一种离子交换树脂改性乳化沥青及其制备方法

1.本发明属于道路铺装材料技术领域，具体涉及一种离子交换树脂改性乳化沥青及其制备方法，特别涉及一种特别适用于冷再生沥青路面的离子交换树脂改性乳化沥青及其制备方法。

背景技术：

2.近年来，路面施工行业能源和资源消耗量问题、环境污染问题越来越引起人们的关注。与热拌沥青（hma）技术相比，采用乳化沥青的冷拌沥青（cma）技术具有显著优点。研究指出，相比于hma 技术，cma技术在整个路面施工过程中减少了沥青和骨料加热过程，可以节约50%以上的能源，在生产过程中只产生33%的二氧化碳和17%的挥发性有机化合物排放。然而，由于水及乳化剂的加入，乳化沥青及其混合料的力学性能有所下降，乳化沥青（ea）中的水分对乳化沥青蒸发残留物（erea）的车辙系数、恢复率、复模量和疲劳寿命具有直接的影响。
3.目前提高乳化沥青性能仍是道路建设领域广泛关注的一个问题。对乳化沥青的改性主要集中于采用弹性体、塑性体、聚合材料等物理改性方式，而从乳化沥青的离子和反应基团角度进行的改性研究相对较少。作为一种典型的双电层结构物质，乳化沥青由于其特殊的离子特性而与热拌沥青存在差异。研究表明只有当乳化沥青的离子与反应物离子相反才会发生化学反应，乳化剂离子类型对乳化沥青粘合剂的稳定性有明显的影响，添加盐或小固体颗粒可以加速沥青乳液的聚结。而乳化沥青的粘结性和稳定性还与沥青滴与矿物之间的固体润湿性和电相互作用有关，润湿性取决于疏水化固体团簇与沥青分子之间的相互作用。必须设置表面活性剂浓度，以便在沥青乳液特性和沥青与骨料之间的附着力之间建立平衡。同时乳化沥青ph对其稳定性也有很大影响，根据悬浮流变学理论得知合理的ph可以控制沥青液滴内的水量，使其粘结性和稳定性能更加良好。
4.离子交换树脂在溶液中会解离出亲油基团与亲水基团，其中亲油基团可与呈油性的沥青液滴相互吸附，亲水基团与乳化沥青本身的离子电性相反，具备发生化学反应的条件，可以表现出界面性质。因此，本发明采用碱性阴离子交换树脂对乳化沥青进行改性，为冷再生沥青路面提供一种性能优异的改性材料。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种离子交换树脂改性乳化沥青及其制备方法，采用乳化沥青、离子交换树脂、添加剂组成，最终在常温条件下形成一种性能优异的乳化沥青。本发明可提供一种制备简单、成本低廉、储存稳定性强、粘度高、抗高温稳定性强的改性乳化沥青。
6.本发明采用如下技术方案：一种离子交换树脂改性乳化沥青，包括如下重量份数的组分：乳化沥青100份，离子交换树脂10-40份，添加剂0.2-1份。
7.进一步地，所述乳化沥青为慢裂性阳离子乳化沥青，呈黑褐乳液，其蒸发残留物技术指标不低于以下特征。
8.进一步地，所述离子交换树脂为强碱性阴离子交换树脂，常温下是固态棕黄至金黄球状颗粒，带有季铵基[-n(ch3)3oh]、交联度不低于7%的苯乙烯-二乙烯苯共聚体，在溶液中会发生解离形成阴离子和亲油基团。
[0009]
进一步地，所述添加剂为间苯型不饱和聚酯长余辉骨料的添加剂，为聚乙烯醇，外观是白片状、絮状或粉末状固体，微溶于二甲基亚砜，不溶于汽油、煤油、植物油、苯、甲苯、二氯乙烷、四氯化碳、丙酮、醋酸乙酯、甲醇、乙二醇等，黏度为3～70，ph值4.5～6.5，干燥失重≤5.0，酸值≤3.0%，醇解度85～89。
[0010]
一种离子交换树脂改性乳化沥青的制备方法，包括以下步骤：步骤1：常温下，将添加剂按乳化沥青质量的0.2-1.0份掺量加入到乳化沥青后搅拌，搅拌速度为100-500转/min, 搅拌时间为1-3min，形成拌合液a。
[0011]
步骤2：常温下，将强碱性阴离子交换树脂按乳化沥青质量的10-40份掺量加入到上述拌合液a中搅拌，搅拌速度为100-500转/min，搅拌时间为2-4min，离子交换树脂改性乳化沥青即制备完成。
[0012]
本发明的有益效果如下：1. 离子交换树脂改性乳化沥青制备简单；2. 离子交换树脂改性乳化沥青可以常温改性，制备的改性乳化沥青储存稳定性强；3. 制备的离子交换树脂改性乳化沥青粘度高；4. 制备的离子交换树脂改性乳化沥青抗高温稳定性强。
具体实施方式
[0013]
本发明通过大量的试验研究和反复验证，发现一种离子交换树脂改性乳化沥青及其最佳制备方法。下面结合几个有代表性的实施例来具体说明本发明的实施情况，但下述实施例并不构成对本发明的限制。
