本发明涉及沥青技术领域，具体涉及一种沥青改性剂及其制备方法。此外本发明还涉及该沥青改性剂在道路交通材料领域和建筑防水材料领域的应用。
背景技术：
随着道路交通和城市建设的飞速发展，沥青作为道路交通材料和建筑防水材料的重要组成部分，被大量的使用。但沥青具有高温易流动、低温易裂、韧性和刚性不足、拉伸强度差、抗水损坏能力差等一系列缺点。为克服这些缺点，对沥青的改性显得尤为重要。
用SBR改性的沥青是在规模生产中使用量较大的一种改性沥青。SBR改性沥青具有较为突出的低温延展性，但软化点较低，高温稳定性欠缺，在寒区公路使用效果较好，而在炎热地区和作为建筑防水材料使用时，出现易老化、使用寿命不长等各种问题。而SBS改性沥青的低温黏韧性和高温稳定性较SBR改性沥青有所提高，但仍不理想，而且在实际使用中发现，用纯SBS对沥青改性后，乳化蒸发残留物的5℃延度小于20cm，不符合《公路沥青路面施工技术规范》的要求。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种沥青改性剂及其应用，通过该沥青改性剂改性的沥青的产品性能得到提高，满足相关的道路交通材料和建筑防水材料的行业技术要求。
本发明提供的一种沥青改性剂，其组成部分按质量份数计如下：
SBS颗粒：10-30份，
液体石蜡：3-10份，
硅酸钙：1-3份，
稳定剂：0.2-1.2份，
表面活性剂：0.8-2份，
水：30-40份。
所述稳定剂为阳离子型聚丙烯酰胺和阴离子型聚丙烯酰胺中的一种。
所述表面活性剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂中的一种；所述的阳离子表面活性剂为3,3’-苯基亚氨基-（二（2-羟基丙基-十四烷基哌啶）溴化铵）（BAB）；所述的阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠（SDS）；所述的非离子表面活性剂为山梨醇酐油酸酯（司盘-80）和聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯（吐温-80）复配得到。
所述阳离子型聚丙烯酰胺只能与所述阳离子型表面活性剂或所述非离子表面活性剂的一种同时使用，制备的沥青改性剂为阳离子型沥青改性剂；所述阴离子型聚丙烯酰胺只能与所述阴离子型表面活性剂或所述非离子型表面活性剂的一种同时使用，制备的沥青改性剂为阴离子型沥青改性剂。
上述一种沥青改性剂，其制备方法为：
1．在常温常压下，将SBS颗粒加入到甲苯中充分溶胀，其中甲苯和SBS的质量比2-3:1；
2．在常温常压下，将表面活性剂和稳定剂充分溶解在过量的水中制备水溶液，将制备的水溶液和液体石蜡加入到溶胀好的SBS中，进行搅拌至充分乳化，搅拌时温度控制为40-60℃；
3．在0.001—0.01Mpa的真空度下，温度控制为70-90℃，蒸出并回收甲苯和多余的水，制得胶乳状的SBS乳液；
4. 在制得的胶乳状的SBS乳液中加入粉末状的硅酸钙，进行搅拌使硅酸钙悬浮分散于SBS乳液中，即得到沥青改性剂。
本发明具有以下突出效果：
经本发明的阳离子沥青改性剂制备的改性乳化沥青符合《公路沥青路面施工技术规范》的规范要求，具有良好的高低温性能、抗疲劳性能、粘附性能、抗冲击能力、抗开裂能力、耐磨耗能力和防水能力，能延长道路使用寿命。
经本发明的阴离子沥青改性剂制备的防水涂料能改善防水材料的抗水损坏能力，物理力学性能优良，涂层固化迅速，性能指标更优越，可充分满足施工的需要。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业用途得到。
一种沥青改性剂，其组成部分的来源如下：
SBS颗粒购自中石化巴陵石化公司，含量≥99%。
液体石蜡购自上海国药集团有限公司，化学纯。
硅酸钙购自阿拉丁试剂有限公司，化学纯。
阳离子型聚丙烯酰胺购自无锡凤民环保科技发展有限公司，含量≥98%。
阴离子型聚丙烯酰胺购自无锡凤民环保科技发展有限公司，含量≥98%。
十二烷基硫酸钠（SDS）购自上海国药集团有限公司，化学纯。
