本发明属于沥青技术领域，具体涉及一种水性聚氨酯改性乳化沥青的制备方法。
背景技术
沥青是一种褐色或黑褐色的有机胶凝材料，是一种分子量相对较小的、由众多小分子物质组成的非高分子材料共混物，具有原料廉价丰富、施工方便等突出特点，广泛应用于建筑、公路、桥梁等领域。沥青的使用形式主要有热沥青、稀释沥青、乳化沥青三种。与热沥青、稀释沥青相比，乳化沥青能够节约能源40%-50%；降低工程造价20%-30%；乳化沥青在使用过程中能有效地减少高温加热时引起的沥青过度老化，以及致癌物苯并吡的大量挥发，能够有效改善施工条件。随着基础设施防水要求的逐步提高，以及道路稀浆封层和微表处的迅速发展，极大地促进了乳化沥青的发展。
乳化沥青是沥青和乳化剂、助剂在一定工艺条件下，生成水包油或者油包水的液态沥青。常规的制备方法是将道路沥青经过机械搅拌和化学稳定的方法，扩散到水中而液化成常温下粘度低、流动性好的乳化沥青。对乳化沥青而言，选择合适的表面活性剂作为乳化剂能够直接影响到乳化沥青的性能和使用范围。
技术实现要素：
为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种水性聚氨酯改性乳化沥青的制备方法。以质量百分比分别为60%-70%的沥青、5%-12%的水、1%-5%的乳化剂、10%-20%的水性聚氨酯、8%-15%的填充剂、3%-10%的异味中和剂为原料，通过高速搅拌分散制得所述水性聚氨酯改性乳化沥青。水性聚氨酯以水为溶剂，无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好，在乳化沥青制备过程中加入水性聚氨酯能够提高各组分的相容性，使原料各组分之间相互融合，有效改善乳化沥青的机械性能，提高乳化沥青的强度和加工性能。填充剂主要由无规聚丙烯、碳酸钙、光稳定剂、热稳定剂组成，无规聚丙烯为聚丙烯生产过程中产生的废料，解决聚丙烯废料回收的问题。光稳定剂、热稳定剂则使乳化沥青在强光照、高温环境下使用能够保持很好的稳定性。异味中和剂则能够改善乳化沥青的气味，改善操作人员的工作环境。乳化剂能够改善乳化沥青中各种组成相之间的表面张力，使之形成均匀稳定的分散体系。本发明中水性聚氨酯改性乳化沥青性能稳定，对环境友好，长时间存储不变质、不沉降；加工方法简单、施工方便，节约成本。
本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：
本发明公开了一种水性聚氨酯改性乳化沥青的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将沥青加热至熔融状态，然后加入水、乳化剂，在1200-1500r/min速度下搅拌混合15-25min；
步骤二：待步骤一中搅拌混合完成后，依次加入水性聚氨酯、填充剂、异味中和剂，在1200-1500r/min速度下继续搅拌混合50-80min，即得所述水性聚氨酯改性乳化沥青；
上述组分的质量百分比分别为：沥青60%-70%、水5%-12%、乳化剂1%-5%、水性聚氨酯10%-20%、填充剂8%-15%、异味中和剂3%-10%；
所述水性聚氨酯的制备方法为：将质量百分比分别为55%-65%的聚氨酯、10%-20%的有机硅树脂、8%-20%的亲水剂、0.5%-3%的催化剂加入微波辐射反应器内，控制搅拌速度为500-600r/min，在80-90℃下反应60-100min，然后加入质量百分比为6%-15%的中和剂，继续搅拌反应35-55min后，将反应物温度降至25-35℃，将搅拌速度调节至900-1200r/min，加入去离子水，搅拌均匀，制得所述水性聚氨酯；所述去离子水与聚氨酯的质量比为1:(15-30)；
所述填充剂的制备方法为：将质量百分比分别为60%-70%的无规聚丙烯、5%-15%的碳酸钙、8%-18%的光稳定剂、10%-20%的热稳定剂加入陶瓷球磨机中，球磨50-70min后，加入质量百分比为2%-10%的复配改性剂，继续球磨90-150min，制得所述填充剂。
