彩色喷涂速凝防水涂料专用乳化沥青的制备

刘开文，罗恒，田井速，张靖宇

（贵州省材料产业技术研究院，贵州 贵阳 550014）

0 前 言

喷涂速凝乳化沥青防水涂料具有良好的综合性能、施工方便及节能减耗等优点[1]，已得到广泛的应用[2]。由于这类防水涂料是以沥青作为基体材料，最后形成的防水膜呈深黑色，很难调配成为其他的颜色，在一定程度上影响了涂刷主体的美观性，这或多或少的限制了喷涂速凝乳化沥青防水涂料的应用范围。为了满足市场需求，赋予喷涂速凝防水涂料可调色性就显得很有必要。喷涂速凝沥青防水涂料品质和施工性能主要由乳化沥青所决定，因此，推动喷涂速凝彩色乳化沥青防水涂料的应用，关键是开发出高性能的彩色乳化沥青。本文介绍一种高性能彩色乳化沥青的制备方法。

1 试验

1.1 原材料

芳烃油A，工业级，市售；树脂B，工业级，市售；增塑剂DOP，工业级，市售；乳化剂：阴离子乳化剂，工业市售；橡胶胶乳：阴离子型橡胶胶乳，工业级，市售；色浆：水性色浆，工业级，市售；pH调节剂，稳定剂。

1.2 试验仪器设备

针入度检测仪、软化点检测仪、延度检测仪、恒温加热磁力搅拌器、高速搅拌机、粘度仪、微机控制电子万能试验机、实验室高剪切分散乳化机，机械稳定性测试仪。

1.3 制备工艺

1.3.1 基质沥青的制备

芳烃油A、树脂B、增塑剂DOP和高分子聚合物C在165℃条件下高速剪切40 min，然后在170℃下发育1 h得到基质沥青。

将基质沥青加热到170～175℃后再把改性剂SBS加入到基质沥青中。经过溶胀、剪切、发育3个阶段后得到SBS改性沥青。

1.3.2 乳化和二次改性

将制备好的改性沥青和皂液加入到乳化机中进行乳化，然后再加入橡胶胶乳和色浆搅拌均匀，得到彩色乳化沥青。

2 结果与讨论

2.1 工艺选择

目前，国内外主要通过2种方式来获得彩色沥青[3]：（1）在普通沥青的基础上制备。①直接遮盖法，将无机颜料和普通石油沥青在高温条件下混合，通过颜料的颜色来遮盖普通石油沥青的颜色。由于普通沥青呈深黑色，采用颜料遮盖的方法很难达到预期的效果；②脱沥青质法，普通石油的黑色主要是由于沥青质的存在，用溶剂将普通石油沥青中的沥青质脱去，制得浅色的基质沥青，然后加入相应的试剂和颜料制得彩色沥青，这种方法工艺复杂，沥青脱色效果不理想，还会产生污染，现在很少采用这种工艺。（2）彩色胶结料。利用有机高分子聚合物填充油和其他添加剂在高温搅拌、高速剪切的条件下制得具有普通石油沥青功能的浅色胶结料，然后再添加颜料制得彩色胶结料。这种方法简单，易于操作，是目前用于制备彩色沥青的主要方法。本试验选择彩色胶结料的方法制备彩色沥青。

2.2 乳化剂用量对彩色沥青性能的影响

制备的基质沥青的稳定性主要取决于体系中的乳化剂和稳定剂。乳化剂的选择要考虑与所用橡胶乳液的配伍性、快速凝聚性以及价格这几方面的因素。综合考察选用阴离子型慢裂快凝乳化剂。根据之前的试验研究，制备彩色乳化沥青的各组分预配比为：油水比60∶40、改性剂4%、稳定剂0.2%，乳化剂0.5%～2.0%。乳化剂用量对彩色乳化沥青性能的影响见图1、图 2。