山梨醇酐油酸酯（司盘-80）购自上海国药集团有限公司，化学纯。
聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯（吐温-80）购自上海国药集团有限公司，化学纯。
非离子表面活性剂：山梨醇酐油酸酯（司盘-80）与聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯（吐温-80）的复配通过混合搅拌均匀实现。
3,3’-苯基亚氨基-（二（2-羟基丙基-十四烷基哌啶）溴化铵）（BAB）的含量≥98%，其制备方法如下：
1.25 ℃下，在单口烧瓶加入24.8 g苯胺、8 mL丙酸、100 mL水，混合液搅拌15 min，然后加入61.68 g环氧氯丙烷，搅拌反应20 h；反应停止后，静置分层，去除水层，所得有机层水洗，然后用乙酸乙酯和石油醚重结晶，抽滤，真空干燥，得到中间体（I）N，N-二（2-羟基-3-氯丙基）苯胺；
2.在65 ℃下，在三口烧瓶里加入19 g碳酸钾、20 mL乙腈和11.75 g哌啶。把16 g中间体（I）溶解在50 mL乙腈中，缓慢滴入三口烧瓶中，搅拌反应，薄层色谱监控无中间体（I）后，继续反应2 h；过滤，旋干溶剂后进行重结晶，所得中间体（II）3,3,-苯基亚氨基-二(2-羟基丙基哌啶)；
3.取23.65 g 1-溴癸烷加入烧瓶中搅拌，将16.8 g中间体（II）溶解在100 mL四氢呋喃中，逐滴加入进烧瓶，回流反应48 h，反应结束后，旋干溶剂，用乙酸乙酯多次洗，得到产品BAB。
所用试剂来源与要求：
水为去离子水；乙腈、四氢呋喃、乙酸乙酯、环氧氯丙烷、哌啶、丙酸均为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司；苯胺为分析纯，购自中国医药上海化学试剂公司；溴代十四烷为分析纯购自adamas-beta试剂公司；碳酸钾，含量≥98%，购自常熟化工厂。
以下通过实施例的具体实施方式再对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不仅限于以下的实施例。本发明包含上述技术思想下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。
实施例1
一种阳离子沥青改性剂的制备方法为：
1.取30份（按质量份计，下同）的SBS颗粒加入到60份的甲苯，室温下溶胀1 h；
2.取1份的3,3’-苯基亚氨基-（二（2-羟基丙基-十四烷基哌啶）溴化铵）溶解在80份的水中，加入阳离子型聚丙烯酰胺1份，搅拌至粘稠；
3.将步骤2制备的溶液加入到步骤1溶胀的SBS中，同时加入10份的液体石蜡，升温至50℃，搅拌乳化1.5 h；
4.将步骤3乳化好的乳液，升温至70℃左右，在0.001—0.01Mpa的真空度下，蒸馏出甲苯和约40-50份的水并回收，制得胶乳状的SBS乳液；
5.在步骤4制备的SBS乳液中加入粉末状的硅酸钙2份，进行搅拌使硅酸钙悬浮分散于SBS乳液中，即制得阳离子型沥青改性剂。
实施例2
一种阳离子沥青改性剂，其制备方法为：
1.取30份（按质量份计，下同）的SBS颗粒加入到60份的甲苯，室温下溶胀1 h；
2.取1份的非离子表面活性剂（山梨醇酐油酸酯：聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯=3：2）（按质量比计）溶解在80份的水中，加入阳离子型聚丙烯酰胺1份，搅拌至粘稠；
3.将步骤2制备的溶液加入到步骤1溶胀的SBS中，同时加入10份的液体石蜡，升温至50℃，搅拌乳化1.5 h；
4.将步骤3乳化好的乳液，升温至70℃左右，在0.001—0.01Mpa的真空度下，蒸馏出甲苯和约40-50份的水并回收，制得胶乳状的SBS乳液；
5.在步骤4制备的SBS乳液中加入粉末状的硅酸钙2份，进行搅拌使硅酸钙悬浮分散与SBS乳液中，即制得阳离子型沥青改性剂。
实施例3
一种阴离子沥青改性剂，其制备方法为：
1.取15份（按质量份计，下同）的SBS颗粒加入到30份的甲苯，室温下溶胀1 h；
