SBS改性阳离子乳化沥青的研制

第15卷 第2期             漳州师范学院学报(自然科学版)               Vol.15  No.2    2002年5月           Journal of Zhangzhou Teachers College(Nat.Sci . )               May 2002

SBS 改性阳离子乳化沥青的研制

陈玉成

(福建师范大学福清分校生物与化学工程系,福建福清市 350300)

摘要 本文以5-6%的SBS 改性沥青为原料,以JY-2型及JY-3型阳离子为乳化剂;以羟甲基纤维素或羟乙基纤维素,氯化钙等为助剂,进行乳化沥青的研制,经实验验证以1.0%JY-2型及1.25%JY-3型阳离子乳化剂、0.3%羟甲基纤维素或羟乙基纤维素、0.2-0.25%的氯化钙可制得相对稳定的SBS 改性阳离子乳化沥青。以便为生产、应用SBS 改性阳离子乳化沥青提供新技术、新配方、新材料。

关键词 SBS 改性 阳离子乳化沥青 研制

中图分类号:TB322 文献标识码:A 文章编号:1008-7826(2002)02-0062-03

1 前言

  乳化沥青尤其是阳离子乳化沥青由于具有许多优良的应用特点,越来越广泛地被推广、生产及应用。但是对改性阳离子乳化沥青的研制、生产我国目前还存在许多困难和需要解决的技术难题。如阳离子乳化品种单一、质次价高、数量供应不足、与国外同类产品相比性能差等不足。同时我国改性沥青大部分是采用天然橡胶、氯丁胶乳(CR )、丁苯胶乳(SBR ) 等[1-5]。而采用SBS 改性的阳离子乳化沥青正处于研制阶段,尚未见到国内已成功研制的报道。本文采用福清公路分局生产的JY -2型、JY -3型的两种阳离子沥青乳化剂来乳化已用5-6%SBS改性壳牌沥青进行研制,以确定最佳的乳化剂用量配比,各种添加剂用量配比及乳化工艺条件等的选择。

 

2  研制过程 

2.1  乳化机械的选择 

  乳化沥青就是将沥青、水、乳化剂、乳液稳定剂等按一定的比例,在适宜的温度、不同的机械力等作用下,使沥青以细小的微粒(0.1μm-10.0μm)均匀地分散成相对稳定的乳状液。因此,为了制备这种乳液就需要一些专门的仪器设备,目前用来制备乳液的设备主要有简单搅拌器、胶体磨,均化器、超声波乳化器等[6]。采用不同的设备制取乳液其颗粒大小、分布等是不相同的。由于乳液的沉降扩散速率与颗粒直径大小密切相关,为了提高乳液稳定性需制备小颗粒的沥青乳液[7]。本实验采用W4-Z胶体磨(浙江温州胶体机器制造厂)可制得0.3-0.6μm的乳化沥青颗粒。在以下实验中均保持同一颗粒度以便比较乳化效果,判断乳化剂的乳化能力。 

2.2  乳化工艺条件的选择 

乳化工艺条件的选择主要是确定原料沥青的加热温度、乳化剂水溶液的初始温度。一般收稿日期:2002-03-15.

作者简介:陈玉成(1964—),男,福建仙游县人,讲师,学士.

第2期 陈玉成:SBS 改性阳离子乳化沥青的研制 63提高沥青的加热温度能降低其粘度增加其流动性,有利于提高胶体磨的剪切作用效率,降低动力消耗。但温度过高在进行混合乳化时会造成乳化剂水溶液的局部沸腾,发泡反而影响乳化效果,因此为了防止这种现象的发生,必须选择一个合适的乳化温度。依据公式(1)可算出沥青和乳化液温度。

A×Ca(Ta-T)<W×Cw(T-Tw)――――――――――――――――――(1) 其中:A为沥青量,W为乳化液量,Ca 为沥青比热,Cw 为乳化液比热,Ta 沥青温度,Tw 为乳化液温度,T 为乳化液沸点温度。

