涉及丁苯胶乳乳化沥青材料技术领域，尤其涉及一种高转化率丁苯胶乳乳化沥青材料。

背景：

2.目前我国公路、机场、桥梁等建设越来越倾向采用沥青路面，但由于基质沥青仍存在温度敏感性高、不耐老化、耐高温及低温性能差等缺点，导致路面材料使用不理想，极易出现破损、开裂等现象，普通沥青开始无法达到使用要求。因此，需要对沥青进行改性，优化性能。最常用的改性材料为聚合物类，能够赋予沥青更好的延伸性及耐高温性能。其中，丁苯胶乳生产工艺简单，工业化程度高，改性效果好，被广泛应用于沥青改性。
3.丁苯胶乳是将丁二烯、苯乙烯为单体，在乳化剂和其他助剂作用下，经特定的温度与压力乳液聚合而形成的一种合成胶乳。改变聚合条件如温度、乳化剂、苯乙烯含量等因素可合成各种不同型号的品牌，性能与用途也不尽相同。丁苯胶乳的应用范围广泛，其中造纸行业与公路交通行业是其主要应用领域，也可作为建筑涂料、地毯行业、发泡材料等。
4.丁苯胶乳不但具有橡胶的弹性、柔软性，而且具有部分树脂的性能，具有从橡胶态到树脂态的宽广性能，因此丁苯胶乳在所有合成胶乳种类中需求增长十分迅速。丁苯胶乳中随苯乙烯含量的变化，胶乳呈现不同的物理化学性能，苯乙烯成分较少时，橡胶性能明显，胶乳链结构具有很好的柔顺性，形变能力强；而苯乙烯成分较多时，树脂性能明显，材料刚性、硬度明显提升，但同时也会变脆，在受到外力时，不能发生大形变，容易发生脆断。可根据实际需要，调控苯乙烯部分含量，扩大丁苯胶乳的应用范围。
5.低温法合成丁苯胶乳通常在5-10℃下进行，低温丁苯胶乳分子链的规整性相对较好，tg较低，具有很好的低温初性。低温法制备丁苯胶乳，为保证胶乳的品质，通常反应转化率不高，所得产品固含量也不高，对于工业生产而言，存在很大弊端，这不仅在胶乳后续使用过程中释放有害物质，不利于环保，而且在工业化过程中也增加了单体回收成本，降低设备的生产能力，从而降低经济性。
6.目前如何提高丁苯胶乳的转化率，并将其应用于沥青材料中，制备一种安全环保，同时满足施工要求，又可摆脱性能上的劣势的沥青材料，成为目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高转化率丁苯胶乳乳化沥青材料。
8.一种高转化率丁苯胶乳乳化沥青材料，其原料按重量份包括：沥青100份，高转化率丁苯胶乳15-20份，聚氧乙烯烷基醇酰胺8-12份，油酰胺丙基甜菜碱8-10份，单甘油脂肪酸甘油酯4-8份，炭黑10-16份；高转化率丁苯胶乳采用丁二烯与苯乙烯为原料，通过稳定剂经低温搅拌得到。
9.优选地，丁二烯、苯乙烯、稳定剂的质量比为35-60：6-20：1-2。
10.优选地，高转化率丁苯胶乳采用如下具体步骤制取：将乳化剂、电解质、分子量调节剂、还原剂、水混合，氮气保护下搅拌均匀得到预制料；搅拌状态下向预制料中加入丁二烯、苯乙烯、稳定剂、2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基，5-10℃搅拌1-2h，加入过氧化二异丙苯，继续搅拌2-4h，加入丁二烯、苯乙烯，继续搅拌1-2h，加入终止剂停止反应，脱气，过滤得到高转化率丁苯胶乳。
11.优选地，高转化率丁苯胶乳采用如下具体步骤制取：按重量份将1-3份乳化剂、0.1-1份电解质、0.1-1份分子量调节剂、0.1-1份还原剂、水混合，氮气保护下搅拌均匀得到预制料；搅拌状态下向预制料中加入30-50份丁二烯、5-15份苯乙烯、1-2份稳定剂、0.1-1份2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基，5-10℃搅拌1-2h，加入0.1-1份过氧化二异丙苯，继续搅拌2-4h，加入5-10份丁二烯、1-5份苯乙烯，继续搅拌1-2h，加入终止剂停止反应，脱气，过滤得到高转化率丁苯胶乳。
12.优选地，乳化剂为月桂酸聚氧乙烯酯，电解质为氯化钾、碳酸氢钠、磷酸氢钠及醋酸钠中至少一种。
