CN102532924B - 一种常温固化热固性环氧沥青材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种常温固化热固性环氧沥青材料，该常温固化热固性环氧沥青材料由A部分和B部分组成，所述的常温固化热固性环氧沥青材料在常温下，由A部分和B部分分别混合均匀后，再将A部分和B部分混合均匀在0~60℃固化得到；A部分：二聚酸二缩水甘油酯25~80质量份，环氧稀释剂20~50质量份；B部分：沥青50~300质量份，有机胺类固化剂28~100质量份。通过胶体磨分别将A和B部分搅拌均匀，再在常温下共混搅拌均匀，常温固化1~12小时，即得到热固性环氧沥青材料。沥青材料在常温下即可迅速固化形成高强度高柔韧性的热固性材料，无需复杂的施工设备、提高了工作效率，减少了沥青中有害物的挥发，节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种热固性环氧沥青材料及其制备方法，尤其涉及一种常温固化的热固性环氧沥青材料及其制备方法。
背景技术
环氧沥青作为一种正交异性桥面板铺装材料，已有逾39年成功应用的历史。 自1967年以来，已有逾12万吨被铺设于超过二十五个桥面上，铺装总面积突破9百万平方米。环氧沥青出色的抗疲劳性能，使之能够在正交异性钢桥面板上完好无损，即使是经过数百万次车轮荷载挠曲变形也不开裂。
双组份的环氧沥青结合料是一种热固性两相共混聚合物。也就是说，它一旦固化即不会熔化。这是非常重要的。因为传统的沥青在特定高温下会开始融化。新铺设的环氧沥青路面不会产生车辙。这样，可以使用更少的添加料来混合沥青。其结果是路面具有更高的防水性；公路可以在短时间内开放。
热固性环氧沥青的制备方法有很多种。USP5576363 和USP5604274提出了一种热固性的环氧沥青材料，以带有环氧基团的聚合物和丙烷萃取的壳牌沥青共混为A组分，使用10%左右的马来酸酐改性丙烷萃取的壳牌沥青作为B组分制备的热固性沥青。ZL200310106597.X给出了以沥青、脂肪族二元酸、脂肪酸酐、聚异丁烯丁二酸酐、环氧树脂和环氧固化促进剂为B组分，环氧树脂为A组分的环氧沥青组成物。ZL200610039988.8提出了一种以带羧基或者酸酐基团的改性沥青、脂肪族二元酸、二聚酸或者醇酸树脂、脂肪酸酐以及环氧固化促进剂为A组分，以环氧树脂为B组分的环氧沥青组成物。这种环氧沥青材料的两个组分需要预先加热至90℃进行制备，然后再升温至90-160℃将两组份共混搅拌形成环氧沥青材料。CN 101255276A公开了一种以带羧基或者酸酐基团的改性沥青、脂肪族多元醇、脂肪族二元酸、二聚酸或者醇酸树脂、脂肪酸酐以及环氧固化促进剂为A组分，以环氧树脂为B组分的环氧沥青组成物。CN 101003688A公开了一种以沥青、改性桐酸或者改性蓖麻油酸、消泡剂以及环氧固化促进剂为A组分，以环氧树脂为B组分的环氧沥青组成物。
现有的环氧沥青一般都是采用酸酐或者有机多元酸作为固化剂，众所周知，有机酸酐（酸）固化剂用于环氧树脂的固化，需要比较高的温度（一般高于100摄氏度）才能固化，即便加入大量的促进剂，例如胺类促进剂，也需要在加热的条件下较长时间才能够形成热固性的材料（《固化剂》，胡玉民著，2004，化学工业出版社）。另外，由于沥青在常温下粘度比较大，高软化点的沥青在常温下甚至是固体。所以，现有技术制备环氧沥青材料，一般采用将沥青和环氧树脂、固化剂加热到较高温度（根据沥青软化点不同，至少80℃以上），才能将双组份的环氧沥青搅拌均匀。
由此可见现有技术存在三大缺点：
1. 环氧沥青材料普遍采用有机酸酐或者有机酸作为固化剂，需要固化温度高，固化时间长，这限制了寒冷季节和地区的施工，同时也势必影响环氧沥青施工后，建筑、路面或者桥面的交付和通车。
2. 由于沥青的软化点较高，环氧树脂和有机酸酐（酸）固化剂的粘度都相对较大，现有技术需要将这些原料加热到很高温度才能共混搅拌均匀，无法实现常温条件下的沥青、环氧树脂和固化剂的搅拌共混。因而现有技术制备环氧沥青材料的过程存在着高能耗、高温高危险性的缺点。
3. 由于沥青中含有大量挥发性的苯并芘等致癌物，环氧沥青材料现有的高温制备技术，会导致沥青中致癌物挥发到空气中，会对操作工人健康和大气环境造成极大的危害。
发明内容
为了解决现有技术存在的固化温度较高的缺点，本发明提供了一种常温固化热固性环氧沥青材料及其制备方法，可在常温下固化，有毒有害性小。
