劉開(kāi)文，羅恒，田井速，張靖宇

（貴州省材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550014）

0 前 言

噴涂速凝乳化瀝青防水涂料具有良好的綜合性能、施工方便及節(jié)能減耗等優(yōu)點(diǎn)[1]，已得到廣泛的應(yīng)用[2]。由于這類(lèi)防水涂料是以瀝青作為基體材料，最后形成的防水膜呈深黑色，很難調(diào)配成為其他的顏色，在一定程度上影響了涂刷主體的美觀性，這或多或少的限制了噴涂速凝乳化瀝青防水涂料的應(yīng)用范圍。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，賦予噴涂速凝防水涂料可調(diào)色性就顯得很有必要。噴涂速凝瀝青防水涂料品質(zhì)和施工性能主要由乳化瀝青所決定，因此，推動(dòng)噴涂速凝彩色乳化瀝青防水涂料的應(yīng)用，關(guān)鍵是開(kāi)發(fā)出高性能的彩色乳化瀝青。本文介紹一種高性能彩色乳化瀝青的制備方法。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

芳烴油A，工業(yè)級(jí)，市售；樹(shù)脂B，工業(yè)級(jí)，市售；增塑劑DOP，工業(yè)級(jí)，市售；乳化劑：陰離子乳化劑，工業(yè)市售；橡膠膠乳：陰離子型橡膠膠乳，工業(yè)級(jí)，市售；色漿：水性色漿，工業(yè)級(jí)，市售；pH調(diào)節(jié)劑，穩(wěn)定劑。

1.2 試驗(yàn)儀器設(shè)備

針入度檢測(cè)儀、軟化點(diǎn)檢測(cè)儀、延度檢測(cè)儀、恒溫加熱磁力攪拌器、高速攪拌機(jī)、粘度儀、微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、實(shí)驗(yàn)室高剪切分散乳化機(jī)，機(jī)械穩(wěn)定性測(cè)試儀。

1.3 制備工藝

1.3.1 基質(zhì)瀝青的制備

芳烴油A、樹(shù)脂B、增塑劑DOP和高分子聚合物C在165℃條件下高速剪切40 min，然后在170℃下發(fā)育1 h得到基質(zhì)瀝青。

將基質(zhì)瀝青加熱到170～175℃后再把改性劑SBS加入到基質(zhì)瀝青中。經(jīng)過(guò)溶脹、剪切、發(fā)育3個(gè)階段后得到SBS改性瀝青。

1.3.2 乳化和二次改性

將制備好的改性瀝青和皂液加入到乳化機(jī)中進(jìn)行乳化，然后再加入橡膠膠乳和色漿攪拌均勻，得到彩色乳化瀝青。

2 結(jié)果與討論

2.1 工藝選擇

目前，國(guó)內(nèi)外主要通過(guò)2種方式來(lái)獲得彩色瀝青[3]：（1）在普通瀝青的基礎(chǔ)上制備。①直接遮蓋法，將無(wú)機(jī)顏料和普通石油瀝青在高溫條件下混合，通過(guò)顏料的顏色來(lái)遮蓋普通石油瀝青的顏色。由于普通瀝青呈深黑色，采用顏料遮蓋的方法很難達(dá)到預(yù)期的效果；②脫瀝青質(zhì)法，普通石油的黑色主要是由于瀝青質(zhì)的存在，用溶劑將普通石油瀝青中的瀝青質(zhì)脫去，制得淺色的基質(zhì)瀝青，然后加入相應(yīng)的試劑和顏料制得彩色瀝青，這種方法工藝復(fù)雜，瀝青脫色效果不理想，還會(huì)產(chǎn)生污染，現(xiàn)在很少采用這種工藝。（2）彩色膠結(jié)料。利用有機(jī)高分子聚合物填充油和其他添加劑在高溫?cái)嚢?、高速剪切的條件下制得具有普通石油瀝青功能的淺色膠結(jié)料，然后再添加顏料制得彩色膠結(jié)料。這種方法簡(jiǎn)單，易于操作，是目前用于制備彩色瀝青的主要方法。本試驗(yàn)選擇彩色膠結(jié)料的方法制備彩色瀝青。

2.2 乳化劑用量對(duì)彩色瀝青性能的影響

制備的基質(zhì)瀝青的穩(wěn)定性主要取決于體系中的乳化劑和穩(wěn)定劑。乳化劑的選擇要考慮與所用橡膠乳液的配伍性、快速凝聚性以及價(jià)格這幾方面的因素。綜合考察選用陰離子型慢裂快凝乳化劑。根據(jù)之前的試驗(yàn)研究，制備彩色乳化瀝青的各組分預(yù)配比為：油水比60∶40、改性劑4%、穩(wěn)定劑0.2%，乳化劑0.5%～2.0%。乳化劑用量對(duì)彩色乳化瀝青性能的影響見(jiàn)圖1、圖 2。

