CN102559136A - 一种高性能热固性环氧沥青粘结剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高性能热固性环氧沥青粘结剂，它包括A和B两个组分，各组分的质量份数为：A组分环氧树脂 100份；增韧剂 20-35份；促进剂 0.5-2份；稀释剂 8-20份。B组分沥青 300-350份；柔性固化剂 150-160；促进剂 10-15份；相容剂 2-5份；稀释剂 100份；其中，A组分和B组分比例为100∶350-440。本发明以柔性长链脂肪酸酐为固化剂，其与环氧树脂发生固化反应，形成立体交联结构，增加沥青的粘结能力和耐水能力。采用液体橡胶作为增韧剂来提高环氧沥青粘结剂的柔韧性，以适应钢板的柔性，并且增韧剂先与环氧树脂预反应接枝，以增加其与沥青的相容性。本发明适用于钢桥面、水泥混凝土桥面、隧道、高速公路等路面的粘结与防水。本发明公开了其制法。 其中：
Description
技术领域
本发明涉及一种环氧树脂粘结剂，具体涉及一种高性能热固性环氧沥青粘结剂及其制备方法。
背景技术
铺装层与钢板之间的粘结性一直是大跨径正交异性钢桥铺装技术的难点。保证铺装层与钢板之间良好的结合是桥面铺装与钢桥面板协同作用的关键，它直接影响到铺装层的使用耐久性。因此，铺装层与钢桥面板间的粘结材料的选择是钢桥面铺装技术中的关键。为了实现铺装层与钢板很好的粘结作用，首先要求粘结剂与铺装材料及防腐涂装材料有较强的粘结能力以及较强的变形能力，以保证铺装层与钢板以及铺装上下层能够共同承受各种荷载和适应钢板的变形。其次，粘结剂还应具有良好的抗疲劳、抗老化、耐水性能，以及较好的高温抗变形和低温抗开裂能力，以适应钢桥面的特殊气候环境。
目前，应用于大跨径正交异性钢桥面铺装的粘结剂按施工方法与材料特性的不同可分为热熔性粘结剂、溶剂型粘结剂和热固性粘结剂三种。热熔型粘结材料由沥青掺加树脂(如松香)和各种聚合物(如EVA、PE、SBR)等组成。这种材料具有一定的变形能力，能够适应在交通荷载下由于局部变形而引起的拉应力的反复作用，也具有良好的防水封闭作用。其最大的缺点是在高温下容易变软，粘结力下降。溶剂型粘结材料一般多指乳化沥青和可溶性的橡胶沥青。这种材料在高温时容易软化，并且材料内部含有热敏性物质，遇摊铺高温时会释放出气体，从而使铺装层产生气泡。热固性粘结剂通常指的是常用的环氧树脂粘结料来改性沥青(简称环氧沥青粘结剂)，它通过在沥青中掺入一定比例的环氧树脂及固化剂和其它改性剂后，在加热条件下发生固化反应而形成热固性的交联结构。由于沥青被束缚在环氧树脂交联网络中，从而从根本上改变沥青的热塑性行为，提高沥青的力学性能和耐温能力。与前两类粘结剂相比，环氧沥青粘结剂无论在粘结能力、变形能力，还是在热稳定性、耐水性、耐疲劳性方面都具有明显优势。
发明内容
本发明的目的是提出一种高性能热固性环氧沥青粘结剂及其制备方法。
本发明的技术方案为：
一种高性能热固性环氧沥青粘结剂，它包括A组分和B组分，A组分主要由环氧树脂、增韧剂、促进剂和稀释剂组成，B组分主要由沥青、柔性固化剂、促进剂、相容剂和稀释剂组成，各组分的质量份数为：
A组分
B组分
其中，A组分和B组分比例为100份∶350-440份。
上述的热固性环氧沥青粘结剂，所述的环氧树脂选用液体双酚A型缩水甘油醚环氧树脂。
上述的热固性环氧沥青粘结剂，所述的增韧剂选用液体羧基丁腈橡胶(CTBN)。
上述的热固性环氧沥青粘结剂，所述的A组分稀释剂选用环氧树脂活性稀释剂，如丁基缩水甘油醚或烯丙基缩水甘油醚，B组分稀释剂选用橡胶填充油。
上述的热固性环氧沥青粘结剂，所述的A组分促进剂选用的是三苯基膦(TPP)，B组分促进剂选用的是有机酚类促进剂，如壬基酚(NP)或2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚(DMP-30)。
上述的热固性环氧沥青粘结剂，所述的柔性固化剂选用长链脂肪族酸酐，如十六烯基琥珀酸酐(HDSA)或十八烯基琥珀酸酐(ODSA)。
上述的热固性环氧沥青粘结剂，所述的相容剂选用的是石油磺酸盐，如石油磺酸钠或石油磺酸钙。
一种制备上述的热固性环氧沥青粘结剂的方法，它包括A组分的制备方法和B组分的制备方法，
所述的A组分的制备方法是：将环氧树脂、增韧剂、促进剂和稀释剂按各组分的质量比混合均匀，加热到130-160℃，边搅拌，边反应1-5h，冷却至室温后加入活性稀释剂，搅拌均匀，得到环氧沥青粘结剂的A组分；
