一種瀝青水乳液及其製備方法
2023-11-10 11:28:37 1
專利名稱：：一種瀝青水乳液及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種瀝青乳液及其製備方法，屬於瀝青加工的
技術領域：
。
背景技術：
：瀝青乳液具有廣泛用途，可以用於鋪路、建築以及防腐防水等多種領域，但乳化瀝青屬於熱力學不穩定的粗分散體系，長時間儲存易沉澱分層，無法大規模生產，因此目前乳化瀝青基本採用現場拌合的方式生產。USP7,087,665公開了一種預處理的橡膠改性的瀝青水乳液的製備方法，包括將5-55重量％的橡膠顆粒與45-90重量％的瀝青在一定條件下結合使其液化，然後用十二烷基苯磺酸進行預處理，再與水、酸以及多胺基化合物混合，得到水乳液。USP6,001,886公開了將直餾瀝青或丙烷溶劑脫瀝青工藝得到的脫油瀝青與含有包含氧化乙烯一氧化丙烯一氧化乙烯的三嵌段共聚物的水溶液通過均質器混合製備瀝青乳液的方法。CN1635051A公布了一種瀝青水乳液及其製備方法，該水乳液製備時先將40-78.7w^瀝青原料與由重脫瀝青油、催化裂化油漿、溶劑精製抽出油、蒸汽裂解制乙烯的焦油、煤焦油餾分構成的這組物質中的一種或一種以上的混合物軟組分調和以後，並將該混合物升溫至120°C-240°C，然後在20-50w^水中加入0.1-4w^的乳化劑、0.1-6w^的助劑和0.1-4w^穩定劑得到水溶液，並將該水溶液加熱至50°C-IO(TC，最後將上述混合物與水溶液經機械混合得到瀝青水乳液產品。該專利公布的方法，適於生產乳化燃料或者氣化工藝的進料，不適於生產道路用乳化瀝青，且所製備的瀝青乳液穩定性不夠高。
發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種穩定性高的瀝青水乳液及其製備方法。本發明提供一種瀝青乳液，所述瀝青乳液包括45-70重量％的瀝青原料，0.01-2重量％的添加劑，0.05-5重量％的乳化劑，0.02-3重量％的助劑，25-45重量％的水，所述添加劑選自有機酸、S旨、有機酸的鹼金屬鹽、酯的鹼金屬鹽中的一種或幾種。本發明還提供一種所述瀝青乳液的製備方法，包括以下步驟(1)將瀝青原料加熱至80-15(TC，與添加劑混合，控制混合後的溫度為100-190°C;(2)將乳化劑、助劑以及水混合，加熱至40-95t:;(3)將步驟(1)和(2)所得的產物混合均勻，得到瀝青乳液；其中各組分的用量使所得到的瀝青乳液中含有45-70重量％的瀝青原料，0.01-2重量％的添加劑，0.05-5重量％的乳化劑，0.02-3重量％的助劑，25-45重量％的水，所述添加劑選自有機酸、S旨、有機酸的鹼金屬鹽、酯的鹼金屬鹽中的一種或幾種。本發明提供的瀝青乳液穩定性高，可長期儲存，產品放置一個月，無沉澱，無4分層，按照行業標準SH/T0099.5-2005《乳化瀝青貯存穩定性測定方法》分析(該方法將乳化瀝青置於標準貯存管內靜置一定時間，然後分別取貯存管頂部和底部的試樣測定蒸發殘留物含量，底部和頂部蒸發殘留物含量之差為乳液的貯存穩定性。貯存穩定性的值越小，表明乳液的穩定性越好)，其穩定性值滿足JTGF40-2004中"道路用乳化瀝青技術要求"。本發明提供的瀝青乳液呈淺棕色，乳液顆粒中值粒徑小，瀝青分散均勻，適合管道輸送輸和運輸。本發明瀝青乳液在低添加劑用量的情況下，使用少量的乳化劑、助劑和穩定劑即可生產高穩定性的瀝青乳液，生產工藝簡單，生產成本低。具體實施例方式本發明提供的瀝青乳液中，所述的添加劑選自有機酸、S旨、有機酸的鹼金屬鹽、酯的鹼金屬鹽中的一種或幾種，所述的有機酸優選甲酸、乙酸、乙二酸、酒石酸、檸檬酸、脂肪酸C10-22(含有10-22個碳原子的脂肪酸)、烷基硫酸酯C10-22、芳香酸、環烷烴羧酸、磺酸，所述的有機酸的鹼金屬鹽優選為上述各種酸的鹼金屬鹽中的一種或幾種；更優選所述有機酸為乙二酸、苯甲酸、脂肪酸C10-22、萘酸、石油磺酸中的一種或幾種，所述的有機酸的鹼金屬鹽優選為上述各種酸的鹼金屬鹽中的一種或幾種。