圖1 乳化劑用量對(duì)彩色乳化瀝青針入度和軟化點(diǎn)的影響

圖2 乳化劑用量對(duì)彩色乳化瀝青延度和儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響

從圖1、圖2可以看出，隨著乳化劑用量的增加，彩色乳化瀝青的針入度和軟化點(diǎn)變化不大，而5℃延度和5 d儲(chǔ)存穩(wěn)定則出現(xiàn)明顯變化。當(dāng)乳化劑用量從0.5%增加到1.4%時(shí)，彩色乳化瀝青的5℃延度隨乳化劑用量的增加而增大；但當(dāng)乳化劑用量繼續(xù)增加，5℃延度卻呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)椴噬榛癁r青破乳之后，乳化劑分子使彩色瀝青分子之間發(fā)生凝聚，促進(jìn)彩色瀝青顆粒之間結(jié)合得更加緊密。開(kāi)始階段，隨著乳化劑用量的增加，彩色乳化瀝青的5 d儲(chǔ)存穩(wěn)定性逐漸提高，但當(dāng)乳化劑用量超過(guò)1.7%時(shí)，彩色瀝青5 d儲(chǔ)存穩(wěn)定性的變化不太明顯。這是因?yàn)殡S著乳化劑用量的增加，彩色瀝青顆粒逐漸變小，沉降速度減慢，瀝青顆粒間的電位值增加，彩色乳化瀝青的黏度增大，貯存沉降值減小，進(jìn)而乳液的質(zhì)量和穩(wěn)定性提高。

2.3 改性劑SBS摻量對(duì)彩色乳化瀝青性能的影響（見(jiàn)表 1、圖 3）

表1 SBS摻量對(duì)彩色乳化瀝青性能的影響

國(guó)內(nèi)外關(guān)于SBS改性瀝青的研究表明，SBS摻量在3%～6%時(shí)，SBS對(duì)瀝青的改性效果較為明顯。從表1可以看出，隨SBS摻量的增加，彩色乳化瀝青的針入度逐漸減小，而軟化點(diǎn)和黏度逐漸增大；延度（5℃）先增大后減小，當(dāng)SBS摻量為4.5%時(shí)，延度（5℃）達(dá)到最大。

圖3 SBS摻量對(duì)彩色乳化瀝青抗拉強(qiáng)度的影響

由圖3可見(jiàn)，隨著SBS摻量的增加，彩色乳化瀝青的抗拉強(qiáng)度逐漸提高。這是因?yàn)閯傞_(kāi)始時(shí)SBS摻量低，SBS為分散相，彩色乳化瀝青相為連續(xù)相，隨著SBS摻量的增加，SBS變成了連續(xù)相，與彩色乳化瀝青相共同形成了相互貫穿網(wǎng)絡(luò)的雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得改性彩色乳化瀝青具有SBS的橡膠彈性，從而使其抗拉伸強(qiáng)度提高[4]。

2.4 穩(wěn)定劑用量對(duì)彩色乳化瀝青性能的影響

乳化瀝青屬于水包油體系，處于熱力學(xué)不平衡狀態(tài)，其主要影響因素是瀝青顆粒的沉降速率。顆粒沉降速率可以用斯托克公式計(jì)算，見(jiàn)式（1）：

式中：g——重力加速度；r——瀝青顆粒半徑；ρ1——瀝青的密度；ρ2——水相的密度；η——水相的黏度。

從式（1）可知，當(dāng)瀝青密度保持一定的情況下，穩(wěn)定劑的加入可以增加水相的密度和黏度，使瀝青顆粒沉降速率降低，從而達(dá)到提高乳化瀝青穩(wěn)定性的效果。穩(wěn)定劑用量對(duì)彩色乳化瀝青穩(wěn)定性的影響見(jiàn)圖4。

圖4 穩(wěn)定劑用量對(duì)彩色乳化瀝青貯存穩(wěn)定性的影響

從圖4可以看出，當(dāng)穩(wěn)定劑用量≤0.2%時(shí)，彩色乳化瀝青的5 d儲(chǔ)存穩(wěn)定性隨穩(wěn)定劑用量的增加而逐漸變好；但穩(wěn)定劑用量超過(guò)0.2%之后，則5 d儲(chǔ)存穩(wěn)定性隨穩(wěn)定劑用量增加而降低。因此，穩(wěn)定劑的最佳用量為0.2%。

2.5 陰離子型橡膠膠乳摻量對(duì)彩色乳化瀝青性能

的影響

彩色乳化瀝青采用SBS改性后再對(duì)其進(jìn)行二次改性，通過(guò)加入膠乳來(lái)改善彩色乳化瀝青的防水性能。考慮到與彩色乳化瀝青的配伍性，選擇用丁苯膠乳對(duì)彩色乳化瀝青進(jìn)行二次改性，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 丁苯膠乳摻量對(duì)彩色乳化瀝青耐熱度和低溫柔度的影響

由圖5可見(jiàn)，隨著丁苯膠乳用量的增大，彩色改性乳化瀝青的耐熱性提高，低溫柔度得到改善。

2.6 彩色乳化瀝青的綜合性能

考慮穩(wěn)定效果、綜合性能及經(jīng)濟(jì)因素，最終確定各組分配比為：油水比60∶40、改性劑4%、穩(wěn)定劑0.2%、乳化劑1.4%、丁苯膠乳35%。制得的彩色乳化瀝青性能見(jiàn)表2。

表2 彩色乳化瀝青的性能

3 結(jié) 論

本研究采用合成彩色膠結(jié)料的工藝路線(xiàn)，通過(guò)研究各組分摻量對(duì)噴涂速凝彩色乳化瀝青防水涂料性能的影響，成功制備出綜合性能良好的彩色乳化瀝青。