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胶乳类作为改性剂制备改性乳化沥青时，乳化沥青和胶乳在乳化剂的作用下，破坏各自原有的平衡，重新建立起一种新的平衡，如果这种平衡不能稳定存在，将会影响改性乳化沥青的生产、储存和使用。因此，乳液稳定性是评价改性乳化沥青的关键指标。而改性乳化沥青的稳定性与制备工艺、乳化剂用量、胶乳与乳化沥青颗粒大小等诸多因素有关。从热力学的角度分析，任何乳状液都不是稳定的，随着时间的推移、环境温度的变化或接触介质的变化，都可能引起乳状液的分层、絮凝和聚集，**终导致乳状液的破坏。改性乳化沥青是一种热力学不稳定体系，其稳定性是由所添加的乳化剂、乳液稳定剂等产生的各种作用而引起的。维持乳液稳定性的各种理论主要有吸附理论、膜理论、吸附双电层理论等。 1 试验部分 1.1 试验原料 基质沥青：胜利90号； 乳化剂：JQT，阳离子型，江阴峭歧股份有限公司生产； 改性剂：自制的SBS胶乳：固含量为40.68%，具有很好的稳定性； 稳定剂；CaCl2：化学纯；聚丙烯酰胺； 盐酸：化学纯。 1.2 试验设备 沥青乳化机：温州兴达机械制造厂生产，型号YXD-60。 1.3 制备工艺 按胶乳混合状态分类，改性乳化沥青的制备方法通常有3种：二次热混合法、一次热混合法和一次冷混合法。目前普遍认为二次热混合法的乳化效果较好。试验采用二次热混合法，其工艺流程见图1。即先将SBS胶乳和乳化剂的水溶液经混合剪切进行**次混合，然后再加入热的沥青，在沥青乳化剂的作用下进行第二次乳化分散的过程。 2 SBS胶乳的制备 取25g线型的SBS-792于烧杯中，加入一定量的甲苯溶剂，放置1h，使得SBS充分溶胀；再于烧杯中加入定量的以阳离子为主的复配型乳化剂，此混合液在高分散乳化机作用下，慢慢注入定量的热蒸馏水，在此过程中，乳化机的转速为10 000rpm；待水加入完毕后，调节乳化机转速**16 000rpm，作用30min，得O/W型初级乳液；此初级乳液通过减压蒸馏分出其中的甲苯溶剂，得SBS胶乳。 3试验结果与讨论 3.1 乳化剂用量的影响 乳化剂的用量少，乳化效果不好，乳液中沥青微粒粒径大小不均，体系的储存稳定性下降；用量多，使生产成本提高，造成浪费。通过考察乳化剂用量对沥青乳化后储存稳定性的影响，进而也可以确定乳化剂的**佳用量。影响见图2。改性乳化沥青中，SBS胶乳的含量为总物料的6%。 从图2可以看出，乳化剂的用量在0.4%-0.8%范围内时，乳化沥青的储存稳定性随乳化剂的用量变化很大，当用量大于0.8%时，乳化沥青的储存稳定性几乎保持不变，且乳液具有很好的储存稳定性。对于加入6%SBS胶乳(相当于4.8%的固体SBS含量)的改性乳化沥青，乳化剂用量小于1%时，其储存稳定性随乳化剂用量的增加变化较大，乳化剂用量大于1%，乳化剂的用量对改性乳化沥青的储存稳定性影响较小，体系趋于稳定。 当乳化剂用量较少时，乳化剂不能使水的表面张力充分降低，沥青和水几乎是直接接触着的，乳化效果不好，所以稳定性差；随着乳化剂量的增加，沥青乳液逐渐开始趋向于稳定的状态，乳化剂分子的亲水和亲油基团分别和水、改性沥青结合。再增加乳化剂用量，沥青乳液稳定性的变化不大时，说明沥青乳液中乳化剂含量已经达到临界胶束浓度。从图2可以看出，阳离子乳化剂JQT在含量为1%时才能在改性乳化沥青中达到临界胶束浓度。 3.2 稳定剂用量的影响 用单一乳化剂制备沥青乳液，其乳液颗粒有时会粗大不均，易发生絮凝或者沉降现象。 如果在单一乳化剂中添加稳定剂制备沥青乳液，则可以得到颗粒均匀而微细的乳液。稳定剂包括无机稳定剂和有机稳定剂。其中稳定效果**好的无机盐类物质为氯化铵和氯化钙。有机盐类稳定剂有胺类、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠等，因此选择适宜的稳定剂是保证乳化沥青稳定的重要措施。 试验在乳化剂和改性剂用量为总物料的1%和6%条件下，分别考察无机稳定剂CaCl2和有机稳定剂聚丙烯酰胺及其复配后对改性乳化沥青储存稳定性的影响。见图3。 图3表明，无论是无机类还是有机类稳定剂，改性乳化沥青的储存稳定性并不随其用量的增加而呈现降低的趋势，其用量存在一个**佳值。出现此原因，主要是因为添加稳定剂能够增强乳液颗粒周围的双电层效应，增加f电位和颗粒之间的相互排斥力，只有当颗粒间的排斥力达到某一平衡时，颗粒间才可以稳定共存；排斥力太大或太小，都会使得颗粒之间存在凝聚，不能起到很好的稳定效果。