所述的酯例如烷基硫酸酯C10-22、磷酸酯、羧酸酯，所述的酯的鹼金屬鹽例如烷基硫酸酯C10-22的鹼金屬鹽。這些添加劑能夠與瀝青很好地融合，並且不影響瀝青的針入度、軟化點、延度。本發明所述瀝青乳液中，含有少量的添加劑即可獲得滿意的效果，優選添加劑含量為0.02-1重量％，更優選添加劑含量大於0.02重量％且小於0.1重量％。根據本發明所述的瀝青乳液，所述的瀝青原料選自石油瀝青、煤焦油瀝青、油砂瀝青和天然瀝青中的一種或幾種。瀝青原料的軟化點優選為40°C-IO(TC。根據本發明所述的瀝青乳液，所述的乳化劑為陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑、非離子表面活性劑、複合型乳化劑(同為陽離子乳化劑的混合物、同為陰離子乳化劑的混合物、陽離子表面活性劑和非離子表面活性劑的混合物、陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑的混合物)中的一種或者幾種。瀝青乳化劑在親油基和親水基的作用下，能夠將相互排斥的瀝青相和水相連接起來，降低它們之間的界面張力，降低乳液的能量狀態，使瀝青原料和水形成穩定的水包油型乳狀液。所述的陽離子表面活性劑選自由C12-18烷基滷化銨、C12-18烷基二甲基滷化銨、C12-18烷基三甲基滷化按、C12-18烷基羥乙基硝酸銨、C14-18烷基二甲基羥乙基滷化銨、C12-18烷基二甲基羥乙基硝酸銨、雙C12-18烷基二甲基滷化銨、雙季銨鹽、烷基醯胺基多胺、烷基丙烯二胺、陽離子咪唑啉、胺化木質素構成的這組物質中的一種或幾種。所述陰離子表面活性劑選自由C10-14烷基苯磺酸鈉、C10-35烷基硫酸鈉、硬酯酸鈉、C10-18脂肪酸甲酯a-磺酸鈉、脂肪醇硫酸鈉、油醯胺基甲氧基苯磺酸鈉、木質素磺酸鹽構成的這組物質中的一種或一種以上的混合物。所述兩性離子表面活性劑選自胺基酸鹽、甜菜鹼構成的這組物質中的一種或一種以上的混合物。所述非離子表面活性劑選自由聚乙二醇、C14-16多元醇、C8-12烷基酚聚氧乙烯醚、C8-12烷基酚聚乙烯醚、C8-12脂肪醇聚乙烯醚構成的這組物質中的一種或一種以上的混合物。根據本發明所述的瀝青乳液，所述的助劑選自鉀、氨、鈉、鈣、鋁、鐵、鉻、鍶、鋇、鈷以及鎳的氯化物構成的這組金屬無機鹽中的一種或幾種。其中鐵的氯化物優選為FeClp助劑的作用主要是輔助提高乳化劑的活性，降低表面張力。根據本發明所述的瀝青乳液，其中還可含有穩定劑。所述的穩定劑選自由羧甲基纖維素鈉、纖維素、胺類、澱粉、聚乙烯醇、聚丙烯醯胺、明膠、聚丙烯酸、聚醋酸乙烯構成的這組物質中的一種或一種以上的混合物。乳液中穩定劑的含量不超過3重量％，優選為0.02-1重量％。穩定劑的作用是增加乳化液的粘度，提高乳液的穩定性。根據本發明所提供的瀝青乳液的製備方法，包括以下步驟(l)將45-70重量^的瀝青原料升溫至80-15(TC，然後加入0.01-2重量％，優選0.05-l重量％的添加劑，攪拌均勻，將其加熱至100-190°C;所述添加劑選自有機酸、S旨、有機酸的鹼金屬鹽、酯的鹼金屬鹽中的一種或幾種，優選為甲酸、乙酸、乙二酸、酒石酸、檸檬酸、脂肪酸C10-22、烷基硫酸酯C10-22、芳香酸、環烷烴羧酸、磺酸以及上述各種酸、酯的鹼金屬鹽中的一種或幾種，更優選為乙二酸、苯甲酸、脂肪酸C10-22、萘酸、石油磺酸、烷基磷酸酯、烷基硫酸酯C10-22以及上述各種酸、酯的鹼金屬鹽中的一種或幾種；(2)將0.05-5重量％的乳化劑、0.02-3重量％的助劑與25-45重量％的水混合，製備乳化劑水溶液，並將該溶液加熱到40-95°C;(3)將步驟(1)添加了添加劑的熱瀝青和步驟(2)中的乳化劑水溶液在乳化機中充分剪切混合製得瀝青乳液。