[0014]
实施例1室温条件下，在100份阳离子乳化沥青中加入0.2份聚乙烯醇，在转速为500转/分钟的搅拌机条件下搅拌3min，所得拌合液a密封保存；室温条件下，在拌合液a中加入10份的强碱性阴离子交换树脂，在转速为500转/分钟的搅拌机条件下搅拌2min，获得离子交换树脂改性乳化沥青。
[0015]
将离子交换树脂改性乳化沥青至于铝缸中，然后置于电炉或燃气炉（放有石棉垫）上缓缓加热，加热至试样中的水分已完全蒸发,然后在163℃
±
3.0℃温度下加热1min，获得离子交换树脂改性乳化沥青蒸发残留物。
[0016]
实施例2
室温条件下，在100份阳离子乳化沥青中加入0.4份聚乙烯醇，在转速为500转/分钟的搅拌机条件下搅拌3min，所得拌合液a密封保存；室温条件下，在拌合液a中加入20份的强碱性阴离子交换树脂，在转速为500转/分钟的搅拌机条件下搅拌2min，获得离子交换树脂改性乳化沥青。
[0017]
离子交换树脂改性乳化沥青蒸发残留物与实施例1相同。
[0018]
实施例3室温条件下，在100份阳离子乳化沥青中加入0.6份聚乙烯醇，在转速为500转/分钟的搅拌机条件下搅拌3min，所得拌合液a密封保存；室温条件下，在拌合液a中加入30份的强碱性阴离子交换树脂，在转速为500转/分钟的搅拌机条件下搅拌2min，获得离子交换树脂改性乳化沥青。
[0019]
离子交换树脂改性乳化沥青蒸发残留物与实施例1相同。
[0020]
实施例4室温条件下，在100份阳离子乳化沥青中加入0.8份聚乙烯醇，在转速为500转/分钟的搅拌机条件下搅拌3min，所得拌合液a密封保存；室温条件下，在拌合液a中加入40份的强碱性阴离子交换树脂，在转速为500转/分钟的搅拌机条件下搅拌2min，获得离子交换树脂改性乳化沥青。
[0021]
离子交换树脂改性乳化沥青蒸发残留物与实施例1相同。
[0022]
实施例5室温条件下，在100份阳离子乳化沥青中加入1.0份聚乙烯醇，在转速为500转/分钟的搅拌机条件下搅拌3min，所得拌合液a密封保存；室温条件下，在拌合液a中加入50份的强碱性阴离子交换树脂，在转速为500转/分钟的搅拌机条件下搅拌2min，获得离子交换树脂改性乳化沥青。
[0023]
离子交换树脂改性乳化沥青蒸发残留物与实施例1相同。
[0024]
对比例室温条件下，取100份阳离子乳化沥青作为比较例。
[0025]
改性乳化沥青蒸发残留物与实施例1相同。
[0026]
下面对实施例1~5以及对比例进行电导率、ph试验，分析改性乳化沥青内部离子强度和存储稳定性的影响；同时对改性乳化沥青蒸发残留物进行针入度、软化点、延度试验，以表征不同掺量树脂对乳化沥青蒸发残留物基本性能。各种试验情况以及测试结果如下：1. 电导率及ph试验将制备好的离子交换树脂改性乳化沥青采用ddsj-308a型电导率计和phsj-4a型ph计，测试实施例与比较例的电导率和ph，试验结果如下表1。
[0027]
表1
根据表1 可知，相较于对比例，实施例1-5的电导率均获得增加，同时ph值均下降。随树脂掺量增加，实施例1-5乳化沥青电导率呈增大的趋势，从4.50ms/cm增加到19.38ms/cm。在掺量为40%后继续增加树脂，电导率上升速度减缓。离子交换树脂提高了改性悬浮液释放离子的能力，加入树脂后提高了改性乳化沥青的导电性能进一步提升，增加了释放离子的强度，进而改善了多相悬浮液稳定性；树脂掺量持续增加时，树脂在沥青乳液中的电离效果减弱，与乳化沥青离子交换程度降低，导致电导率上升速率减缓。乳化沥青ph随树脂掺量增加逐渐减小，酸性增强。已有研究表明，阳离子乳化沥青在酸性条件下可以促进铵分子反应生产阳离子分子（铵盐分子），更能发挥其稳定性与粘结性能。在较低的ph下，树脂的功能基团使用效率较高，对离子吸附量大。h
+
的增加，可以改变改性乳化沥青电离平衡，增加树脂—沥青结合结构双电层的厚度，增强其稳定性。但当树脂掺量超过30%时，阳离子乳化沥青h
+
浓度过大，反而会破坏双电层的结构，引起破乳，这就是电导率上升速度减缓。综上分析可以，采用适当掺量的再生树脂改性乳化沥青可以增强沥青乳液释放电子强度，增大扩散层厚度，增强多相悬浮体稳定性，延缓乳化沥青的破乳。
[0028]