2.取1份的十二烷基硫酸钠溶解在80份的水中，加入阴离子型聚丙烯酰胺0.6份，搅拌至粘稠；
3.将步骤2制备的溶液加入到步骤1溶胀的SBS中，同时加入15份的液体石蜡，升温至50℃，搅拌乳化1.5 h；
4.将步骤3乳化好的乳液，升温至70℃左右，在0.001—0.01Mpa的真空度下，蒸馏出甲苯和约40-50份的水并回收，制得胶乳状的SBS乳液；
5.在步骤4制备的SBS乳液中加入粉末状的硅酸钙3份，进行搅拌使硅酸钙悬浮分散于SBS乳液中，即制得阴离子型沥青改性剂。
实施例4
一种阴离子型沥青改性剂，其制备方法为：
1.取30份（按质量份计，下同）的SBS颗粒加入到60份的甲苯，室温下溶胀1 h；
2.取1份的非离子表面活性剂（山梨醇酐油酸酯：聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯=2：3）（按质量比计）溶解在80份的水中，加入阴离子型聚丙烯酰胺1份，搅拌至粘稠；
3.将步骤2制备的溶液加入步骤1溶胀的SBS中，同时加入8份的液体石蜡，升温至50℃，搅拌乳化1.5 h；
4.将步骤3乳化好的乳液，升温至70℃左右，在0.001—0.01Mpa的真空度下，蒸馏出甲苯和约40-50份的水并回收，制得胶乳状的SBS乳液；
5.在步骤4制备的SBS乳液中加入粉末状的硅酸钙2份，进行搅拌使硅酸钙悬浮分散于SBS乳液中，即制得阴离子型沥青改性剂。
应用实例1
实施例1制备的一种沥青改性剂，其应用为：
将7%（按质量百分比计，下同）实施例1制备的一种阳离子型沥青改性剂、1.5%的阳离子慢裂型乳化剂即3,3’-苯基亚氨基-（二（2-羟基丙基-十四烷基哌啶）溴化铵）（BAB）和33%的水加入到乳化机中混合加热升温至60℃。在乳化剂的作用下，慢慢加入56.5%的140℃的热沥青和2%粉末状硅酸钙开始进行乳化反应，制得改性乳化沥青。其中，乳化机的转速控制为15000 r/min，乳化时间控制为3 min。
制得的改性乳化沥青的品种为拌合用乳化沥青（BCR），依照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）的试验方法进行测试，测得该改性乳化沥青的乳液蒸发残留物的5℃延度为22.6 cm，25℃针入度为70（dmm），乳液蒸发残留物的软化点为63℃，符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）改性乳化沥青的技术要求，并能显著提高夏天路面的使用性能。
将应用实例1得到的改性乳化沥青（BCR）具体的性能测试结果与《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的技术要求标准对照数据列于表1。
表1 应用例1的产品性能
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应用实例2
实施例3制备的一种沥青改性剂，其应用为：
将在水中加入1%（按质量百分比计）的阴离子型乳化剂即十二烷基硫酸钠（SDS），并加热至55℃，配置成皂液，将配置的皂液和140℃的沥青按照1:1的质量比例混合，经胶体磨的高速研磨剪切，使沥青以细小微粒状态均匀分布于含有适量乳化剂的水溶液中，形成乳液，即制得阴离子型乳化沥青。
然后将100份（按质量份计，下同）上述制备的阴离子型乳化沥青、9份实施例3制备的阴离子型沥青改性剂、0.2份的氯化钙（作为稳定剂）、0.2份的二乙二醇单丁醚（作为成膜剂）在室温下搅拌30min，使其充分混合，然后经胶体磨过磨形成乳液，即得阴离子型改性乳化沥青防水材料。
所制备的阴离子型改性乳化沥青防水涂料为水乳型沥青防水材料，按产品性能分为L型。
依照《水乳型沥青防水涂料》（JC／T408-2005）的试验方法进行测试，所制得的阳离子型改性乳化沥青防水涂料的外观符合该国标的外观要求：样品搅拌后无色差、无凝胶、无结块、无明显沥青丝，其物理力学性能满足的该国标的标准规范，具体测量结果列于表2。
表2 应用例2的产品物理力学性能