根據本發明所述的瀝青乳液製備方法，所述的乳化劑為陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑、非離子表面活性劑、複合型乳化劑(同為陽離子乳化劑的混合物、同為陰離子乳化劑的混合物、陽離子表面活性劑和非離子表面活性劑的混合物、陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑的混合物)中的一種或者幾種。所述的助劑選自鉀、氨、鈉、鈣、鋁、鐵、鉻、鍶、鋇、鈷以及鎳的氯化物中的一種或幾種。根據本發明所述的瀝青乳液製備方法，步驟(2)中還包括引入穩定劑的步驟，優選所述穩定劑與乳化劑以及助劑混合後，再與水混合。所述穩定劑引入量為不超過3重量％，優選為0.2-1重量％。所述的穩定劑選自由羧甲基纖維素鈉、纖維素、胺類、澱粉、聚乙烯醇、聚丙烯醯胺、明膠、聚丙烯酸、聚醋酸乙烯構成的這組物質中的一種或一種以上的混合物。根據本發明所述的瀝青乳液製備方法，步驟(3)所述乳化機例如勻油機、攪拌器、高剪切乳化機、膠體磨。下面的實施例將對本發明提供的方法予以進一步的說明，但並不因此而使本發明受到任何限制。實施例1-4以及對比例中所使用的瀝青原料為鎮海煉化生產的道路瀝青，型號為AH-90#，實施例5所用的瀝青原料為脫油瀝青，性質見表l。實施例1將650g瀝青原料加熱至溫度為ll(TC，在攪拌下加入0.2g丙烯酸乙酯(北京東方化工廠生產)，然後加熱至12(TC。將3g十六烷基三甲基氯化銨(商品名1631，上海6合成洗滌劑三廠生產)與lg氯化鉀(北京化工廠生產)、lg聚乙二醇雙硬脂酸酯(商品名DS-6000,廣州市東興精細化工有限公司生產)、0.5g聚丙烯醯胺(上海盛眾精細化工有限公司)與344.3g水混合，攪拌使各組分溶解，得到乳化劑水溶液，然後加熱至7(TC。將所製備的含丙烯酸乙酯的瀝青與乳化劑水溶液用膠體磨(型號為W4型，溫州膠體磨廠生產)充分混合得到瀝青乳液，該乳液產品無結皮，性質見表2。該產品儲存穩定性滿足道路用乳化瀝青技術要求，放置一個月，無沉澱，無分層，放置半年後有少量沉澱，經過攪拌即可恢復均勻，其中值粒徑採用雷射粒度儀(MASTERSIZER-E)測定為5iim。對比例1與實施例l相比，本對比例未在瀝青中加入丙烯酸乙酯，其他組分和用量相同，製備過程相同，所得瀝青乳液性質見表2。該產品靜置5天後有少量沉澱，攪拌後可均勻分散，其中值粒徑為19iim。對比例2將650g瀝青原料加熱至溫度為120°C。將3g十六烷基三甲基氯化銨(商品名1631，上海合成洗滌劑三廠生產)與lg氯化鉀(北京化工廠生產)、lg聚乙二醇雙硬脂酸酯(商品名DS-6000，廣州市東興精細化工有限公司生產)、0.5g聚丙烯醯胺(上海盛眾精細化工有限公司)與344.3g水混合，在攪拌下加入0.2g丙烯酸乙酯(北京東方化工廠生產)，攪拌使各組分溶解，得到乳化劑水溶液，然後加熱至7(TC。將所製備的含丙烯酸乙酯的瀝青與乳化劑水溶液用膠體磨(型號為W4型，溫州膠體磨廠生產)充分混合得到瀝青乳液，該乳液產品無結皮，性質見表2。該產品其中值粒徑採用雷射粒度儀(MASTERSIZER-E)測定為8ym，但其儲存穩定性低於將丙烯酸乙酯加入到瀝青中。該產品靜置5d後有少量沉澱，攪拌後可均勻分散，其中值粒徑為8ym。實施例2將600g瀝青原料加熱至溫度為IO(TC，攪拌下與0.95g環烷酸鈉(上海長峰化工廠產品)混合，然後加熱至14(TC。