CN102604297B - 一种沥青路面用缓释型防冰材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种沥青路面用缓释型防冰材料及其制备方法，该材料包括X组分、Y组分和Z组分，其中：X组分为0.1～5mm氯化物颗粒；Y组分由硅酸钠、葡萄酸钠、磷酸二氢锌组成；Z组分由丙烯酸酯类单体、交联剂、含氢硅油合成的丙烯酸酯类聚合物。制备方法包括以下步骤：制备X组分；制备Y组分；并将X，Y组分混合均匀；通过聚合方法将Z组分均匀的包覆在X、Y组成的混合物表面，即得到沥青路面用缓释型防冰材料。本发明产品的组份价格低廉，生产工艺相对简单，对钢筋无腐蚀；用于沥青路面上防冰效果明显，在-5～0℃左右具有主动预防路面结冰的效果。

Description

一种沥青路面用缓释型防冰材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种沥青路面用缓释型防冰材料，特别涉及一种高速公路的沥青路面上面层用缓释型防冰材料及制备方法。
背景技术：
在我国大部分地区冬季气候寒冷，特别是云南、贵州、四川、湖北及湖南等地区冬季路面很容易结冰，影响路面的防滑能力，降低道路的通行能力，交通事故发生的潜在危险性也越来越大，严重时甚至封闭交通，给人们正常出行带来极大的不便，扰乱了人民群众的正常生活状态。为了防滑，传统方法是撒布融雪剂除雪化冰，这样虽然能暂时的缓解交通，提高行车安全性，但对道路及其构造物、土壤及水体等周围环境的造成严重的破坏和污染。如果开发出一种主动抑制路面冻结的防冰材料，对改善冬季道路结冰，提高道路的行车安全，将具有良好的经济效益和社会效益。
关于化学类抑制路面冻结防冰材料，早在20世纪60年代，瑞士发明了一种Verglimit的防冰盐，以氯化钙为主，少量氯化钠及苛性钠为辅，主辅成分与油脂混合反应，经化学工艺处理而得到固体的复合型路面防结冰材料。该路面防冻结材料在国内外均铺筑过少量试验路面，具有一定的抗冰防滑的效果，但可能受到某些因素的影响无法大规模的推广。美国专利US6982044公开了一种热敏性酚醛树脂对氯化盐表面进行包裹的技术方法；德国专利DE-OS 2426200公开了聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、环氧树脂或丙烯酸树脂对氯化物进行改性的制备方法。以上专利都无法避免氯离子对钢筋的腐蚀，没有提出对缓释性能材料的开发研究。因此，开发出一种制备工艺相对简单、价格低廉、对钢筋无腐蚀的沥青路面用缓释型防冰材料具有重要经济意义。
发明内容：
本发明的目的就是针对现有技术中氯化物对钢筋的腐蚀，提出了一种能主动抑制路面冻结的沥青路面用缓释型，具有阻锈作用的防冰材料及制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种沥青路面用缓释型防冰材料，该防冰材料主要由X组分、Y组分和Z组分组成，其中各组分的质量份数为：
X组分为氯化物        80～95份；
Y组分为阻锈剂，由下列质量份的组分组成：硅酸钠0.01～0.5份、葡萄酸钠0.01～0.5和磷酸二氢锌0.01～0.5份；
Z组分为丙烯酸酯类聚合物    5～10份；
其中，所述的氯化物为氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁中一种或两种以上组合；所述的丙烯酸酯类聚合物为聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸丙酯或聚丙烯酸异丁酯，由丙烯酸酯类单体、交联剂二乙烯苯和含氢硅油，在氯铂酸催化剂存在下聚合而成，其聚合反应中各物质质量份数比为：丙烯酸酯类单体5～10份，交联剂0.002～0.004份，含氢硅油0.001～0.05份，引发剂过氧化苯甲酰0.003～0.009份，氯铂酸为0.0005～0.001份，所述的含氢硅油含氢质量分数为0.01wt％～0.2wt％，所述的丙烯酸酯类单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸丙酯或丙烯酸异丁酯。