本发明的技术方案为：一种常温固化热固性环氧沥青材料，该常温固化热固性环氧沥青材料由A部分和B部分组成，所述的常温固化热固性环氧沥青材料在常温下，由A部分和B部分分别混合均匀后，再将A部分和B部分混合均匀在0~60℃固化得到；
所述的A部分与B部分的组成以质量份计为：
A部分：二聚酸二缩水甘油酯25~80质量份，环氧稀释剂20~50质量份；
B部分：沥青50~300质量份，有机胺类固化剂28~100质量份。
所述的A部分中还含有双酚A环氧树脂0~25质量份，所述双酚A环氧树脂是指双酚A缩水甘油醚环氧树脂。
所述的环氧稀释剂是聚丙二醇二缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚其中的一种或者是任意几种的任意比例混合物。
所述的沥青是石油沥青。
所述的有机胺类固化剂是低分子聚酰胺、曼尼希碱酚醛胺、聚醚胺、芳香胺中的一种或者是任意几种的任意比例混合物。
制备所述的常温固化热固性环氧沥青材料的方法，分别称取A部分和B部分的原料，然后分别通过胶体磨搅拌均匀，再将A部分和B部分在常温下共混搅拌均匀，常温固化1~12小时，即得到常温固化热固性环氧沥青材料。
有益效果：
1.本发明制备的热固性环氧沥青材料，是一种无需加热，可以在0~60℃短时间固化的材料。相比于现有技术，本发明所制备的环氧沥青材料不需要加热即可固化，不仅固化工艺更加节能，还能在寒冷气候下快速固化，能让建筑、桥面和路面施工后快速交付和通车。
2. 本发明制备的热固性环氧沥青材料粘度较小，在其制备过程中，无需将沥青、环氧树脂或者固化剂等组分加热到较高温度共混，而是只需要在常温下即可搅拌均匀。该特点降低了制备过程中的能源消耗和高温危险性，制备条件温和，节能环保。
3.由于具有常温搅拌、常温固化的特点，本发明制备的热固性环氧沥青材料在制备和施工过程中，能够减小沥青中致癌物由于受热而挥发的风险，从而可以降低现有环氧沥青材料在制备施工过程中对人体健康和生态环境所带来的危害。
具体实施方式
实施例1
配方：
A部分：双酚A环氧树脂618（无锡树脂厂，环氧值0.51eq/100g）10克，二聚酸二缩水甘油酯（林化所南京科技开发总公司，环氧值0.29eq/100g）40克，聚丙二醇二缩水甘油醚（盐城市河海化工溶剂有限公司，环氧值0.28-0.36eq/100g）50克。
B部分：壳牌90号石油沥青（壳牌公司）150克，低分子聚酰胺650固化剂（胺值200mg/g）10克，聚醚胺D230固化剂 (亨斯曼，分子量230)30克。
按照上述配方的质量，将双酚A环氧树脂618、二聚酸二缩水甘油酯和聚丙二醇二缩水甘油醚通过胶体磨搅拌均匀得到A部分。按照配方的质量，将壳牌90号石油沥青、低分子聚酰胺650固化剂和聚醚胺固化剂D230通过胶体磨搅拌均匀得到B部分。再将A部分和B部分共混均匀后25℃的黏度为4200 mPa·s，在40℃固化6小时，即得到热固性环氧沥青材料。
按照ASTM D638对得到的道桥用高性能热固性环氧沥青材料进行拉伸强度和断裂伸长率的测试，测试温度23℃，拉伸速率500mm/min。结果见附表1。
实施例2
配方：
A部分：二聚酸二缩水甘油酯（林化所南京科技开发总公司，环氧值0.29eq/100g）50克，1,4-丁二醇二缩水甘油醚（上海富蔗化工有限公司）50克。
B部分：壳牌70号石油沥青（壳牌公司）50克，腰果酚酚醛改性胺固化剂（上海经天新材料有限公司，胺值225mg/g）50克，聚醚胺D230固化剂 (亨斯曼公司)50克。
按照上述配方的质量，将二聚酸二缩水甘油酯和1,4-丁二醇二缩水甘油醚通过胶体磨搅拌均匀得到A部分。按照配方的质量，将壳牌70号石油沥青、腰果酚酚醛改性胺固化剂和聚醚胺D230固化剂通过胶体磨搅拌均匀得到B部分。再将A部分和B部分共混均匀后25℃的黏度为2100 mPa·s，在15℃固化4小时，即得到热固性环氧沥青材料。
按照ASTM D638对得到的道桥用高性能热固性环氧沥青材料进行拉伸强度和断裂伸长率的测试，测试温度23℃，拉伸速率500mm/min。结果见附表1。
实施例3
配方：
A部分：双酚A环氧树脂618（无锡树脂厂，环氧值0.51eq/100g）25克，二聚酸二缩水甘油酯（林化所南京科技开发总公司，环氧值0.29eq/100g）25克，乙二醇二缩水甘油醚（99%，盐城市河海化工溶剂有限公司）50克。
B部分：壳牌110号石油沥青（壳牌公司）300克，聚醚胺D230固化剂（亨斯曼公司）25克，间苯二甲胺固化剂（试剂级化学纯）25克。