將2g雙十八烷基三甲基氯化銨(商品名D1831，上海合成洗滌劑三廠生產)、2g十六烷基三甲基溴化銨(商品名1631Br，上海合成洗滌劑三廠生產)與lg氯化鉀(北京化工廠生產)、lg聚乙烯醇(商品名1788，北京有機化工廠生產)混合，然後加入393.1g水，攪拌使各組分溶解，得到乳化劑水溶液，並加熱至溫度為80°C。將所製備的含環烷酸鈉的瀝青與乳化劑水溶液用均質器(型號為M50型，由上海啟東混合器廠生產)充分混合得到瀝青乳液，該乳液產品無結皮，性質見表3。該產品放置一個月，無沉澱，無分層，儲存穩定性滿足道路用乳化瀝青技術要求，放置半年後有少量沉澱，經過輕微攪拌即可恢復均勻性，其中值粒徑為7iim。實施例3將680g瀝青原料加熱至溫度為95°C，攪拌下與13.5g石油磺酸鹽(新疆克拉瑪依煉油廠)混合，然後加熱至溫度為145°C。將45g5-油醯胺基-2-甲氧基苯磺酸鈉(商品名LS，石家莊海森化工有限公司生產)、與0.5g氯化鈉(北京化工廠生產)、0.5g聚乙烯醇(商品名1788，北京有機化工廠生產)、0.5g聚乙烯醇(商品名1799，北京有機化工廠生產)混合，然後加入260g水，攪拌使各組分溶解，得到乳化劑水溶液，並加熱至75°C。將所製備的含石油磺酸鹽的瀝青與乳化劑水溶液用管線式高剪切混合乳化機(德國FLUKO公司生產)充分混合得到瀝青乳液，該乳液產品無結皮，性質見表3。該產品放置一個月，無沉澱，無分層，儲存穩定性滿足道路用乳化瀝青技術要求，放置半年後有少量沉澱，經過輕微攪拌即可恢復均勻性，其中值粒徑為5iim。實施例4將520g瀝青原料加熱至溫度為9(TC，攪拌下與5g苯甲酸(石家莊市託特工貿有限公司)混合，然後加熱至溫度為150°C。將40g咪唑啉季銨鹽衍生物(上海盛眾精細化工有限公司)、與15g氯化鈉(北京化工廠生產)混合，然後加入440g水，攪拌使各組分溶解，得到乳化劑水溶液，並加熱至75t:。將所製備的含苯甲酸的瀝青與乳化劑水溶液用膠體磨(型號為W4型，由溫州膠體磨廠生產)充分混合得到瀝青乳液，該乳液產品無結皮，性質見表3。該產品放置一個月後儲存穩定性仍舊滿足道路用乳化瀝青技術要求，且無分層、無沉澱，其中值粒徑為6iim。實施例5將620g瀝青原料(戊烷溶劑脫油瀝青，性質見表l)加熱至溫度為140°C，攪拌下與18g磷酸酯(邢臺科王助劑有限公司)混合，然後加熱至溫度為160°C。將7g十二烷基二甲基氧化銨(商品名OB-2，上海合成洗滌劑三廠生產)、與4.5g氯化鋁(北京化工廠生產)、0.5克羧甲基纖維素鈉(河北茂源化工有限公司)混合，然後加入350g水，攪拌使各組分溶解，得到乳化劑水溶液，並加熱至75t:。將所製備的含磷酸酯的瀝青與乳化劑水溶液用高剪切混合乳化機(德國FLUKO公司生產)充分混合得到瀝青乳液，該乳液產品無結皮，性質見表3。該產品放置一個月後無沉澱，無分層，儲存穩定性好，其中值粒徑為4ym，製備的乳化瀝青可作為乳化燃料和氣化原料的進料。表1項目AH-90#道路瀝青脫油瀝青c，％85.4687.57H，％10.3010.5S，％3.20.35N，％0.580.50軟化點(環球法)，°c46.781.1針入度(25'C)，dmm8785延度(15。C)，cm>1505表28tableseeoriginaldocumentpage9表3tableseeoriginaldocumentpage10權利要求一種瀝青乳液，包含45-70重量％的瀝青原料，0.01-2重量％的添加劑，0.05-5重量％的乳化劑，0.02-3重量％的助劑，25-45重量％的水，所述添加劑選自有機酸、酯、有機酸的鹼金屬鹽、酯的鹼金屬鹽中的一種或幾種。2.按照權利要求1所述的瀝青乳液，其特徵在於，所述的添加劑選自甲酸、乙酸、乙二酸、酒石酸、檸檬酸、脂肪酸C10-22、烷基硫酸酯C10-22、羧酸酯、磷酸酯、磺酸、芳香酸、環烷烴羧酸以及上述各種酸、酯的鹼金屬鹽中的一種或幾種。