本发明中水性聚氨酯改性乳化沥青，以沥青、水、乳化剂、水性聚氨酯、填充剂、异味中和剂为原料，通过高速搅拌分散制得。水性聚氨酯以水为溶剂，无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好，在乳化沥青制备过程中加入水性聚氨酯能够提高各组分的相容性，使原料各组分之间相互融合，有效改善乳化沥青的机械性能，提高乳化沥青的强度和加工性能。有机硅树脂在高温材料领域表现突出，可以和有机树脂、无机材料进行改性和匹配，实现结构功能一体化。另外，有机硅树脂还具有突出的耐候性，在紫外线的强烈照射下能够保持颜色的稳定，还具有防水、防盐雾、防霉菌等特性。在水性聚氨酯中添加有机硅树脂能明显提高乳化沥青的耐候性，同时有机硅树脂与有机材料和无机材料都有良好的相容性，有助于乳化沥青中各组分的均匀混合。
乳化剂在水膜的作用下能够发挥更好的乳化作用，提高乳化油墨的稳定性，沥青熔融后，同时加入水和乳化剂有利于达到更好的乳化效果。将乳化沥青中的各组分在高速搅拌下进行分散，制得所述改性乳化沥青，制备工艺成熟，制备方法简单易行。
无规聚丙烯是工业上生产聚丙烯过程中产生的一种废料，机械强度和耐热性均较差，在这种无规聚丙烯中混入一定量的碳酸钙制成的填充剂在沥青的生产中能够起到很好的作用，能够明显增强沥青的韧性。光稳定剂、热稳定剂的加入能够使乳化沥青在强光照、高温环境下使用能够保持很好的稳定性，延长乳化沥青的使用寿命。
进一步地，所述沥青为通用道路石油沥青。优选为50号基质沥青、70号基质沥青、90号基质沥青、110号基质沥青。
进一步地，所述乳化剂由阳离子乳化剂和非离子乳化剂按质量比为(2.5-5):1混合而成。乳化剂能够改善乳化沥青中各种组成相之间的表面张力，使之形成均匀稳定的分散体系。
进一步地，所述阳离子乳化剂为丙烯二胺、十二烷基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或几种。基材表面常带有负电荷，当阳离子乳化沥青与基材表面接触时，由于所带电荷不同，产生异性相吸，是沥青吸附在基材表面，提高沥青在基材表面的附着力。
进一步地，所述非离子乳化剂为辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚中的一种或几种。非离子乳化剂具有良好的分散、乳化效果，能够有效降低沥青颗粒之间的静电张力，提高乳化沥青的稳定性。
进一步地，所述异味中和剂为蓖麻油酸锌、艾草精油、香茅油、兰花精油、薄荷油中的一种或几种。异味中和剂能改善乳化沥青生产过程中的气味，有效改善乳化沥青的施工条件。
进一步地，所述水性聚氨酯的制备方法中，所述有机硅树脂为聚烷基有机硅树脂；所述亲水剂为甲基二乙醇胺、乙基二乙醇胺中的至少一种；所述催化剂为二甲基环己胺、二甲基环苄胺中的至少一种；所述中和剂为甲酸、冰醋酸、乳酸中的一种或几种。
进一步地，所述填充剂的制备方法中，所述光稳定剂为羟基二苯甲酮、苯并三唑、水杨酸酯、三嗪中的一种或几种；所述热稳定剂为羧酸有机锡、硬脂酸铝、稀土稳定剂中的一种或几种；所述复配改性剂由甲基丙烯酸与单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯按质量比为(2-4):1混合而成。光稳定剂能够屏蔽或者吸收紫外线的能量，使高分子聚合物在光的辐射下，排除或者减缓光化学反应的可能性，阻止或延迟光老化的过程，延长沥青的使用寿命。热稳定剂能够阻止或延迟热老化的过程，增强沥青的热稳定性，延长沥青的使用寿命。
本发明具有以下优点：
1.本发明中的改性乳化沥青稳定性好，长时间存储不变质、不沉降。
2.本发明中的改性乳化沥青耐光、耐热性能良好，作为户外道路沥青使用，耐候性能优良。
3.本发明中的改性乳化沥青加工方法简单、施工方便，成本较低。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明。
实施例1
一种水性聚氨酯改性乳化沥青，各组成和质量百分比分别为：90号沥青61%、水10%、乳化剂3%、水性聚氨酯15%、填充剂8%、艾草精油3%。
所述乳化剂由丙烯二胺和辛基酚聚氧乙烯醚按质量比为4:1混合而成。
所述水性聚氨酯的制备方法为：将质量百分比分别为59.5%的聚氨酯、16%的甲基三氯硅烷、12%的甲基二乙醇胺、0.5%的二甲基环己胺加入微波辐射反应器内，控制搅拌速度为500r/min，在80℃下反应80min，然后加入质量百分比为12%的冰醋酸，继续搅拌反应40min后，将反应物温度降至28℃，将搅拌速度调节至1200r/min，加入去离子水，搅拌均匀，制得所述水性聚氨酯；所述去离子水与聚氨酯的质量比为1:25。
