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膠乳類作為改性劑制備改性乳化瀝青時，乳化瀝青和膠乳在乳化劑的作用下，破壞各自原有的平衡，重新建立起一種新的平衡，如果這種平衡不能穩(wěn)定存在，將會影響改性乳化瀝青的生產(chǎn)、儲存和使用。因此，乳液穩(wěn)定性是評價改性乳化瀝青的關(guān)鍵指標。而改性乳化瀝青的穩(wěn)定性與制備工藝、乳化劑用量、膠乳與乳化瀝青顆粒大小等諸多因素有關(guān)。從熱力學(xué)的角度分析，任何乳狀液都不是穩(wěn)定的，隨著時間的推移、環(huán)境溫度的變化或接觸介質(zhì)的變化，都可能引起乳狀液的分層、絮凝和聚集，**終導(dǎo)致乳狀液的破壞。改性乳化瀝青是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，其穩(wěn)定性是由所添加的乳化劑、乳液穩(wěn)定劑等產(chǎn)生的各種作用而引起的。維持乳液穩(wěn)定性的各種理論主要有吸附理論、膜理論、吸附雙電層理論等。 1 試驗部分 1.1 試驗原料 基質(zhì)瀝青：勝利90號； 乳化劑：JQT，陽離子型，江陰峭歧股份有限公司生產(chǎn)； 改性劑：自制的SBS膠乳：固含量為40.68%，具有很好的穩(wěn)定性； 穩(wěn)定劑；CaCl2：化學(xué)純；聚丙烯酰胺； 鹽酸：化學(xué)純。 1.2 試驗設(shè)備 瀝青乳化機：溫州興達機械制造廠生產(chǎn)，型號YXD-60。 1.3 制備工藝 按膠乳混合狀態(tài)分類，改性乳化瀝青的制備方法通常有3種：二次熱混合法、一次熱混合法和一次冷混合法。目前普遍認為二次熱混合法的乳化效果較好。試驗采用二次熱混合法，其工藝流程見圖1。即先將SBS膠乳和乳化劑的水溶液經(jīng)混合剪切進行**次混合，然后再加入熱的瀝青，在瀝青乳化劑的作用下進行第二次乳化分散的過程。 2 SBS膠乳的制備 取25g線型的SBS-792于燒杯中，加入一定量的甲苯溶劑，放置1h，使得SBS充分溶脹；再于燒杯中加入定量的以陽離子為主的復(fù)配型乳化劑，此混合液在高分散乳化機作用下，慢慢注入定量的熱蒸餾水，在此過程中，乳化機的轉(zhuǎn)速為10 000rpm；待水加入完畢后，調(diào)節(jié)乳化機轉(zhuǎn)速**16 000rpm，作用30min，得O/W型初級乳液；此初級乳液通過減壓蒸餾分出其中的甲苯溶劑，得SBS膠乳。 3試驗結(jié)果與討論 3.1 乳化劑用量的影響 乳化劑的用量少，乳化效果不好，乳液中瀝青微粒粒徑大小不均，體系的儲存穩(wěn)定性下降；用量多，使生產(chǎn)成本提高，造成浪費。通過考察乳化劑用量對瀝青乳化后儲存穩(wěn)定性的影響，進而也可以確定乳化劑的**佳用量。影響見圖2。改性乳化瀝青中，SBS膠乳的含量為總物料的6%。 從圖2可以看出，乳化劑的用量在0.4%-0.8%范圍內(nèi)時，乳化瀝青的儲存穩(wěn)定性隨乳化劑的用量變化很大，當用量大于0.8%時，乳化瀝青的儲存穩(wěn)定性幾乎保持不變，且乳液具有很好的儲存穩(wěn)定性。對于加入6%SBS膠乳(相當于4.8%的固體SBS含量)的改性乳化瀝青，乳化劑用量小于1%時，其儲存穩(wěn)定性隨乳化劑用量的增加變化較大，乳化劑用量大于1%，乳化劑的用量對改性乳化瀝青的儲存穩(wěn)定性影響較小，體系趨于穩(wěn)定。 