3.按照權利要求2所述的瀝青乳液，其特徵在於，所述的添加劑選自脂肪酸C10-22、石油磺酸、苯甲酸、萘酸、烷基磷酸酯、烷基硫酸酯C10-22、羧酸酯以及上述各種酸、酯的鹼金屬鹽中的一種或幾種。4.按照權利要求l所述的瀝青乳液，其特徵在於，所述的瀝青原料的軟化點為40°C-IO(TC。5.按照權利要求1或4所述的瀝青乳液，其特徵在於，所述的瀝青原料選自石油瀝青、煤焦油瀝青、油砂瀝青和天然瀝青中的一種或幾種。6.按照權利要求1所述的瀝青乳液，其特徵在於，所述的乳化劑為陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑、非離子表面活性劑、複合型表面活性劑中的一種或幾種。7.按照權利要求1所述的瀝青乳液，其特徵在於，所述的助劑選自鉀、氨、鈉、鈣、鋁、鐵、鉻、鍶、鋇、鈷以及鎳的氯化物中的一種或幾種。8.按照權利要求l所述的瀝青乳液，其特徵在於，所述的瀝青乳液中含有0.02-3重量％穩定劑。9.按照權利要求8所述的瀝青乳液，其特徵在於，所述的穩定劑選自羧甲基纖維素鈉、纖維素、胺類、澱粉、聚乙烯醇、聚丙烯醯胺、明膠、聚丙烯酸和聚醋酸乙烯中的一種或幾種。10.—種瀝青乳液的製備方法，包括以下步驟(1)將瀝青原料加熱至80-15(TC，與添加劑混合，控制混合後的溫度為100-190°C;(2)將乳化劑、助劑以及水混合，加熱至40-95t:;(3)將步驟(1)和(2)所得的產物混合均勻，得到瀝青乳液；其中各組分的用量使所得到的瀝青乳液中含有45-70重量％的瀝青原料，0.01-2重量％的添加劑，0.05-5重量％的乳化劑，0.02-3重量％的助劑，25-45重量％的水，所述添加劑選自有機酸、S旨、有機酸的鹼金屬鹽、酯的鹼金屬鹽中的一種或幾種。11.按照權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述的添加劑選自甲酸、乙酸、乙二酸、酒石酸、檸檬酸、脂肪酸C10-22、、烷基硫酸酯C10-22、磺酸、芳香酸、環烷烴羧酸以及上述各種酸、酯的鹼金屬鹽中的一種或幾種。12.按照權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述的瀝青原料選自石油瀝青、煤焦油瀝青、油砂瀝青和天然瀝青中的一種或幾種；所述的乳化劑為陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑、非離子表面活性劑、複合型乳化劑中的一種或幾種；所述的助劑選自鉀、氨、鈉、鈣、鋁、鐵、鉻、鍶、鋇、鈷以及鎳的氯化物中的一種或幾種。13.按照權利要求10所述的方法，其特徵在於，步驟(2)中還引入穩定劑，以瀝青乳液的重量為基準，所述穩定劑的引入量為0.02-3重量％，所述的穩定劑選自由羧甲基纖維素鈉、纖維素、胺類、澱粉、聚乙烯醇、聚丙烯醯胺、明膠、聚丙烯酸、聚醋酸乙烯中的一種或幾種。全文摘要一種瀝青乳液，包含45-70重量％的瀝青原料，0.01-2重量％的添加劑，0.05-5重量％的乳化劑，0.02-3重量％的助劑，25-45重量％的水，所述添加劑選自有機酸、酯、有機酸的鹼金屬鹽、酯的鹼金屬鹽中的一種或幾種。製備該瀝青乳液時，先向80-150℃的瀝青原料中加入添加劑，然後加熱至100-190℃，再與溫度為40-95℃的含乳化劑、助劑以及水的溶液混合。本發明瀝青乳液貯存穩定性高，顆粒粒徑小。文檔編號C08K5/00GK101691447SQ20091013587公開日2010年4月7日申請日期2009年4月30日優先權日2009年4月30日發明者王子軍,王紅,王翠紅申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院