图1 乳化剂用量对彩色乳化沥青针入度和软化点的影响

图2 乳化剂用量对彩色乳化沥青延度和储存稳定性的影响

从图1、图2可以看出，随着乳化剂用量的增加，彩色乳化沥青的针入度和软化点变化不大，而5℃延度和5 d储存稳定则出现明显变化。当乳化剂用量从0.5%增加到1.4%时，彩色乳化沥青的5℃延度随乳化剂用量的增加而增大；但当乳化剂用量继续增加，5℃延度却呈下降趋势。这是因为彩色乳化沥青破乳之后，乳化剂分子使彩色沥青分子之间发生凝聚，促进彩色沥青颗粒之间结合得更加紧密。开始阶段，随着乳化剂用量的增加，彩色乳化沥青的5 d储存稳定性逐渐提高，但当乳化剂用量超过1.7%时，彩色沥青5 d储存稳定性的变化不太明显。这是因为随着乳化剂用量的增加，彩色沥青颗粒逐渐变小，沉降速度减慢，沥青颗粒间的电位值增加，彩色乳化沥青的黏度增大，贮存沉降值减小，进而乳液的质量和稳定性提高。

2.3 改性剂SBS掺量对彩色乳化沥青性能的影响（见表 1、图 3）

表1 SBS掺量对彩色乳化沥青性能的影响

国内外关于SBS改性沥青的研究表明，SBS掺量在3%～6%时，SBS对沥青的改性效果较为明显。从表1可以看出，随SBS掺量的增加，彩色乳化沥青的针入度逐渐减小，而软化点和黏度逐渐增大；延度（5℃）先增大后减小，当SBS掺量为4.5%时，延度（5℃）达到最大。

图3 SBS掺量对彩色乳化沥青抗拉强度的影响

由图3可见，随着SBS掺量的增加，彩色乳化沥青的抗拉强度逐渐提高。这是因为刚开始时SBS掺量低，SBS为分散相，彩色乳化沥青相为连续相，随着SBS掺量的增加，SBS变成了连续相，与彩色乳化沥青相共同形成了相互贯穿网络的双连续相结构，这种结构使得改性彩色乳化沥青具有SBS的橡胶弹性，从而使其抗拉伸强度提高[4]。

2.4 稳定剂用量对彩色乳化沥青性能的影响

乳化沥青属于水包油体系，处于热力学不平衡状态，其主要影响因素是沥青颗粒的沉降速率。颗粒沉降速率可以用斯托克公式计算，见式（1）：

式中：g——重力加速度；r——沥青颗粒半径；ρ1——沥青的密度；ρ2——水相的密度；η——水相的黏度。

从式（1）可知，当沥青密度保持一定的情况下，稳定剂的加入可以增加水相的密度和黏度，使沥青颗粒沉降速率降低，从而达到提高乳化沥青稳定性的效果。稳定剂用量对彩色乳化沥青稳定性的影响见图4。

图4 稳定剂用量对彩色乳化沥青贮存稳定性的影响

从图4可以看出，当稳定剂用量≤0.2%时，彩色乳化沥青的5 d储存稳定性随稳定剂用量的增加而逐渐变好；但稳定剂用量超过0.2%之后，则5 d储存稳定性随稳定剂用量增加而降低。因此，稳定剂的最佳用量为0.2%。

2.5 阴离子型橡胶胶乳掺量对彩色乳化沥青性能

的影响

彩色乳化沥青采用SBS改性后再对其进行二次改性，通过加入胶乳来改善彩色乳化沥青的防水性能。考虑到与彩色乳化沥青的配伍性，选择用丁苯胶乳对彩色乳化沥青进行二次改性，试验结果如图5所示。

图5 丁苯胶乳掺量对彩色乳化沥青耐热度和低温柔度的影响

由图5可见，随着丁苯胶乳用量的增大，彩色改性乳化沥青的耐热性提高，低温柔度得到改善。

2.6 彩色乳化沥青的综合性能

考虑稳定效果、综合性能及经济因素，最终确定各组分配比为：油水比60∶40、改性剂4%、稳定剂0.2%、乳化剂1.4%、丁苯胶乳35%。制得的彩色乳化沥青性能见表2。

表2 彩色乳化沥青的性能

3 结 论

本研究采用合成彩色胶结料的工艺路线，通过研究各组分掺量对喷涂速凝彩色乳化沥青防水涂料性能的影响，成功制备出综合性能良好的彩色乳化沥青。