2. 三大指标依据规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)对实施例1-5及对比例改性乳化沥青蒸发残留物进行针入度、软化点、延度试验，以表征不同掺量树脂对乳化沥青蒸发残留物基本性能的影响。测试结果见表2。
[0029]
表2从表2中可以看出，相较于对比例，实施例1-5改性乳化沥青的针入度和延度整体都呈下降趋势，而软化点逐渐升高。产生这种现象的原因是，再生树脂加入乳化沥青中，其
会解离出亲油基团，与沥青分子结合后会形成大分子结构，增加了蒸发残留物的团聚能力；并且树脂力学强度高，二者的结合导致沥青整体变硬，针入度下降。在树脂掺量达到30%时针入度出现短暂的上升，由42.6mm上升至44.4mm，继续增加树脂针入度又下降。可能是因为30%树脂的亲油基团与沥青分子的结合达到了相互平衡的状态，而掺量继续增加时，将会打破这种平衡。改性沥青失稳，多余的树脂解离不充分，与沥青分子结合效果差，在沥青中出现相互结团成块的现象，导致针入度下降。总体上看，适当的树脂掺量会使其蒸发残留物变硬，增强乳化沥青的高温性能。
[0030]
从表2中可以看出，相较于对比例，实施例1-5改性乳化沥青残留物的延度从401.30mm下降至214.65mm，下降了46.5%。究其原因，在蒸发残留物中，沥青的塑性变形对延度起着决定性作。沥青之间的粘结性弱，而树脂在沥青之间形成的结合相塑性变形能力差，与改性沥青产生了变形薄弱区，所以导致乳化沥青的延度降低。
[0031]
从表2中可以看出，相较于对比例，实施例1-5改性乳化沥青残留物软化点随再生树脂掺量增加呈上升趋势，树脂掺量在20%时，软化达到57.08℃，增长了6.1%；掺量大于20%时，软化点增长速率减缓。说明采用树脂作为乳化沥青改性剂会使沥青整体变硬，而随着树脂掺量的继续增加，改性乳化沥青受温度影响减弱，温度敏感性下降，改善了乳化沥青的高温性能。
[0032]
综合再生树脂改性乳化沥青的三大指标发现，采用树脂改性乳化沥青会使乳化沥青蒸发残留物变稠变硬，增强乳化沥青高温性能，但抗裂性能下降。当树脂掺量为30%时树脂与沥青之间结合状态达到最佳，再生树脂可以充分发挥其性能，树脂改性乳化沥青会表现出相对较好的塑性变形能力和良好的高温性能。
[0033]
本发明中使用的试剂均为市售，本发明中使用的方法，若无特殊说明，均为常规方法。
[0034]
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种离子交换树脂改性乳化沥青，其特征在于：包括如下重量份数的组分：乳化沥青100份，离子交换树脂10-50份，添加剂0.2-1份。2.根据权利要求1所述的一种离子交换树脂改性乳化沥青，其特征在于：所述乳化沥青为慢裂性阳离子乳化沥青，呈黑褐乳液，蒸发残留物的25℃条件下针入度≥60
·
0.1mmm，软化点≥50-55℃，10℃条件下延度≥40cm。3.根据权利要求1所述的一种离子交换树脂改性乳化沥青，其特征在于：所述离子交换树脂为带有季铵基[-n(ch3)3oh]、交联度不低于7%的苯乙烯-二乙烯苯共聚体的强碱性阴离子交换树脂。4.根据权利要求1所述的一种离子交换树脂改性乳化沥青，其特征在于：所述添加剂为间苯型不饱和聚酯长余辉骨料的聚乙烯醇。5.一种如权利要求1-4任意一项所述的离子交换树脂改性乳化沥青的制备方法，包括如下步骤：常温下，将添加剂按乳化沥青质量的0.2-1.0份掺量加入到乳化沥青后搅拌，搅拌速度为100-500转/min，搅拌时间为1-3min；其后将强碱性阴离子交换树脂按乳化沥青质量的10-40份掺量加入到上述拌合液中搅拌，搅拌速度为100-500转/min，搅拌时间为2-4min，离子交换树脂改性乳化沥青即制备完成。

技术总结

本发明的目的在于提供一种离子交换树脂改性乳化沥青及其制备方法，属于道路铺装材料技术领域，由离子交换树脂及乳化沥青制备而成，其中离子交换树脂改性乳化沥青由离子交换树脂、乳化沥青及添加剂组成，离子交换树脂为碱性阴离子交换树脂，乳化沥青为阳离子乳化沥青，添加剂选用聚乙烯醇。本发明制备的离子交换树脂改性乳化沥青具有制备工艺简单、储存稳定性强、抗高温稳定性强等优点，适用于夏季高温地区，同时本发明以环境友好的方式利用离子交换树脂固体废弃物，并获得性能优异的改性乳化沥青，对于环境保护具有重意义。对于环境保护具有重意义。