实际上乳化液的沸腾发泡是局部现象,所以乳化温度必须比计算低得多。为防止乳化沥青局部沸腾确定乳化终了温度为90℃。而在调制乳化沥青时,一般是根据沥青原料的熔点与粘度关系,使沥青加热到110-150℃下熔化。由于所用的是SBS改性沥青,确定实验温度为140℃。则用(1)式可估算出乳化剂水溶液预热温度为40-60℃。它随乳化沥青含量的增加而降低,目前为制备O/W的乳化沥青,其沥青含量一般小于74%。本实验采用65%的沥青含量。则(1)式可化为(2)式: 

Tw =90−A ×Ca ×50/(W ×Cw ) ≈90−(650/7) ×Ca -------------------(2) 根据各种不同沥青原料比热即可算出乳化剂水溶液预热温度55℃。 

2.3  乳化剂用量的选择 

乳化剂用量的多少是关系到乳化效果的一个十分重要的依据。作为乳化剂的表面活性是否能充分发挥作用与其临界胶束浓度关系是极为密切的。以小型胶体磨为实验机,用JY-2型、JY-3型两种阳离子沥青乳化剂来做沥青乳化剂水溶液乳化实验。其结果如表1所示。 表1:乳化剂用量与乳化效果关系 

SBS改性沥青(g) 沥青∶乳化剂水溶液 

 

 

1000 

 

 

   65:35    乳化剂用量(g) JY-2型 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 JY-3型 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 乳化效果 JY-2型 差 一般 一般 较好 较好 较好 JY-3型 差 差 一般 较好 较好 较好 

从表1可知 JY-2型及JY-3型两种乳化剂只要 其用量超过1.0%及1.25%即可乳化SBS改性沥青。 

2.4  粘度调节剂用量的选择               

乳化沥青本身是一种热力学不稳定体系,它在静置贮存中,由于分散相沥青的密度一般在1.15-1.25之间,常比连续相水的密度大,而造成乳液的沉降聚集,破坏了乳化沥青的稳定性。所以必须设法提高连续相的粘度,以增加乳液的稳定性[7]。在确定了乳化剂JY-2型用10.0克、JY-3型用15.0克之后,按配比以羟甲基纤维素和羟乙基纤维素做粘度调节剂来分  别做乳化实验(1000克SBS改性沥青配制成65%的乳液),其乳化结果如表2 所示。               从表2可知粘度调节剂在使用30%以上时,其乳液稳定性较好,同时与未加时的乳液

64 漳州师范学院学报(自然科学版) 2002年 比较,发现其稳定性均有所提高。 

表2:粘度调节剂用量与乳液稳定性的关系 

粘度调节剂(g) 

羟甲基 

1.0 

2.0 

3.0 

4.0 羟乙基 1.0 2.0 3.0 4.0 占乳化剂比 10% 20% 30% 40% 6.7% 13.3% 20% 26.7%   JY-2型 一般 较好 较好 最好 乳液稳定性 JY-3型 差 一般 较好 较好 差 一般 较好 较好 一般 较好 较好 最好 

2.5  电解质离子浓度的选择 

由于乳化沥青的双电层结构,使得同一体系中的乳化沥青微粒略带有相同符号的电荷,特别是阳离子乳化沥青,当乳液相互接近时,就会产生一定的电荷排斥力,从而提高了乳化沥青稳定性。所以说介质中的电解质对乳化沥青稳定性的影响也是十分重要的。电解质一方面可以降低乳化剂的临界胶束浓度(CMC),提高乳化剂的表面活性,促进乳化剂在两相间界面上的吸附和富集,增加乳化沥青的稳定性。但电解质的加入也相应的压缩双电层结构中的扩散层。过多的引入电解质,可破坏乳化沥青的双电层结构,降低ξ电位,不利于乳化沥青体系的稳定性。因此,在乳化沥青的制备中,应严格控制电解质的加入量,否则得到的乳化沥青稳定性不高[8]。如文献[5]中介绍加入0.2-0.25%的氯化钙、氯化钠、氯化铵可增加乳液储存的稳定性。在进行乳化实验时,以0.1%、0.2%、0.3%、0.4%的氯化钙与JY-2型乳化剂10.0克配方,测定其贮存稳定性。证实电解质过多或过少均会引起稳定性劣变。欲制备相对稳定性高的乳化沥青,可添加0.20-0.25%的氯化钙。 

 