所述的B组分制备方法是：将沥青、柔性固化剂、促进剂、相容剂和稀释剂按各组分的质量比加热到130～150℃，混合均匀，再将混合物转移到胶体磨中进行高速剪切分散均匀，剪切混合时间为10-20min，得到环氧沥青粘结剂的B组分。
上述高性能环氧沥青粘结剂的具体应用方法是将A组分与B组分分别加热到120～140℃，按比例混合均匀，然后将未固化的混合物直接涂抹或喷洒于钢板和铺装层的表面，上面铺装环氧沥青混合料压实，固化后即可发生粘结和防水作用。
本发明首先以液体橡胶对环氧树脂进行增韧改性，其示意图如图1，以提高环氧树脂的韧性。经过固化反应后，沥青被包裹在环氧树脂与固化剂反应形成的交联网络中，因此，高温时沥青不再发生热塑性(熔融)变化，如图2所示，未环氧树脂改性前，沥青有两个熔融峰，而改性固化后，熔融峰消失，并且出现环氧树脂特有的玻璃化转变。环氧树脂固化后，沥青和橡胶与环氧树脂发生相分离，沥青和橡胶聚集在环氧树脂交联网络的周围，如图3，因此，赋予环氧沥青粘结剂良好的韧性。
本发明的特点是以柔性长链脂肪酸酐为固化剂，其与环氧树脂发生固化反应，形成立体交联结构，增加沥青的粘结能力和耐水能力。采用液体橡胶作为增韧剂来提高环氧沥青粘结剂的柔韧性，以适应钢板的柔性，并且增韧剂先与环氧树脂预反应接枝，以增加其与环氧树脂和沥青的相容性。本发明适用于钢桥面、水泥混凝土桥面、隧道、高速公路等路面的粘结与防水。
附图说明
图1.端羧基丁腈液体橡胶(CTBN)增韧改性环氧树脂机理示意图。
图2.环氧沥青粘结剂和沥青DSC曲线。
图3.固化后环氧沥青粘结剂的激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)照片。
具体实施方式
下面通过实施例详述本发明，在以下各实施例中，各组分的份数均为质量份数。
高性能环氧沥青粘结剂A组分制备方法如下：
实施例1：称取100份双酚A型缩水甘油醚环氧树脂(E51)(无锡树脂厂提供)，分别加入20份液体羧基丁腈橡胶(CTBN)(中国石油兰州石化公司提供)和0.5份三苯基膦(TPP)(苏州锦源精细化工有限责任公司)，开始搅拌，并逐渐将温度升高至130℃，反应2h后冷却至室温，加入8份烯丙基缩水甘油醚(美国亨斯迈公司提供)，得到橡胶增韧改性的环氧树脂(A组分)。
实施例2：称取100份双酚A型缩水甘油醚环氧树脂(E51)，分别加入35份液体羧基丁腈橡胶(CTBN)和2份三苯基膦(TPP)，开始搅拌，并逐渐将温度升高至160℃，反应5h后冷却至室温，加入20份烯丙基缩水甘油醚，得到橡胶增韧改性的环氧树脂，即环氧沥青粘结剂的A组分。
高性能环氧沥青粘结剂B组分制备方法如下：
实施例3：分别称取300份70号重交通沥青(中海沥青(泰州)有限公司提供)、150份十六烯基琥珀酸酐(HDSA)(美国迪谐化学公司提供)、10份壬基酚(NP)(美国亨斯迈公司提供)、2份石油磺酸钠(中国石化安庆石油化工总厂提供)和100份橡胶填充油(山东馨力石化有限公司提供)，加热到130℃后混合，再将混合物转移到胶体磨中进行高速剪切分散，混合时间为10min，混合物冷却至室温得到环氧沥青粘结剂的B组分。
实施例4：分别称取350份70号重交通沥青、160份十八烯基琥珀酸酐(ODSA)(美国迪谐化学公司提供)、15份2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚(DMP-30)(无锡树脂厂提供)。5份石油磺酸钙(中西远大科技有限公司提供)和100份橡胶填充油，加入到150℃后混合，再将混合物转移到胶体磨中进行高速剪切分散，混合时间为20min，混合物冷却至室温得到环氧沥青粘结剂的B组分。
下面给出以本发明提供的环氧沥青粘结剂A组分和环氧沥青粘结剂B组分制备得到高性能热固性环氧沥青粘结剂的实施例和测试结果：
实施例5：将100份实施例1中得到的环氧沥青粘结剂的A组分和350份实施例3中得到的环氧沥青粘结剂的B组分分别加热到140℃和120℃，然后混合均匀，在120℃固化4h即可得到高性能环氧沥青粘结剂。将未反应的混合物用布氏粘度计测定121℃时粘度达到1Pa.s所需的时间。将固化后的高性能环氧沥青粘结材料冲裁成拉伸试样条作力学性能测试，测试条件为23℃，拉伸速度为500mm/min。将固化后的材料放在300℃的马弗炉中，观察环氧沥青粘结剂的热固性，上述测试结果见附表1。