當乳化劑用量較少時，乳化劑不能使水的表面張力充分降低，瀝青和水幾乎是直接接觸著的，乳化效果不好，所以穩(wěn)定性差；隨著乳化劑量的增加，瀝青乳液逐漸開始趨向于穩(wěn)定的狀態(tài)，乳化劑分子的親水和親油基團分別和水、改性瀝青結(jié)合。再增加乳化劑用量，瀝青乳液穩(wěn)定性的變化不大時，說明瀝青乳液中乳化劑含量已經(jīng)達到臨界膠束濃度。從圖2可以看出，陽離子乳化劑JQT在含量為1%時才能在改性乳化瀝青中達到臨界膠束濃度。 3.2 穩(wěn)定劑用量的影響 用單一乳化劑制備瀝青乳液，其乳液顆粒有時會粗大不均，易發(fā)生絮凝或者沉降現(xiàn)象。 如果在單一乳化劑中添加穩(wěn)定劑制備瀝青乳液，則可以得到顆粒均勻而微細的乳液。穩(wěn)定劑包括無機穩(wěn)定劑和有機穩(wěn)定劑。其中穩(wěn)定效果**好的無機鹽類物質(zhì)為氯化銨和氯化鈣。有機鹽類穩(wěn)定劑有胺類、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素鈉等，因此選擇適宜的穩(wěn)定劑是保證乳化瀝青穩(wěn)定的重要措施。 試驗在乳化劑和改性劑用量為總物料的1%和6%條件下，分別考察無機穩(wěn)定劑CaCl2和有機穩(wěn)定劑聚丙烯酰胺及其復(fù)配后對改性乳化瀝青儲存穩(wěn)定性的影響。見圖3。 圖3表明，無論是無機類還是有機類穩(wěn)定劑，改性乳化瀝青的儲存穩(wěn)定性并不隨其用量的增加而呈現(xiàn)降低的趨勢，其用量存在一個**佳值。出現(xiàn)此原因，主要是因為添加穩(wěn)定劑能夠增強乳液顆粒周圍的雙電層效應(yīng)，增加f電位和顆粒之間的相互排斥力，只有當顆粒間的排斥力達到某一平衡時，顆粒間才可以穩(wěn)定共存；排斥力太大或太小，都會使得顆粒之間存在凝聚，不能起到很好的穩(wěn)定效果。由此可以看出，CaCl2#p#分頁標題#e#的**佳用量為0.2%；聚丙烯酰胺和1：1質(zhì)量比復(fù)配的CaCl2和聚丙烯酰胺的**佳用量都為0.15%。 從圖3中還可以看出，聚丙烯酰胺的穩(wěn)定效果優(yōu)于CaCl2，究其原理，是瀝青乳液中加入聚丙烯酰胺穩(wěn)定劑，可以提高水相粘度，能在分散的微粒上形成界面膜，使其微粒相互碰撞時不易聚結(jié)，減小瀝青微粒的沉降速度。界面膜由密排的定向分子組成，膜的強度較大，瀝青微粒聚結(jié)需要克服的阻力也大，因而瀝青乳液越能穩(wěn)定。加入CaCl2后增大水相密度，減小與瀝青相的密度差，能夠增強乳液顆粒周圍的雙電層效應(yīng)，增大f電位，增加顆粒之間的相互排斥力，減緩顆粒之間的合一凝聚速度。從試驗結(jié)果可以看出，對于勝利90號重交通道路石油瀝青來說，增加乳液的粘度和密度雖都可以達到穩(wěn)定的效果，但是粘度的增加對儲存穩(wěn)定性的貢獻更大。而復(fù)配的CaCl2和聚丙烯酰胺作為穩(wěn)定劑時，其一方面增加水相的粘度，另一方面增加水相的密度，在與單一穩(wěn)定劑用量相同的條件下，其可以起到雙重的穩(wěn)定效果，故可以大大改善改性乳化瀝青的儲存穩(wěn)定牲。因此，對于勝利90號重交通道路石油瀝青，采用無機和有機復(fù)配的穩(wěn)定劑效果**好。 3.3 乳化劑溶液的pH值的影響 對于陽離子乳化劑，主要在酸性條件下使用。以季銨鹽型乳化劑配制乳化液時，由于其乳化劑易溶于水，不需添加酸。但如果在季銨鹽中添加有機或者無機酸調(diào)整溶液的pH值，能夠增強乳化劑本身的活性，在提高乳化穩(wěn)定性和儲存穩(wěn)定性的同時，可以降低乳化劑的用量。 此試驗采用鹽酸來調(diào)節(jié)乳化劑的pH值，在沒有添加穩(wěn)定劑的條件下考察乳液pH值對改性乳化瀝青存儲穩(wěn)定性的影響。其中SBS膠乳的加入量為6%，乳化劑用量為l%。見表l。 表1 乳化劑水溶液pH值對改性乳化瀝青儲存穩(wěn)定性的影響