3  结论 

    综上所述,经实验测定,在制备SBS改性阳离子乳化沥青时,乳化剂JY-2型用量为沥青的1.0%,JY-3型的用量为沥青的1.25%以上,粘度调节剂为沥青的0.3%以上,氯化钙为沥青的0.20-0.25%时,可制得相对稳定的乳化沥青。 

参 考 文 献 

[1] S.E.FALLEN.  未来乳化沥青的发展方向 

[2] 周鸿顺,汤发有. 阳离子乳化沥青及其乳化剂的应用进展[J].精细石油化工.1996.5(3)5~7 

[3] 沈金安,李福普. 改性乳化沥青在高速公路沥青路面维修养护中的应用前景[M].1999年道路工程学会乳化沥青学术交流会论文摘编 

[4] 姜云焕,阳离子乳化沥青的发展及应用[M]. 乳化沥青新技术资料汇编,乳化沥青特技术协作组编印,1990.2 

[5] 王  旭,陈朝晖,王金山. 改性阳离子乳化沥青性能的探讨[J]. 辽宁交通科技.2000.2(25)8~10 [6] [美]Y.贝歇尔.乳状液理论与实践[M]. 北京:科学技术出版社,1978.145 

[7] 陈玉成,改性阳离子乳化沥青稳定性及对策的探讨[J]. 宁德师专学报,2001.11(4) 

[8] 申凯华,李宗石,苏守符等. 乳化沥青稀浆封层工艺中的化学[M]. 乳化沥青学组昆明会议交流材料 

(下转第71页) 

第2期 戴树东:微型中教法实验研究 71是一些乡下中学) 里微型化学实验开展很少?关键还是在人们的认识上。首先,我国中小学中仪器采购还严重存在计划经济的现象,省、市、县各级教委都相应地设有教学仪器生产供应管理机构,经费统一拨,购进的仪器统一分配,再加上学校的教育经费不足,因此,学校基本上很少有采购仪器的自主权。第二,一些教师研制出的微型仪器尽管在省级甚至全国教学仪器展评中获奖,但由于需要大量的费用才能列上全国教学仪器采购目录册,因而一些科研成果难以推广。第三,受应试教育的影响。戴安邦先生提出“使全国中学的化学教育皆有学生的单人实验作业。”目前每套数十元的塑料微型仪器,再配上少数几件玻璃仪器即能完成中学至大学基础无机化学和普通化学的大部分试验,所消耗的试剂比对应常规实验节省90%以上,很容易做到学生人手一套,个个动手试验。我们高等师范院校肩负着培养中学师资的重任,其产品一定要符合时代的要求,因而,在中教法实验中,加大力度宣传微型化学实验,广泛开展微型化学实验的研究与应用,具有重大的现实意义和深远的历史意义.

参 考 文 献

[1] 北京师范大学无机化学教研室. 无机化学实验[M]. 北京:高等教育出版社,2000,5:154 [2] 西南师范学院化学系. 中学化学教学法实验[M]. 北京:高等教育出版社,1986,5:107 

[3] 陈郁发,潘敏秋等编著. 音响集成电路大全[M]. 福州:福建科学技术出版社,1989,7:124 (接第64页)

The Research On Micro-Experiment In High-School Teaching

DAI  Shu-dong

(Department of Chemistry,Zhangzhou Teachers, College,Zhangzhou 363000 China)

Abstract: Several micro-experiments in high school chemistry teaching were introduced , and the importance of putting micro-experiment in practice was discussed .

Keywords: teaching method , micro-experiment, teaching reform..

On the Manufacturing of SBS Nature-improved Emulsion of Cationic

Bitumen

CHEN Y u-cheng

(Fuqing Branch of Fujian Normal University Fuqing City 350300)

Abstract: A method for manufacturing of a cationic bituminous emulsion is destcried in which 5-6% SBS nature-improved bitumen is emulsified in 1.0% cationic emulsifier of JY-2 type and

1.25% cationic emulsifier of JY-3 type,with 0.3% hydroxymethylcellulose or hydroxyethycellulose or 0.2-0.25% calsium chloride as an aid. The asphalt emulsions manufactured by use of the above materials passed the emulsion stability tests.Thus new materials,new directions and technology are provided for the manufacturing,spreading and application of cationic emulsified asphalt.

