另按质量粉剂，包括100份的胺类水性环氧固化剂和19份的促进剂。
88.其中，乳化沥青、水性环氧乳液、封端型水性聚氨酯、缔合型增稠剂、偶联剂、胺类水性环氧固化剂、以及促进剂的制备方法中的步骤均与实施例1相同。
89.实施例7：
90.在本实施例中，沥青冷再生剂按质量份计算，包括100份的乳化沥青和23份的水性环氧复合物；水性环氧复合物按质量份计，包括100份a组分和21份b组分；
91.a组分另按质量份计，包括100份的水性环氧乳液、25份的封端型水性聚氨酯、1.6份的缔合型增稠剂、以及1.8份的偶联剂；b组分另按质量粉剂，包括100份的胺类水性环氧固化剂和21份的促进剂。
92.其中，乳化沥青、水性环氧乳液、封端型水性聚氨酯、缔合型增稠剂、偶联剂、胺类水性环氧固化剂、以及促进剂的制备方法中的步骤均与实施例1相同。
93.以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本技术的技术特征、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。