实施例6：将100份实施例1中得到的环氧沥青粘结剂的A组分和440份实施例3中得到的环氧沥青粘结剂的B组分分别加热到140℃和120℃，然后混合均匀，在120℃固化4h即可得到高性能环氧沥青粘结剂。将未反应的混合物用布氏粘度计测定121℃时粘度达到1Pa.s所需的时间。将固化后的高性能环氧沥青粘结材料冲裁成拉伸试样条作力学性能测试，测试条件为23℃，拉伸速度为500mm/min。将固化后的材料放在300℃的马弗炉中，观察环氧沥青粘结剂的热固性，上述测试结果见附表1。
实施例7：将100份实施例2中得到的环氧沥青粘结剂的A组分和360份实施例4中得到的环氧沥青粘结剂的B组分分别加热到140℃和130℃，然后混合均匀，在120℃固化4h即可得到高性能环氧沥青粘结剂。将未反应的混合物用布氏粘度计测定121℃时粘度达到1Pa.s所需的时间。将固化后的高性能环氧沥青粘结材料冲裁成拉伸试样条作力学性能测试，测试条件为23℃，拉伸速度为500mm/min。将固化后的材料放在300℃的马弗炉中，观察环氧沥青粘结剂的热固性，上述测试结果见附表1。
实施例8：将100份实施例2中得到的环氧沥青粘结剂的A组分和440份实施例4中得到的环氧沥青粘结剂的B组分分别加热到140℃和130℃，然后混合均匀，在120℃固化4h即可得到高性能环氧沥青粘结剂。将未反应的混合物用布氏粘度计测定121℃时粘度达到1Pa.s所需的时间。将固化后的高性能环氧沥青粘结材料冲裁成拉伸试样条作力学性能测试，测试条件为23℃，拉伸速度为500mm/min。将固化后的材料放在300℃的马弗炉中，观察环氧沥青粘结剂的热固性，上述测试结果见附表1。
上述实施例中，将未固化的混合物直接涂抹或喷洒于待粘结层的表面，固化后即可发生粘结和防水作用。
表1.环氧沥青粘结剂的力学性能
Claims (9)
1.一种高性能热固性环氧沥青粘结剂，它包括A组分和B组分，其特征是：A组分由环氧树脂、增韧剂、促进剂和稀释剂组成，B组分由沥青、柔性固化剂、促进剂、相容剂和稀释剂组成，各组分的质量份数为：
A组分
环氧树脂 100 份
增韧剂 20-35 份
促进剂 0.5-2 份
稀释剂 8-20 份
B组分
沥青 300-350 份
柔性固化剂 150-160 份
促进剂 10-15 份
相容剂 2-5 份
稀释剂 100份
其中，A组分和B组分比例为100份: 350-440份。
2.根据权利要求1所述的热固性环氧沥青粘结剂，其特征是：所述的环氧树脂选用液体双酚A型缩水甘油醚环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的热固性环氧沥青粘结剂，其特征是：所述的增韧剂选用液体羧基丁腈橡胶。
4.根据权利要求1所述的热固性环氧沥青粘结剂，其特征是：所述的A组分稀释剂选用环氧树脂活性稀释剂丁基缩水甘油醚或烯丙基缩水甘油醚。
5.根据权利要求1所述的热固性环氧沥青粘结剂，其特征是：所述的B组分稀释剂选用橡胶填充油。
6.根据权利要求1所述的热固性环氧沥青粘结剂，其特征是：所述的A组分促进剂选用的是三苯基膦，
根据权利要求1所述的热固性环氧沥青粘结剂，其特征是：所述的B组分促进剂选用的是壬基酚或2，4，6-三（二甲胺基甲基）苯酚。
7.根据权利要求1所述的热固性环氧沥青粘结剂，其特征是：所述的柔性固化剂选用长链脂肪族酸酐十六烯基琥珀酸酐或十八烯基琥珀酸酐。
8.根据权利要求1所述的热固性环氧沥青粘结剂，其特征是：所述的相容剂选用的是石油磺酸钠或石油磺酸钙。
9.一种制备权利要求1所述的热固性环氧沥青粘结剂的方法，其特征是：它包括A组分的制备方法和B组分的制备方法，
所述的A组分的制备方法是：将环氧树脂、增韧剂、促进剂和稀释剂按各组分的质量比混合均匀，加热到130-160℃，边搅拌，边反应1-5 h，冷却至室温后加入活性稀释剂，搅拌均匀，得到环氧沥青粘结剂的A组分；
所述的B组分制备方法是：将沥青、柔性固化剂、促进剂、相容剂和稀释剂按各组分的质量比加热到130~150℃，混合均匀，再将混合物转移到胶体磨中进行高速剪切分散均匀，剪切混合时间为10-20min，得到环氧沥青粘结剂的B组分。
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