Key Words: SBS nature-improved, emulsified asphalt, manufature

第15卷 第2期             漳州师范学院学报(自然科学版)               Vol.15  No.2    2002年5月           Journal of Zhangzhou Teachers College(Nat.Sci . )               May 2002

SBS 改性阳离子乳化沥青的研制

陈玉成

(福建师范大学福清分校生物与化学工程系,福建福清市 350300)

摘要 本文以5-6%的SBS 改性沥青为原料,以JY-2型及JY-3型阳离子为乳化剂;以羟甲基纤维素或羟乙基纤维素,氯化钙等为助剂,进行乳化沥青的研制,经实验验证以1.0%JY-2型及1.25%JY-3型阳离子乳化剂、0.3%羟甲基纤维素或羟乙基纤维素、0.2-0.25%的氯化钙可制得相对稳定的SBS 改性阳离子乳化沥青。以便为生产、应用SBS 改性阳离子乳化沥青提供新技术、新配方、新材料。

关键词 SBS 改性 阳离子乳化沥青 研制

中图分类号:TB322 文献标识码:A 文章编号:1008-7826(2002)02-0062-03

1 前言

  乳化沥青尤其是阳离子乳化沥青由于具有许多优良的应用特点,越来越广泛地被推广、生产及应用。但是对改性阳离子乳化沥青的研制、生产我国目前还存在许多困难和需要解决的技术难题。如阳离子乳化品种单一、质次价高、数量供应不足、与国外同类产品相比性能差等不足。同时我国改性沥青大部分是采用天然橡胶、氯丁胶乳(CR )、丁苯胶乳(SBR ) 等[1-5]。而采用SBS 改性的阳离子乳化沥青正处于研制阶段,尚未见到国内已成功研制的报道。本文采用福清公路分局生产的JY -2型、JY -3型的两种阳离子沥青乳化剂来乳化已用5-6%SBS改性壳牌沥青进行研制,以确定最佳的乳化剂用量配比,各种添加剂用量配比及乳化工艺条件等的选择。

 

2  研制过程 

2.1  乳化机械的选择 

  乳化沥青就是将沥青、水、乳化剂、乳液稳定剂等按一定的比例,在适宜的温度、不同的机械力等作用下,使沥青以细小的微粒(0.1μm-10.0μm)均匀地分散成相对稳定的乳状液。因此,为了制备这种乳液就需要一些专门的仪器设备,目前用来制备乳液的设备主要有简单搅拌器、胶体磨,均化器、超声波乳化器等[6]。采用不同的设备制取乳液其颗粒大小、分布等是不相同的。由于乳液的沉降扩散速率与颗粒直径大小密切相关,为了提高乳液稳定性需制备小颗粒的沥青乳液[7]。本实验采用W4-Z胶体磨(浙江温州胶体机器制造厂)可制得0.3-0.6μm的乳化沥青颗粒。在以下实验中均保持同一颗粒度以便比较乳化效果,判断乳化剂的乳化能力。 

2.2  乳化工艺条件的选择 

乳化工艺条件的选择主要是确定原料沥青的加热温度、乳化剂水溶液的初始温度。一般收稿日期:2002-03-15.

作者简介:陈玉成(1964—),男,福建仙游县人,讲师,学士.

第2期 陈玉成:SBS 改性阳离子乳化沥青的研制 63提高沥青的加热温度能降低其粘度增加其流动性,有利于提高胶体磨的剪切作用效率,降低动力消耗。但温度过高在进行混合乳化时会造成乳化剂水溶液的局部沸腾,发泡反而影响乳化效果,因此为了防止这种现象的发生,必须选择一个合适的乳化温度。依据公式(1)可算出沥青和乳化液温度。

A×Ca(Ta-T)<W×Cw(T-Tw)――――――――――――――――――(1) 其中:A为沥青量,W为乳化液量,Ca 为沥青比热,Cw 为乳化液比热,Ta 沥青温度,Tw 为乳化液温度,T 为乳化液沸点温度。