由此可以看出，CaCl2#p#分页标题#e#的**佳用量为0.2%；聚丙烯酰胺和1：1质量比复配的CaCl2和聚丙烯酰胺的**佳用量都为0.15%。 从图3中还可以看出，聚丙烯酰胺的稳定效果优于CaCl2，究其原理，是沥青乳液中加入聚丙烯酰胺稳定剂，可以提高水相粘度，能在分散的微粒上形成界面膜，使其微粒相互碰撞时不易聚结，减小沥青微粒的沉降速度。界面膜由密排的定向分子组成，膜的强度较大，沥青微粒聚结需要克服的阻力也大，因而沥青乳液越能稳定。加入CaCl2后增大水相密度，减小与沥青相的密度差，能够增强乳液颗粒周围的双电层效应，增大f电位，增加颗粒之间的相互排斥力，减缓颗粒之间的合一凝聚速度。从试验结果可以看出，对于胜利90号重交通道路石油沥青来说，增加乳液的粘度和密度虽都可以达到稳定的效果，但是粘度的增加对储存稳定性的贡献更大。而复配的CaCl2和聚丙烯酰胺作为稳定剂时，其一方面增加水相的粘度，另一方面增加水相的密度，在与单一稳定剂用量相同的条件下，其可以起到双重的稳定效果，故可以大大改善改性乳化沥青的储存稳定牲。因此，对于胜利90号重交通道路石油沥青，采用无机和有机复配的稳定剂效果**好。 3.3 乳化剂溶液的pH值的影响 对于阳离子乳化剂，主要在酸性条件下使用。以季铵盐型乳化剂配制乳化液时，由于其乳化剂易溶于水，不需添加酸。但如果在季铵盐中添加有机或者无机酸调整溶液的pH值，能够增强乳化剂本身的活性，在提高乳化稳定性和储存稳定性的同时，可以降低乳化剂的用量。 此试验采用盐酸来调节乳化剂的pH值，在没有添加稳定剂的条件下考察乳液pH值对改性乳化沥青存储稳定性的影响。其中SBS胶乳的加入量为6%，乳化剂用量为l%。见表l。 表1 乳化剂水溶液pH值对改性乳化沥青储存稳定性的影响
3.4 SBS胶乳对体系微观稳定性的影响 由于SBS胶乳作为改性剂时，其用量只有百分之几，考察其对改性乳化沥青储存稳定性的影响，不能从根本上反映出SBS在体系中的分散状况，因此本试验采用德G莱卡公司生产的光学电子显微镜进行分析。图4和图5分别为改性剂SBS胶乳用量为6%时的光学显微镜图。 放大倍数分别为400和l 000倍。从图中可以看出SBS颗粒(白色颗粒)在乳化沥青中分散比较均匀，没有明显的聚集结胶现象。 通过透射电镜分析，得出SBS颗粒平均粒径为1.97 p.m，沥青的平均粒径为2.53 p.m。测量SBS胶乳20C的密度为0.990lg/cm-1，乳化沥青的密度1.089g/cm-1。两者颗粒大小、密度的相近是保证SBS在体系中均匀分散的重要因素。 此外，影响改性乳化沥青稳定性的因素还有制备工艺、乳化设备、沥青特性等诸多因素。为了使改性乳化沥青具有一定的稳定性，.在研制生产过程中，应采取以下措施：(1)应尽量选择结构与沥青组成结构相同或相似的乳化剂以提高其亲和力，且乳化剂的用量要达到临界胶束浓度；(2)应设法提高连续相(水相)的粘度，以降低颗粒的沉降速率；(3)应尽量减少分散相与连续相之间的密度差；(4)应调整乳化剂水溶液的pH值，以保证对沥青的完全乳化，此外也要与胶乳类改性剂的pH值相同或接近；(5)应尽量选用乳化后颗粒大小与沥青颗粒大小相近的改性剂。 4 SBS胶乳改性乳化沥青的性能分析 根据稳定性考察得出的各影响因素的**佳用量制备改性乳化沥青，即乳化剂JQT的用量为1%；SBS胶乳用量为6%；稳定剂选用1 c1质量比复配的。CaCl2#p#分页标题#e#和聚丙烯酰胺，用量为o.15%。其中沥青与水的比例为50：50，乳化机转速1 000rpm，乳化时间为3rain。对其的性质进行分析，分别采用相应的行业标准。具体数据列于下表2。 表2 改性乳化沥青的性能指标
5 结论 a)阳离子乳化剂JQT在用量为1%时达到其临界胶束浓度，即其的**佳用量为1%。 b)对于胜利90号重交通道路石油沥青，无机类和有机类稳定剂复配后可以大大提高其的储存稳定性。 c)对于乳化剂JQT，加酸降低其水溶液的pH值反而对改性乳化沥青的储存稳定性不利。 d)SBS颗粒的大小和密度与乳化后沥青颗粒的大小和乳化沥青的密度匹配时，可以使得SBS颗粒在乳化沥青中分散均匀。 e)根据试验得出的各因素的**佳用量制备出性能优良的改性乳化沥青，通过SBS胶乳改性前后沥青的三项指标分析得出，SBS胶乳具有很好的改性效果，是一较好的改性剂乳液。 |
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