一種環(huán)氧瀝青增容劑的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及道路新材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可以用于制備可以在室溫下攪拌 混合、施工的環(huán)氧瀝青材料的增容劑的制備和使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 與普通瀝青相比，環(huán)氧瀝青材料具有極為優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能、超強 的抗疲勞性能和優(yōu)異的耐久性，成為高鋼橋面鋪裝工程中的首選材料。在制備環(huán)氧瀝青的 過程中，由于環(huán)氧瀝青中石油瀝青的主要成分是脂肪烴類和芳香烴類的混合物，其溶解度 參數(shù)約為8. 66,而環(huán)氧樹脂的溶解度參數(shù)為10. 36,因此混合體系在熱力學(xué)上很難相容而 成為均一穩(wěn)定的體系。為了有效的制備環(huán)氧瀝青材料，首要解決的基質(zhì)瀝青和環(huán)氧樹脂之 間的相容性問題。
[0003] 另一方面，現(xiàn)有技術(shù)公開的環(huán)氧瀝青材料在室溫下為半流體膏狀，在鋪裝使用時 必須要進行加熱，如美國ChemCo環(huán)氧瀝青的拌和溫度為121°C，日本TAF環(huán)氧瀝青的拌和溫 度為180°C。而且，經(jīng)過拌和好的環(huán)氧瀝青集料必須在保溫條件下從拌和站運輸至施工現(xiàn) 場，這樣造成一方面由于外加熱使環(huán)氧瀝青的生產(chǎn)能耗高，同時由于必須進行保溫運輸造 成施工時運輸難度大；同時，環(huán)氧瀝青在加熱過程中，會產(chǎn)生對人體有害的瀝青煙氣，對施 工者的身體和環(huán)境造成較大的影響。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)氧瀝青增容劑的制備及使用方法。利用本發(fā)明技術(shù) 得到的環(huán)氧瀝青增容劑可解決的基質(zhì)瀝青和環(huán)氧樹脂之間的相容性問題，利用該環(huán)氧瀝青 增容劑制備的環(huán)氧瀝青材料可以在室溫下攪拌混合、施工。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是，一種環(huán)氧瀝青增容劑的制備方法， 其特征在于包括以下步驟：
[0006] a)將重芳烴油加熱到60~180°C ;
[0007] b)按異氰酸酯的用量為重芳烴油重量份數(shù)的3~10%，引發(fā)劑的用量為重芳烴油 重量份數(shù)的〇. 5~5%，抗降解劑的用量為重芳烴油重量份數(shù)的3~10%，將異氰酸酯、弓丨 發(fā)劑和抗降解劑混合液加入到重芳烴油中，在加熱的條件下攪拌〇. 5~2h，得到環(huán)氧瀝青 增容劑。
[0008] 優(yōu)選的，所述重芳烴油中重芳烴含量為30~85% (質(zhì)量），更優(yōu)選為50~80%， 更優(yōu)選為60~75%。
[0009] 優(yōu)選的，所述重芳烴油的加熱溫度為60~180°C，更優(yōu)選為80~160°C，更優(yōu)選為 120 ~150°C。
[0010] 本發(fā)明對所述的重芳烴油種類和來源沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員認可 的重芳烴油的種類和來源即可，如可以采用購自購自武漢保華石化新材料開發(fā)股份有限公 司的重芳烴油。
[0011] 優(yōu)選的，所述異氰酸酯的用量為重芳烴油重量份數(shù)的3~10%，更優(yōu)選為5~ 9 %，更優(yōu)選為6~8 %。所述異氰酸酯可以是甲苯二異氰酸酯、二苯甲烷二異氰酸酯、多亞 甲基多苯基多異氰酸酯中的至少一種，多種按任意配比的混合。本發(fā)明對所述的異氰酸酯 種類和來源沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員認可的異氰酸酯的種類和來源即可，如 可以采用購自ALDRICH公司的3-異丙基-α，α-二甲基芐基異氰酸酯（TMI)。