其中：所述的氯化物为颗粒状，其尺寸在0.1～5mm之间。
所述的硅酸钠，要求为白色粉末，0.1mm方孔筛的通过率为大于80％以上。
所述的葡萄糖酸钠，要求为白色粉末，0.1mm方孔筛的通过率为大于90％以上。
所述的磷酸二氢锌，要求为白色粉末，0.1mm方孔筛的通过率为大于85％以上。
本发明的沥青路面用缓释型防冰材料的制备方法，包括以下步骤：
1)、制备X组分，将所述的氯化物通过造粒成型得到0.1～5mm的颗粒；
2)、制备Y组分，在室温条件下，将硅酸钠0.01～0.5份，葡糖糖酸钠0.01～0.5份，磷酸二氢锌0.01～0.5份，机械搅拌混匀；
3)、按质量份数，将步骤1)中颗粒状的氯化物80～95份与步骤2)中Y组分机械混匀；
4)、将步骤3)中得到的混合物，加入到带有温度计、搅拌器、回流冷凝管的四口烧瓶中，加入100～300份石油醚作反应介质，在室温下搅拌1～2h；再加入丙烯酸酯类单体5～10份，交联剂二乙烯苯0.002～0.004份，引发剂过氧化苯甲酰0.002～0.006份，在60～80℃下反应6～10h；补加0.001～0.003份引发剂过氧化苯甲酰，加入0.001～0.05份含氢硅油，其含氢硅油的含氢质量分数0.01wt％～0.2wt％，滴加0.0005～0.001份氯铂酸的异丙醇溶液作为催化剂，1～2h滴加完毕，继续反应8～10h；过滤回收溶剂，真空干燥3～4h，即得到沥青路面用缓释型防冰材料，其中所述的丙烯酸酯类单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸丙酯或丙烯酸异丁酯。
上述的X组分是用于制备防冰材料的主要成分，通过缓慢释放来降低路面表层水的凝固点；Y组分是三元阻锈剂，避免氯离子对钢筋的腐蚀，延长了道路使用寿命；Z组分是在X、Y组成的混合物表面形成一层均匀致密的空间网状的耐高温高分子包覆材料，控制其在沥青路面中释放速度。
上述的X组分是用于制备防冰材料的主要成分，通过缓慢释放来降低路面表层水的凝固点；Y组分是三元阻锈剂，避免氯离子对钢筋的腐蚀，延长了道路使用寿命；Z组分是在X、Y组成的混合物表面形成一层均匀致密的空间网状的耐高温高分子包覆材料，控制其在沥青路面中释放速度。
本发明的防冰材料产品在沥青路面上面层的使用方法：
将防冰材料按照外加剂的掺加方法进行室内目标配合比的验证，按照生产配合比在沥青拌合楼生产，按照石料→矿粉→沥青→防冰材料的顺序进行投放，防冰材料掺量占沥青混凝土质量5wt％～8wt％，增加沥青混合料的湿拌时间7～10s出料，施工工艺和常规沥青混凝土施工方法相同，控制现场孔隙率在3％～4％之间。
本发明产品的防冰机理：
用该发明产品铺筑的沥青路面上面层，由于受到行驶车辆的轮压、振动、磨损等荷载作用时，利用路面的孔隙渗透压力和毛细管抽提现象，防冰材料会从不同的深度被缓慢的抽提迁移到路面上层释放出来，而此时在路面上层约5～10mm处的防冰材料被迅速激活与冰雪发生反应，迅速溶于水中，随着水中氯离子的增加，使水的液相蒸气压下降，但冰的固态蒸气压不变，为达到冰水混合物固液蒸气压平衡原理，固态冰便溶化成液态水，从而可以防止和延缓了冬季路面结冰情况。
本发明的沥青路面用缓释型防冰材料的有益效果是，产品的组分价格低廉，生产工艺相对简单，对钢筋无腐蚀。用于沥青路面上防冰效果明显，在-5～0℃左右具有完全防止路面结冰的效果。另外根据JB/T 7901-1999《金属材料试验室均腐蚀全浸试验方法》测定验证了该产品对钢筋没有腐蚀。说明该产品绿色环保，属于环境友好型产品。
附图说明
图1、本发明的沥青路面用缓释型防冰材料溶液与自来水对钢片腐蚀速度(腐蚀时间为7天)的对比图
图2、添加防冰材料车辙试件照片
图3、未添加防冰材料车辙试件照片
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中，在不背离本发明的技术解决方案前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。