实际上乳化液的沸腾发泡是局部现象,所以乳化温度必须比计算低得多。为防止乳化沥青局部沸腾确定乳化终了温度为90℃。而在调制乳化沥青时,一般是根据沥青原料的熔点与粘度关系,使沥青加热到110-150℃下熔化。由于所用的是SBS改性沥青,确定实验温度为140℃。则用(1)式可估算出乳化剂水溶液预热温度为40-60℃。它随乳化沥青含量的增加而降低,目前为制备O/W的乳化沥青,其沥青含量一般小于74%。本实验采用65%的沥青含量。则(1)式可化为(2)式: 

Tw =90−A ×Ca ×50/(W ×Cw ) ≈90−(650/7) ×Ca -------------------(2) 根据各种不同沥青原料比热即可算出乳化剂水溶液预热温度55℃。 

2.3  乳化剂用量的选择 

乳化剂用量的多少是关系到乳化效果的一个十分重要的依据。作为乳化剂的表面活性是否能充分发挥作用与其临界胶束浓度关系是极为密切的。以小型胶体磨为实验机,用JY-2型、JY-3型两种阳离子沥青乳化剂来做沥青乳化剂水溶液乳化实验。其结果如表1所示。 表1:乳化剂用量与乳化效果关系 

SBS改性沥青(g) 沥青∶乳化剂水溶液 

 

 

1000 

 

 

   65:35    乳化剂用量(g) JY-2型 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 JY-3型 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 乳化效果 JY-2型 差 一般 一般 较好 较好 较好 JY-3型 差 差 一般 较好 较好 较好 

从表1可知 JY-2型及JY-3型两种乳化剂只要 其用量超过1.0%及1.25%即可乳化SBS改性沥青。 

2.4  粘度调节剂用量的选择               

乳化沥青本身是一种热力学不稳定体系,它在静置贮存中,由于分散相沥青的密度一般在1.15-1.25之间,常比连续相水的密度大,而造成乳液的沉降聚集,破坏了乳化沥青的稳定性。所以必须设法提高连续相的粘度,以增加乳液的稳定性[7]。在确定了乳化剂JY-2型用10.0克、JY-3型用15.0克之后,按配比以羟甲基纤维素和羟乙基纤维素做粘度调节剂来分  别做乳化实验(1000克SBS改性沥青配制成65%的乳液),其乳化结果如表2 所示。               从表2可知粘度调节剂在使用30%以上时,其乳液稳定性较好,同时与未加时的乳液

64 漳州师范学院学报(自然科学版) 2002年 比较,发现其稳定性均有所提高。 

表2:粘度调节剂用量与乳液稳定性的关系 

粘度调节剂(g) 

羟甲基 

1.0 

2.0 

3.0 

4.0 羟乙基 1.0 2.0 3.0 4.0 占乳化剂比 10% 20% 30% 40% 6.7% 13.3% 20% 26.7%   JY-2型 一般 较好 较好 最好 乳液稳定性 JY-3型 差 一般 较好 较好 差 一般 较好 较好 一般 较好 较好 最好 

2.5  电解质离子浓度的选择 

由于乳化沥青的双电层结构,使得同一体系中的乳化沥青微粒略带有相同符号的电荷,特别是阳离子乳化沥青,当乳液相互接近时,就会产生一定的电荷排斥力,从而提高了乳化沥青稳定性。所以说介质中的电解质对乳化沥青稳定性的影响也是十分重要的。电解质一方面可以降低乳化剂的临界胶束浓度(CMC),提高乳化剂的表面活性,促进乳化剂在两相间界面上的吸附和富集,增加乳化沥青的稳定性。但电解质的加入也相应的压缩双电层结构中的扩散层。过多的引入电解质,可破坏乳化沥青的双电层结构,降低ξ电位,不利于乳化沥青体系的稳定性。因此,在乳化沥青的制备中,应严格控制电解质的加入量,否则得到的乳化沥青稳定性不高[8]。如文献[5]中介绍加入0.2-0.25%的氯化钙、氯化钠、氯化铵可增加乳液储存的稳定性。在进行乳化实验时,以0.1%、0.2%、0.3%、0.4%的氯化钙与JY-2型乳化剂10.0克配方,测定其贮存稳定性。证实电解质过多或过少均会引起稳定性劣变。欲制备相对稳定性高的乳化沥青,可添加0.20-0.25%的氯化钙。 

 