3.4 SBS膠乳對體系微觀穩(wěn)定性的影響 由于SBS膠乳作為改性劑時，其用量只有百分之幾，考察其對改性乳化瀝青儲存穩(wěn)定性的影響，不能從根本上反映出SBS在體系中的分散狀況，因此本試驗采用德G萊卡公司生產(chǎn)的光學(xué)電子顯微鏡進行分析。圖4和圖5分別為改性劑SBS膠乳用量為6%時的光學(xué)顯微鏡圖。 放大倍數(shù)分別為400和l 000倍。從圖中可以看出SBS顆粒(白色顆粒)在乳化瀝青中分散比較均勻，沒有明顯的聚集結(jié)膠現(xiàn)象。 通過透射電鏡分析，得出SBS顆粒平均粒徑為1.97 p.m，瀝青的平均粒徑為2.53 p.m。測量SBS膠乳20C的密度為0.990lg/cm-1，乳化瀝青的密度1.089g/cm-1。兩者顆粒大小、密度的相近是保證SBS在體系中均勻分散的重要因素。 此外，影響改性乳化瀝青穩(wěn)定性的因素還有制備工藝、乳化設(shè)備、瀝青特性等諸多因素。為了使改性乳化瀝青具有一定的穩(wěn)定性，.在研制生產(chǎn)過程中，應(yīng)采取以下措施：(1)應(yīng)盡量選擇結(jié)構(gòu)與瀝青組成結(jié)構(gòu)相同或相似的乳化劑以提高其親和力，且乳化劑的用量要達到臨界膠束濃度；(2)應(yīng)設(shè)法提高連續(xù)相(水相)的粘度，以降低顆粒的沉降速率；(3)應(yīng)盡量減少分散相與連續(xù)相之間的密度差；(4)應(yīng)調(diào)整乳化劑水溶液的pH值，以保證對瀝青的完全乳化，此外也要與膠乳類改性劑的pH值相同或接近；(5)應(yīng)盡量選用乳化后顆粒大小與瀝青顆粒大小相近的改性劑。 4 SBS膠乳改性乳化瀝青的性能分析 根據(jù)穩(wěn)定性考察得出的各影響因素的**佳用量制備改性乳化瀝青，即乳化劑JQT的用量為1%；SBS膠乳用量為6%；穩(wěn)定劑選用1 c1質(zhì)量比復(fù)配的。CaCl2#p#分頁標題#e#和聚丙烯酰胺，用量為o.15%。其中瀝青與水的比例為50：50，乳化機轉(zhuǎn)速1 000rpm，乳化時間為3rain。對其的性質(zhì)進行分析，分別采用相應(yīng)的行業(yè)標準。具體數(shù)據(jù)列于下表2。 表2 改性乳化瀝青的性能指標
5 結(jié)論 a)陽離子乳化劑JQT在用量為1%時達到其臨界膠束濃度，即其的**佳用量為1%。 b)對于勝利90號重交通道路石油瀝青，無機類和有機類穩(wěn)定劑復(fù)配后可以大大提高其的儲存穩(wěn)定性。 c)對于乳化劑JQT，加酸降低其水溶液的pH值反而對改性乳化瀝青的儲存穩(wěn)定性不利。 d)SBS顆粒的大小和密度與乳化后瀝青顆粒的大小和乳化瀝青的密度匹配時，可以使得SBS顆粒在乳化瀝青中分散均勻。 e)根據(jù)試驗得出的各因素的**佳用量制備出性能優(yōu)良的改性乳化瀝青，通過SBS膠乳改性前后瀝青的三項指標分析得出，SBS膠乳具有很好的改性效果，是一較好的改性劑乳液。 |
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