实施例1
沥青路面用缓释型防冰材料制备。
该材料主要由X组分、Y组分和Z组分组成，其中各组分的质量份数为：
X组分为颗粒状的氯化钙，粒度0.1～5mm，92份；
Y组分由下列质量份的组分组成：硅酸钠0.2份，葡糖酸钠0.2份，磷酸二氢锌0.05份；
Z组分为聚丙烯酸丁酯7份，由丙烯酸丁酯、交联剂、含氢硅油合成得到的聚丙烯酸丁酯。
该沥青路面用缓释型防冰材料的制备方法，包括以下步骤：
1、制备X组分，通过造粒成型得到0.1～5mm的颗粒状的氯化物92份；
2、制备Y组分，在室温条件下，将硅酸钠0.01份，葡糖糖酸钠0.2份和磷酸二氢锌0.05份机械搅拌混匀；
3、将步骤1中颗粒状的氯化物与步骤2中Y组分机械混匀；
4、将步骤3中得到的混合物，加入到带有温度计、搅拌器、回流冷凝管的四口烧瓶中；加入150份石油醚作反应介质，在室温下搅拌1～2h；再加入丙烯酸丁酯单体7份与交联剂二乙烯苯0.002份，引发剂过氧化苯甲酰(BPO)为0.003份，在60～80℃下反应6～10h；补加0.001份引发剂BPO，加入0.002份含氢硅油，其含氢硅油含氢质量分数0.01wt％～0.2wt％，滴加氯铂酸0.0005份的异丙醇溶液作为催化剂，1～2h滴加完毕，继续反应8～10h；过滤回收溶剂，真空干燥3～4h，即得到沥青路面用缓释型防冰材料。
实施例2
沥青路面用缓释型防冰材料制备。
该材料主要由X组分、Y组分和Z组分组成，其中各组分的质量份数为：
X组分为颗粒状氯化物：0.1～5mm氯化钙82份，0.1～5mm氯化镁10份；
Y组分由下列质量份的组分组成：硅酸钠0.1份，葡糖酸钠0.1份，磷酸二氢锌0.25份；
Z组分为聚丙烯酸丙酯7份，由丙烯酸丙酯、交联剂、含氢硅油合成得到的聚丙烯酸丙酯。
该沥青路面用缓释型防冰材料的制备方法同实施例1，只是将丙烯酸丁酯单体改为丙烯酸丙酯单体。
实施例3
沥青路面用缓释型防冰材料制备。
该材料主要由X组分、Y组分和Z组分组成，其中各组分的质量份数为：
X组分为颗粒状氯化物：0.1～5mm氯化钙75份，0.1～5mm氯化镁10份，0.1～5mm氯化钠7份；
Y组分油下列质量份的组分组成：硅酸钠0.3份，葡糖酸钠0.1份，磷酸二氢锌0.05份；
Z组分为聚丙烯酸异丁酯7份，由丙烯酸异丁酯、交联剂、含氢硅油合成得到的聚丙烯酸异丁酯。
该沥青路面用缓释型防冰材料的制备方法同实施例1，只是将丙烯酸丁酯单体改为丙烯酸异丁酯单体。
效果评价
下述沥青路面用缓释型防冰材料简称防冰材料。
1、将实例1、2、3所制备的防冰材料各取5.5g，分别溶于100g水中，根据JB/T 7901-1999《金属材料试验室均腐蚀全浸试验方法》测定产品对钢片的腐蚀速度，与自来水相比7d溶液对钢片的腐蚀情况如图1所示。图1说明该防冰材料对钢片没有腐蚀，具有良好的环保效益。
2、将实例1、2、3所制备的防冰材料按质量掺量5wt％～8wt％加入沥青混合料中，在实验室内添加防冰材料与不添加防冰材料成型车辙试件。在车辙试件表面撒水，然后将试件放在-5℃的低温冷冻箱内冷冻10h，使试件表面结冰。试验结果表明添加防冰材料的沥青混合料表面没有结冰，未添加防冰材料的沥青混合料表面还可以看到明显的冰层。以上实验说明防冰材料在-5℃左右有良好的防冰效果。如图2、3所示。
3、将实例1、2、3所制备的防冰材料按质量掺量5wt％～8wt％加入沥青混合料中，在实验室内添加防冰材料成型车辙试件。为了检验防冰材料在沥青混合料中的缓释性，将成型好的车辙试件暴露在室外日晒雨淋。在不同的时间段对下雨后试件表层液体进行氯离子浓度检验，以此来评价防冰材料的缓释性。表1给出了具体的评价及试验结果：
表1
Figure BDA0000141999680000051
Figure BDA0000141999680000061
表1说明：实例1、2、3的防冰材料有很好的防冰效果。同时将试件放在室外日晒雨淋，经过很长时间沥青混合料中氯离子析出量，虽然呈现下降趋势，但氯离子的损失量较小，说明了通过丙烯酸酯类聚合物包覆的氯化物具有缓释性能，可持续时间长。