[0012] 優(yōu)選的，所述引發(fā)劑的用量為重芳烴油重量份數(shù)的0. 5~5%，更優(yōu)選為1~4%， 更優(yōu)選為1~3%。本發(fā)明對所述的引發(fā)劑種類和來源沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù) 人員認可的引發(fā)劑的種類和來源即可，如可以采用購自成都罹精喜望精細化工有限公司的 2, 5-二甲基-2, 5-雙（叔丁基過氧基）己烷（DHBP)。
[0013] 優(yōu)選的，所述抗降解劑的用量為重芳烴油重量份數(shù)的3~10%，更優(yōu)選為5~ 9 %，更優(yōu)選為6~8 %。本發(fā)明對所述的抗降解劑種類和來源沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域 技術(shù)人員認可的抗降解劑的種類和來源即可，如可以采用購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司 的苯乙?。⊿t)。
[0014] 在本發(fā)明中，環(huán)氧瀝青增容劑能有效改善瀝青和環(huán)氧樹脂之間的相容性，使制備 的環(huán)氧瀝青材料具有穩(wěn)定均一的相態(tài)，不會存在瀝青和環(huán)氧樹脂兩相的分離。本發(fā)明所提 供的環(huán)氧瀝青增容劑所含有的活性基團可參與固化交聯(lián)反應(yīng)，形成作用力更強更為牢固的 分子鍵，以更加有效的增加瀝青和環(huán)氧樹脂之間的相容性；另一方面，由于與環(huán)氧樹脂的反 應(yīng)活性不同，導(dǎo)致反應(yīng)交錯進行，從而形成一種互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（ΙΡΝ結(jié)構(gòu)），且這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 具有整體交聯(lián)密度低、局部交聯(lián)密度高的雙模網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征，可以使環(huán)氧瀝青在高溫下具 有高強度的同時，在低溫下也具有良好的韌性。
[0015] 本發(fā)明同時提供了一種環(huán)氧瀝青增容劑的應(yīng)用，其特征在于包括以下步驟：
[0016] 1)將瀝青、環(huán)氧瀝青增容劑、環(huán)氧瀝青稀釋劑、環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂稀釋劑一起加 入到反應(yīng)釜中攪拌混合，得到環(huán)氧瀝青材料的A部分；
[0017] 所述A部分包括以下重量份的組分：
[0018] 瀝青 100份； 環(huán)氧瀝青增容劑 10~50份； 環(huán)氧場青稀釋劑 5~50份; 環(huán)氧樹脂 40~100份； 環(huán)氧樹脂稀釋劑 5~50份；
[0019] 2)將所述步驟1)得到的環(huán)氧瀝青材料的A部分與環(huán)氧瀝青材料的B部分拌攪混 合，得到一種可以在室溫下施工使用的環(huán)氧瀝青材料。
[0020] 所述B部分包括以下重量份的組分：
[0021] 環(huán)氧瀝青固化劑20~50份；
[0022] 3)將步驟2)所述環(huán)氧瀝青材料直接鋪設(shè)于路面，或與集配石料混合后鋪設(shè)于路 面。
[0023] 所述的集配石料為AC-10的集料，優(yōu)選為利用玄武巖配制的AC-10的集料。
[0024] 所述的環(huán)氧瀝青材料與集配石料的油石比的重量比為（6. 5~8) :100,優(yōu)選為 (6· 8 ~L 5) : 100,更優(yōu)選為（6· 8 ~L 2) : 100。
[0025] 所述的瀝青優(yōu)選為石油瀝青、氧化瀝青、煤瀝青、湖瀝青中的至少一種，多種按任 意配比混合。本發(fā)明對所述的瀝青種類和來源沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員認可 的瀝青的種類和來源即可，如可以采用牌號為70號的殼牌瀝青。
[0026] 優(yōu)選的，所述步驟1)的拌攪混合時間為0. 5~2h，步驟2)中的拌攪混合時間為 0· 2 ~lh〇