13.优选地，分子量调节剂为烷基硫醇或多硫醇类化合物，优选为叔十二烷基硫醇。
14.优选地，还原剂为环烷酸盐或叔胺类化合物，而终止剂为对苯二酚。
15.优选地，稳定剂采用如下工艺制得：向搅拌状态的乙腈中依次加入n-羟基琥珀酰亚胺、环己烷、对叔丁基苯酚、亚磷酸三苯酯及金属催化剂，密封，升温至80-90℃反应4-8h，反应过程中通入空气维持压强为2-2.5mpa，冷却至室温得到稳定剂。
16.优选地，乙腈、n-羟基琥珀酰亚胺、环己烷、对叔丁基苯酚、亚磷酸三苯酯、金属催化剂的物质的量之比为5-10：0.01-0.02：1-2：0.01-0.1：0.01-0.1：0.01-0.1。
17.优选地，金属催化剂为醋酸钴。
18.本发明的技术效果如下所示：本发明以丁二烯与苯乙烯为原料，经5-10℃低温搅拌，在稳定剂的作用下可有效解决低温合成丁苯乳胶转化率较低的问题，随着单体转化率的提高，残余单体减少，不仅可有效降低能耗，而且可避免后续使用过程中有害物质的释放，更为安全环保。所得丁苯胶乳在沥青材料体系中具有极好的分散性，诸原料配伍，不仅可改善沥青延度，而且可改善沥青软化点，既能满足施工上的要求，又可摆脱性能上的劣势，使其在使用中显出了巨大的优势。
19.而稳定剂中同时含有取代酚与亚磷酸三酯，可协同降低高转化率丁苯胶乳中过氧化二异丙苯的分解率。同时，自由基稳定剂与2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基配合，可有效提高聚合反应速率，加快反应进程，提高转化率，这是由于两者相互协同，不仅具有稳定反应前期自由基的效果，而且可将前期过多的自由基在后期释放，平衡体系在整个聚合反应过程的自由基浓度，从而有效加快反应速率，有效提高在低温环境下的反应转化率。

具体实施方式
20.下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
21.实施例1
一种高转化率丁苯胶乳乳化沥青材料，其原料包括：沥青100kg，高转化率丁苯胶乳15kg，聚氧乙烯烷基醇酰胺8kg，油酰胺丙基甜菜碱8kg，单甘油脂肪酸甘油酯4kg，炭黑10kg。
22.高转化率丁苯胶乳采用如下具体步骤制取：将1kg月桂酸聚氧乙烯酯、0.1kg氯化钾、0.1kg叔十二烷基硫醇、0.1kg二异丙基乙胺、50kg水混合，氮气保护下以50r/min的速度搅拌均匀，得到预制料；搅拌状态下向预制料中加入30kg丁二烯、5kg苯乙烯、1kg稳定剂、0.1kg 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基，5℃搅拌1h，加入0.1kg过氧化二异丙苯，继续搅拌2h，加入5kg丁二烯、1kg苯乙烯，继续搅拌1h，加入0.01kg苯二酚停止反应，脱气，过滤得到高转化率丁苯胶乳。
23.稳定剂采用如下工艺制得：向搅拌状态的5mol乙腈中依次加入0.01mol n-羟基琥珀酰亚胺、1mol环己烷、0.01mol对叔丁基苯酚、0.01mol亚磷酸三苯酯及0.01mol醋酸钴，密封，升温至80℃反应4h，反应过程中通入空气维持压强为2mpa，冷却至室温得到稳定剂。
24.实施例2
一种高转化率丁苯胶乳乳化沥青材料，其原料包括：沥青100kg，高转化率丁苯胶乳20kg，聚氧乙烯烷基醇酰胺12kg，油酰胺丙基甜菜碱10kg，单甘油脂肪酸甘油酯8kg，炭黑16kg。
25.高转化率丁苯胶乳采用如下具体步骤制取：将3kg月桂酸聚氧乙烯酯、1kg碳酸氢钠、1kg叔十二烷基硫醇、1kg环烷酸亚铁、100kg水混合，氮气保护下以150r/min的速度搅拌均匀，得到预制料；搅拌状态下向预制料中加入50kg丁二烯、15kg苯乙烯、2kg稳定剂、1kg 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基，10℃搅拌2h，加入1kg过氧化二异丙苯，继续搅拌4h，加入10kg丁二烯、5kg苯乙烯，继续搅拌2h，加入0.05kg苯二酚停止反应，脱气，过滤得到高转化率丁苯胶乳。