3  结论 

    综上所述,经实验测定,在制备SBS改性阳离子乳化沥青时,乳化剂JY-2型用量为沥青的1.0%,JY-3型的用量为沥青的1.25%以上,粘度调节剂为沥青的0.3%以上,氯化钙为沥青的0.20-0.25%时,可制得相对稳定的乳化沥青。 

参 考 文 献 

[1] S.E.FALLEN.  未来乳化沥青的发展方向 

[2] 周鸿顺,汤发有. 阳离子乳化沥青及其乳化剂的应用进展[J].精细石油化工.1996.5(3)5~7 

[3] 沈金安,李福普. 改性乳化沥青在高速公路沥青路面维修养护中的应用前景[M].1999年道路工程学会乳化沥青学术交流会论文摘编 

[4] 姜云焕,阳离子乳化沥青的发展及应用[M]. 乳化沥青新技术资料汇编,乳化沥青特技术协作组编印,1990.2 

[5] 王  旭,陈朝晖,王金山. 改性阳离子乳化沥青性能的探讨[J]. 辽宁交通科技.2000.2(25)8~10 [6] [美]Y.贝歇尔.乳状液理论与实践[M]. 北京:科学技术出版社,1978.145 

[7] 陈玉成,改性阳离子乳化沥青稳定性及对策的探讨[J]. 宁德师专学报,2001.11(4) 

[8] 申凯华,李宗石,苏守符等. 乳化沥青稀浆封层工艺中的化学[M]. 乳化沥青学组昆明会议交流材料 

(下转第71页) 

第2期 戴树东:微型中教法实验研究 71是一些乡下中学) 里微型化学实验开展很少?关键还是在人们的认识上。首先,我国中小学中仪器采购还严重存在计划经济的现象,省、市、县各级教委都相应地设有教学仪器生产供应管理机构,经费统一拨,购进的仪器统一分配,再加上学校的教育经费不足,因此,学校基本上很少有采购仪器的自主权。第二,一些教师研制出的微型仪器尽管在省级甚至全国教学仪器展评中获奖,但由于需要大量的费用才能列上全国教学仪器采购目录册,因而一些科研成果难以推广。第三,受应试教育的影响。戴安邦先生提出“使全国中学的化学教育皆有学生的单人实验作业。”目前每套数十元的塑料微型仪器,再配上少数几件玻璃仪器即能完成中学至大学基础无机化学和普通化学的大部分试验,所消耗的试剂比对应常规实验节省90%以上,很容易做到学生人手一套,个个动手试验。我们高等师范院校肩负着培养中学师资的重任,其产品一定要符合时代的要求,因而,在中教法实验中,加大力度宣传微型化学实验,广泛开展微型化学实验的研究与应用,具有重大的现实意义和深远的历史意义.

参 考 文 献

[1] 北京师范大学无机化学教研室. 无机化学实验[M]. 北京:高等教育出版社,2000,5:154 [2] 西南师范学院化学系. 中学化学教学法实验[M]. 北京:高等教育出版社,1986,5:107 

[3] 陈郁发,潘敏秋等编著. 音响集成电路大全[M]. 福州:福建科学技术出版社,1989,7:124 (接第64页)

The Research On Micro-Experiment In High-School Teaching

DAI  Shu-dong

(Department of Chemistry,Zhangzhou Teachers, College,Zhangzhou 363000 China)

Abstract: Several micro-experiments in high school chemistry teaching were introduced , and the importance of putting micro-experiment in practice was discussed .

Keywords: teaching method , micro-experiment, teaching reform..

On the Manufacturing of SBS Nature-improved Emulsion of Cationic

Bitumen

CHEN Y u-cheng

(Fuqing Branch of Fujian Normal University Fuqing City 350300)

Abstract: A method for manufacturing of a cationic bituminous emulsion is destcried in which 5-6% SBS nature-improved bitumen is emulsified in 1.0% cationic emulsifier of JY-2 type and

1.25% cationic emulsifier of JY-3 type,with 0.3% hydroxymethylcellulose or hydroxyethycellulose or 0.2-0.25% calsium chloride as an aid. The asphalt emulsions manufactured by use of the above materials passed the emulsion stability tests.Thus new materials,new directions and technology are provided for the manufacturing,spreading and application of cationic emulsified asphalt.

Key Words: SBS nature-improved, emulsified asphalt, manufature


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