[0027] 優(yōu)選的，所述步驟1)的拌攪混合溫度為室溫~180°C，步驟2)中的拌攪混合溫度 為室溫。
[0028] 本發(fā)明先將瀝青、環(huán)氧瀝青增容劑、環(huán)氧瀝青稀釋劑、環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂稀釋劑 一起加入到普通的反應(yīng)釜中，在室溫~180°C的條件下在攪拌0. 5~2h，得到環(huán)氧瀝青材 料的A部分。本發(fā)明提供的方法將各組分直接一次性加入到反應(yīng)容器中，與現(xiàn)有技術(shù)中公 開的A部分中各組分分批加入相比，本發(fā)明提供的方法無需采用專用的膠體磨進行高速分 散，更無需通入氮氣保護反應(yīng)或使用冷凝水回流數(shù)小時的復(fù)雜操作。本發(fā)明提供的方法工 藝控制簡單，設(shè)備占用少，只要將A部分的各組分直接一次性加入到普通的反應(yīng)釜中，混合 均勻即得到A部分。在本發(fā)明中，所述瀝青、環(huán)氧瀝青增容劑、環(huán)氧瀝青稀釋劑和環(huán)氧瀝青 固化劑的種類和重量比與上述技術(shù)方案所述的一致，在此不再贅述。
[0029] 在本發(fā)明中，按重量份計，所述的A部分包括10~50份的環(huán)氧瀝青增容劑，優(yōu)選 為15~45份，更優(yōu)選為20~40份。所述的環(huán)氧瀝青增容劑是基于溶解度參數(shù)和相似相 溶原理的判定，通過有機合成的方法，在重芳烴中含有的雙環(huán)、多環(huán)結(jié)構(gòu)上引入可以發(fā)生固 化交聯(lián)的活性官能團，制備一種可形成凝膠體系的改性重芳烴的反應(yīng)型環(huán)氧瀝青增容劑， 該反應(yīng)型環(huán)氧瀝青增容劑與普通增容劑只是在兩相之間形成范德華力或氫鍵相比，不僅可 以有效地將瀝青分散至微米級到百納米級；同時，因其含有可發(fā)生固化交聯(lián)的活性官能團， 可以發(fā)生凝膠化反應(yīng)，在瀝青與環(huán)氧樹脂之間形成作用力更強的分子鍵，在熱力學(xué)上與瀝 青形成穩(wěn)定均一的單一相態(tài)，從根本上改善瀝青和環(huán)氧樹脂之間的相容性。
[0030] 在本發(fā)明中，按重量份計，所述的A部分包括5~50份的環(huán)氧瀝青稀釋劑，優(yōu)選為 10~45份，更優(yōu)選為20~40份；優(yōu)選的，所述環(huán)氧瀝青稀釋劑是苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、 甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯中的至少一種，多種按任意配比混合。本發(fā)明對所述的環(huán) 氧瀝青稀釋劑種類和來源沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員認可的環(huán)氧瀝青稀釋劑種 類和來源即可，如可以采用購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司的苯乙烯（St)。
[0031] 按重量份計，所述的A部分包括5~50份的環(huán)氧樹脂稀釋劑，優(yōu)選為10~45份， 更優(yōu)選為20~40份；優(yōu)選的，所述環(huán)氧樹脂稀釋劑是苯乙烯氧化物、苯基縮水甘油醚、對甲 酚縮水甘油醚、2-縮水甘油苯基縮水甘油醚、2,6-二縮水甘油苯基縮水甘油醚、鄰苯二甲 酸二縮水甘油酯、四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯中的至少 一種，多種按任意配比混合。本發(fā)明對所述的環(huán)氧樹脂稀釋劑種類和來源沒有特殊的限制， 采用本領(lǐng)域技術(shù)人員認可的環(huán)氧樹脂稀釋劑種類和來源即可，如可以采用購自煙臺市裕盛 化工有限公司牌號為632的縮水甘油醚類環(huán)氧稀釋劑。
[0032] 在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，常用的稀釋劑有汽油、三氯甲烷，苯等有機溶劑，這類稀釋劑對 瀝青、環(huán)氧樹