26.稳定剂采用如下工艺制得：向搅拌状态的10mol乙腈中依次加入0.02mol n-羟基琥珀酰亚胺、2mol环己烷、0.1mol对叔丁基苯酚、0.1mol亚磷酸三苯酯及0.1mol醋酸钴，密封，升温至90℃反应8h，反应过程中通入空气维持压强为2.5mpa，冷却至室温得到稳定剂。
27.实施例3
一种高转化率丁苯胶乳乳化沥青材料，其原料包括：沥青100kg，高转化率丁苯胶乳17kg，聚氧乙烯烷基醇酰胺11kg，油酰胺丙基甜菜碱8.5kg，单甘油脂肪酸甘油酯7kg，炭黑12kg。
28.高转化率丁苯胶乳采用如下具体步骤制取：将2.5kg月桂酸聚氧乙烯酯、0.2kg磷酸氢钠、0.7kg叔十二烷基硫醇、0.2kg十四烷基二甲基叔胺、90kg水混合，氮气保护下以80r/min的速度搅拌均匀，得到预制料；搅拌状态下向预制料中加入45kg丁二烯、8kg苯乙烯、1.7kg稳定剂、0.3kg 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基，8℃搅拌1.3h，加入0.8kg过氧化二异丙苯，继续搅拌2.5h，加入8kg丁二烯、2kg苯乙烯，继续搅拌1.7h，加入0.02kg苯二酚停止反应，脱气，过滤得到高转化率丁苯胶乳。
29.稳定剂采用如下工艺制得：向搅拌状态的8mol乙腈中依次加入0.013mol n-羟基
琥珀酰亚胺、1.7mol环己烷、0.02mol对叔丁基苯酚、0.07mol亚磷酸三苯酯及0.02mol醋酸钴，密封，升温至88℃反应5h，反应过程中通入空气维持压强为2.3mpa，冷却至室温得到稳定剂。
30.实施例4
一种高转化率丁苯胶乳乳化沥青材料，其原料包括：沥青100kg，高转化率丁苯胶乳19kg，聚氧乙烯烷基醇酰胺9kg，油酰胺丙基甜菜碱9.5kg，单甘油脂肪酸甘油酯5kg，炭黑14kg。
31.高转化率丁苯胶乳采用如下具体步骤制取：将1.5kg月桂酸聚氧乙烯酯、0.8kg醋酸钠、0.3kg叔十二烷基硫醇、0.8kg环烷酸钙、70kg水混合，氮气保护下以120r/min的速度搅拌均匀，得到预制料；搅拌状态下向预制料中加入35kg丁二烯、12kg苯乙烯、1.3kg稳定剂、0.7kg 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基，6℃搅拌1.7h，加入0.2kg过氧化二异丙苯，继续搅拌3.5h，加入6kg丁二烯、4kg苯乙烯，继续搅拌1.3h，加入0.04kg苯二酚停止反应，脱气，过滤得到高转化率丁苯胶乳。
32.稳定剂采用如下工艺制得：向搅拌状态的6mol乙腈中依次加入0.017mol n-羟基琥珀酰亚胺、1.3mol环己烷、0.08mol对叔丁基苯酚、0.03mol亚磷酸三苯酯及0.08mol醋酸钴，密封，升温至82℃反应7h，反应过程中通入空气维持压强为2.1mpa，冷却至室温得到稳定剂。
33.实施例5
一种高转化率丁苯胶乳乳化沥青材料，其原料包括：重交通量70#
道路沥青100kg，高转化率丁苯胶乳18kg，聚氧乙烯烷基醇酰胺10kg，油酰胺丙基甜菜碱9kg，单甘油脂肪酸甘油酯6kg，炭黑13kg。
34.高转化率丁苯胶乳采用如下具体步骤制取：将2kg月桂酸聚氧乙烯酯、0.5kg碳酸氢钠、0.5kg叔十二烷基硫醇、0.5kg环烷酸锌、80kg水混合，氮气保护下以100r/min的速度搅拌均匀，得到预制料；搅拌状态下向预制料中加入40kg丁二烯、10kg苯乙烯、1.5kg稳定剂、0.5kg 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基，7℃搅拌1.5h，加入0.5kg过氧化二异丙苯，继续搅拌3h，加入7kg丁二烯、3kg苯乙烯，继续搅拌1.5h，加入0.03kg苯二酚停止反应，脱气，过滤得到高转化率丁苯胶乳。