Claims (7)

1.一种沥青路面用缓释型防冰材料，其特征在于：该防冰材料主要由X组分、Y组分和Z组分组成，其中各组分的质量份数为：
X组分为氯化物      80~95份；
Y组分为阻锈剂，由下列质量份的组分组成：硅酸钠0.01~0.5份、葡萄酸钠0.01~0.5和磷酸二氢锌 0.01~0.5份；
Z组分为丙烯酸酯类聚合物   5~10份；
其中，所述的氯化物为氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁中一种或两种以上组合; 所述的丙烯酸酯类聚合物为聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸丙酯或聚丙烯酸异丁酯，由丙烯酸酯类单体、交联剂二乙烯苯和含氢硅油，在氯铂酸催化剂存在下聚合而成，其聚合反应中各物质质量份数比为：丙烯酸酯类单体5~10份,交联剂0.002~0.004份，含氢硅油0.001~0.05份，引发剂过氧化苯甲酰0.003~0.009份，氯铂酸为0.0005~0.001份，所述的含氢硅油含氢质量分数为0.01wt%~0.2wt%，所述的丙烯酸酯类单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸丙酯或丙烯酸异丁酯。
2.按照权利要求1所述的沥青路面用缓释型防冰材料，其特征是：所述的氯化物为颗粒状，其尺寸在0.1~5mm之间。
3.按照权利要求1所述的沥青路面用缓释型防冰材料，其特征是：所述的硅酸钠，为白色粉末，0.1mm方孔筛的通过率为大于80%以上。
4.按照权利要求1所述的沥青路面用缓释型防冰材料，其特征是：所述的葡萄糖酸钠，为白色粉末，0.1mm方孔筛的通过率为大于90%以上。
5.按照权利要求1所述的沥青路面用缓释型防冰材料，其特征是：所述的磷酸二氢锌，为白色粉末，0.1mm方孔筛的通过率为大于85%以上。
6.权利要求1所述的沥青路面用缓释型防冰材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：
1）、制备X组分
   将所述的氯化物通过造粒成型得到0.1~5mm的颗粒；
2）、制备Y组分
   在室温条件下，将硅酸钠0.01~0.5份，葡糖糖酸钠0.01~0.5份，磷酸二氢锌 0.01~0.5份，机械搅拌混匀；
3）、按质量份数，将步骤1）中颗粒状的氯化物80~95份与步骤2）中Y组分机械混匀；
4）、将步骤3）中得到的混合物，加入到带有温度计、搅拌器、回流冷凝管的四口烧瓶中，加入100~300份石油醚作反应介质，在室温下搅拌1~2h；再加入丙烯酸酯类单体5~10份，交联剂二乙烯苯0.002~0.004份，引发剂过氧化苯甲酰0.002~0.006份，在60~80℃下反应6~10h；补加0.001~0.003份引发剂过氧化苯甲酰，加入0.001~0.05份含氢硅油，其含氢硅油的含氢质量分数0.01wt%~0.2wt%,滴加0.0005~0.001份氯铂酸的异丙醇溶液作为催化剂，1~2h滴加完毕，继续反应8~10h；过滤回收溶剂，真空干燥3~4h，即得到沥青路面用缓释型防冰材料，其中所述的丙烯酸酯类单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸丙酯或丙烯酸异丁酯。
7.权利要求1所述的沥青路面用缓释型防冰材料的使用方法：其特征是：该防冰材料在沥青路面上面层使用，其方法：将防冰材料按照外加剂的掺加方法进行室内目标配合比的验证，按照生产配合比在沥青拌合楼生产，按照石料→矿粉→沥青→防冰材料的顺序进行投放，防冰材料掺量占沥青混凝土质量 5wt%~8wt%，增加沥青混合料的湿拌时间7~10s出料,施工工艺和常规沥青混凝土施工方法相同，控制现场孔隙率在3%~4%之间。
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