所述填充剂的制备方法为：将质量百分比分别为66%的无规聚丙烯、6%的碳酸钙、8%的苯并三唑、12%的硬脂酸铝加入陶瓷球磨机中，球磨55min后，加入质量百分比为8%的复配改性剂，继续球磨100min，制得所述填充剂；所述复配改性剂由甲基丙烯酸与单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯按质量比为3:1混合而成。
所述水性聚氨酯改性乳化沥青的制备方法为：步骤一：将沥青加热至熔融状态，然后加入水、乳化剂，在1400r/min速度下搅拌混合15min；
步骤二：待步骤一中搅拌混合完成后，依次加入水性聚氨酯、填充剂、异味中和剂，在1400r/min速度下继续搅拌混合60min，即得所述水性聚氨酯改性乳化沥青。
实施例2
一种水性聚氨酯改性乳化沥青，各组成和质量百分比分别为：90号沥青62%、水6%、乳化剂5%、水性聚氨酯12%、填充剂10%、艾草精油5%。
所述乳化剂由丙烯二胺和辛基酚聚氧乙烯醚按质量比为4:1混合而成。
所述水性聚氨酯的制备方法为：将质量百分比分别为62%的聚氨酯、10%的甲基三氯硅烷、18%的甲基二乙醇胺、2%的二甲基环己胺加入微波辐射反应器内，控制搅拌速度为500r/min，在80℃下反应80min，然后加入质量百分比为8%的冰醋酸，继续搅拌反应40min后，将反应物温度降至28℃，将搅拌速度调节至1200r/min，加入去离子水，搅拌均匀，制得所述水性聚氨酯；所述去离子水与聚氨酯的质量比为1:25。
所述填充剂的制备方法为：将质量百分比分别为63%的无规聚丙烯、8%的碳酸钙、10%的苯并三唑、15%的硬脂酸铝加入陶瓷球磨机中，球磨55min后，加入质量百分比为4%的复配改性剂，继续球磨100min，制得所述填充剂；所述复配改性剂由甲基丙烯酸与单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯按质量比为3:1混合而成。
所述水性聚氨酯改性乳化沥青的制备方法为：步骤一：将沥青加热至熔融状态，然后加入水、乳化剂，在1400r/min速度下搅拌混合15min；
步骤二：待步骤一中搅拌混合完成后，依次加入水性聚氨酯、填充剂、异味中和剂，在1400r/min速度下继续搅拌混合60min，即得所述水性聚氨酯改性乳化沥青。
实施例3
一种水性聚氨酯改性乳化沥青，各组成和质量百分比分别为：90号沥青68%、水8%、乳化剂3%、水性聚氨酯10%、填充剂8%、艾草精油3%。
所述乳化剂由丙烯二胺和辛基酚聚氧乙烯醚按质量比为4:1混合而成。
所述水性聚氨酯的制备方法为：将质量百分比分别为61%的聚氨酯、12%的甲基三氯硅烷、15%的甲基二乙醇胺、2%的二甲基环己胺加入微波辐射反应器内，控制搅拌速度为500r/min，在80℃下反应80min，然后加入质量百分比为10%的冰醋酸，继续搅拌反应40min后，将反应物温度降至28℃，将搅拌速度调节至1200r/min，加入去离子水，搅拌均匀，制得所述水性聚氨酯；所述去离子水与聚氨酯的质量比为1:25。
所述填充剂的制备方法为：将质量百分比分别为65%的无规聚丙烯、6%的碳酸钙、15%的苯并三唑、12%的硬脂酸铝加入陶瓷球磨机中，球磨55min后，加入质量百分比为2%的复配改性剂，继续球磨100min，制得所述填充剂；所述复配改性剂由甲基丙烯酸与单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯按质量比为3:1混合而成。
所述水性聚氨酯改性乳化沥青的制备方法为：步骤一：将沥青加热至熔融状态，然后加入水、乳化剂，在1400r/min速度下搅拌混合15min；
步骤二：待步骤一中搅拌混合完成后，依次加入水性聚氨酯、填充剂、异味中和剂，在1400r/min速度下继续搅拌混合60min，即得所述水性聚氨酯改性乳化沥青。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。