35.稳定剂采用如下工艺制得：向搅拌状态的7mol乙腈中依次加入0.015mol n-羟基琥珀酰亚胺、1.5mol环己烷、0.05mol对叔丁基苯酚、0.05mol亚磷酸三苯酯及0.05mol醋酸钴，密封，升温至85℃反应6h，反应过程中通入空气维持压强为2.2mpa，冷却至室温得到稳定剂。
36.将实施例5
所得丁苯胶乳在无水己醇中进行破乳，并用去离子水充分洗涤，除去其中残留的乳化剂，经风干除去大部分水后再经真空干燥箱中抽干，进行红外表征，如图1所示。
37.对比例一种高转化率丁苯胶乳乳化沥青材料，其原料包括：重交通量70
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道路沥青100kg，高转化率丁苯胶乳18kg，聚氧乙烯烷基醇酰胺10kg，油酰胺丙基甜菜碱9kg，单甘油脂肪酸甘油酯6kg，炭黑13kg。
38.高转化率丁苯胶乳采用如下具体步骤制取：将2kg月桂酸聚氧乙烯酯、0.5kg碳酸
氢钠、0.5kg叔十二烷基硫醇、0.5kg环烷酸锌、80kg水混合，氮气保护下以100r/min的速度搅拌均匀，得到预制料；搅拌状态下向预制料中加入40kg丁二烯、10kg苯乙烯、0.5kg 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基，7℃搅拌1.5h，加入0.5kg过氧化二异丙苯，继续搅拌3h，加入7kg丁二烯、3kg苯乙烯，继续搅拌1.5h，加入0.03kg苯二酚停止反应，脱气，过滤得到高转化率丁苯胶乳。
39.将实施例5
和对比例所得丁苯胶乳进行转化率测定，具体如下：用铝箔纸折成取样容器，称量重量记录为w1，精确称量样品约2-3g，缓慢晃动铝箔纸，使胶乳在底部均匀铺开，称量重量记录为w2，把铝箔纸水平放置于100±2℃干燥箱中干燥2h，称取烘干后的质量，继续烘干半小时，当两次称重差小于1mg时，则认为样品已经烘干，称量记录质量为w3，固含量是非挥发分的含量与总量的比值，每次平行测试测试两组，取平均值。
40.tsc=（w3‑ꢀw1）/（w2‑ꢀw1）×100%根据上述测得的胶乳固含量，进行单体转化率测试，转化率的定义为已经反应的单体占单体总量的比例。根据总投料量及固含量数据可以得知体系中非挥发份的总量，但这里面包含了非单体成分，如乳化剂、电解质等，在进行单体转化率计算时应将其除去，剩余部分为己经参与反应的单体质量，其与总的投入单体质量的比值即为转化率。
41.c=（反应釜总投料量×tsc-反应釜中助剂总量）/单体的总投料量×100%，实施例5中转化率更高。本技术人认为：这是由于稳定剂中同时含有取代酚与亚磷酸三酯，可协同降低高转化率丁苯胶乳中过氧化二异丙苯的分解率。同时，自由基稳定剂与2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基配合，可有效提高聚合反应速率，加快反应进程，提高转化率，这是由于两者相互协同，不仅具有稳定反应前期自由基的效果，而且可将前期过多的自由基在后期释放，平衡体系在整个聚合反应过程的自由基浓度，从而有效加快反应速率，有效提高在低温环境下的反应转化率。
42.采用实施例5和对比例所得沥青材料进行性能测试，采用型号为lyy-9a的调温调速沥青延度试验仪测试延度，采用型号为syd-2806g的软化点试验仪测试软化点。具体如下： 延度（5℃），cm软化点，℃重交通量70#
道路沥青349.5实施例55480.2对比例853.5由上表可知：实施例5的延度和软化点均优于对比例，说明本发明所得沥青材料具有较好的耐高低温性能。
43.本技术人认为：这是由于丁苯胶乳在本发明所得沥青材料体系中具有极好的分散性，诸原料配伍，不仅可改善沥青延度，而且可改善沥青软化点，既能满足施工上的要求，又可摆脱性能上的劣势，使其在使用中显出了巨大的优势。
44.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。