按照上述配方的质量，将双酚A环氧树脂618、二聚酸二缩水甘油酯和乙二醇二缩水甘油醚通过胶体磨搅拌均匀得到A部分。按照配方的质量，将壳牌110号石油沥青、聚醚胺D230固化剂和间苯二甲胺固化剂通过胶体磨搅拌均匀得到B部分。再将A部分和B部分共混均匀后25℃的黏度为7450 mPa·s，在60℃固化12小时，即得到热固性环氧沥青材料。
按照ASTM D638对得到的道桥用高性能热固性环氧沥青材料进行拉伸强度和断裂伸长率的测试，测试温度23℃，拉伸速率500mm/min。结果见附表1。
实施例4
配方：
A部分：二聚酸二缩水甘油酯（林化所南京科技开发总公司，环氧值0.29eq/100g）80克，乙二醇二缩水甘油醚（99%，盐城市河海化工溶剂有限公司）20克。
B部分：壳牌110号石油沥青（壳牌公司）80克，腰果酚酚醛改性胺固化剂（（上海经天新材料有限公司，胺值225mg/g）65克。
按照上述配方的质量，将二聚酸二缩水甘油酯和乙二醇二缩水甘油醚通过胶体磨搅拌均匀得到A部分。按照配方的质量，将壳牌110号石油沥青和腰果酚酚醛改性胺固化剂通过胶体磨搅拌均匀得到B部分。再将A部分和B部分共混均匀后25℃的黏度为2900 mPa·s，在0℃固化1小时，即得到热固性环氧沥青材料。
按照ASTM D638对得到的道桥用高性能热固性环氧沥青材料进行拉伸强度和断裂伸长率的测试，测试温度23℃，拉伸速率500mm/min。结果见附表1。
实施例5
配方：
A部分：二聚酸二缩水甘油酯（林化所南京科技开发总公司，环氧值0.29eq/100g）50克，乙二醇二缩水甘油醚（99%，盐城市河海化工溶剂有限公司）20克，聚丙二醇二缩水甘油醚（盐城市河海化工溶剂有限公司，环氧值0.28-0.36eq/100g）30克。
B部分：壳牌110号石油沥青（壳牌公司）100克，聚醚胺D230固化剂（亨斯曼公司）28克。
按照上述配方的质量，将二聚酸二缩水甘油酯、乙二醇二缩水甘油醚和聚丙二醇二缩水甘油醚通过胶体磨搅拌均匀得到A部分。按照配方的质量，将壳牌110号石油沥青和聚醚胺D230固化剂通过胶体磨搅拌均匀得到B部分。再将A部分和B部分共混均匀后25℃的黏度为5600 mPa·s，在25℃固化10小时，即得到热固性环氧沥青材料。
按照ASTM D638对得到的道桥用高性能热固性环氧沥青材料进行拉伸强度和断裂伸长率的测试，测试温度23℃，拉伸速率500mm/min。结果见附表1。
附表1 本发明所测试的环氧沥青材料的性能
| 实施例 | 拉伸强度（MPa） | 断裂伸长率% |
| 1 | 7.1 | 110 |
| 2 | 6.5 | 230 |
| 3 | 10.0 | 90 |
| 4 | 8.2 | 170 |
| 5 | 4.9 | 480 |
Claims (6)
1.一种常温固化热固性环氧沥青材料，该常温固化热固性环氧沥青材料由A部分和B部分组成，其特征在于，所述的常温固化热固性环氧沥青材料在常温下，由A部分和B部分分别混合均匀后，再将A部分和B部分混合均匀在0~60℃固化得到；
所述的A部分与B部分的组成以质量份计为：
A部分：二聚酸二缩水甘油酯25~80质量份，环氧稀释剂20~50质量份；
B部分：沥青50~300质量份，有机胺类固化剂28~100质量份。
2.根据权利要求1所述的常温固化热固性环氧沥青材料，其特征在于，所述的A部分中还含有双酚A环氧树脂0~25质量份，所述双酚A环氧树脂是指双酚A缩水甘油醚环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的常温固化热固性环氧沥青材料，其特征在于，所述的环氧稀释剂是聚丙二醇二缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚其中的一种或者是任意几种的任意比例混合物。
4.根据权利要求1所述的常温固化热固性环氧沥青材料，其特征在于，所述的沥青是石油沥青。
5.根据权利要求1所述的常温固化热固性环氧沥青材料，其特征在于，所述的有机胺类固化剂是低分子聚酰胺、曼尼希碱酚醛胺、聚醚胺、芳香胺中的一种或者是任意几种的任意比例混合物。
6.制备权利要求1~5任一所述的常温固化热固性环氧沥青材料的方法，其特征在于：分别称取A部分和B部分的原料，然后分别通过胶体磨搅拌均匀，再将A部分和B部分在常温下共混搅拌均匀，常温固化1~12小时，即得到常温固化热固性环氧沥青材料。
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