CN102822419B - 复合路面结构 - Google Patents
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Abstract
一种复合路面结构，其包含磨耗层和置于所述磨耗层之下的基层。所述基层包含集料和弹性体组合物。所述弹性体组合物包含异氰酸酯组分与异氰酸酯反应性组分的反应产物。所述异氰酸酯组分包含聚合物型异氰酸酯，和任选地，异氰酸酯预聚物。所述异氰酸酯反应性组分包含疏水性多元醇和具有至少两个羟基和约62-约220的分子量的扩链剂。所述扩链剂以基于100重量份所述异氰酸酯反应性组分计为约1-约20重量份的量存在于该异氰酸酯反应性组分中。所述磨耗层包含与所述基层的集料相同或不同的集料。还公开了形成所述复合路面结构的方法。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年12月21日提交的美国临时专利申请61/288,637的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明一般而言涉及一种包含含集料和弹性体组合物的基层的复合路面结构；更具体地涉及一种复合路面结构，其包含磨耗层和基层，所述基层包含集料和弹性体组合物，所述弹性体组合物包含异氰酸酯组分，所述异氰酸酯组分包含聚合物型异氰酸酯，和任选地，异氰酸酯预聚物，以及所述弹性体组合物进一步包含异氰酸酯反应性组分，所述异氰酸酯反应性组分包含疏水性多元醇和扩链剂；而且涉及一种形成所述复合路面结构的方法。
相关技术描述
使用复合材料形成制品如路面是建筑领域所公知的。所述复合材料通常通过将至少一种集料与至少一种粘合剂组合物一起混合而制备。例如，在混凝土的情况下，集料包括沙子和砾石，且粘合剂组合物包含水泥和水。
最近，在使用聚合物材料作为粘合剂组合物方面已取得进展。通常一旦将集料和粘合剂组合物混合在一起，所述复合材料仅短时间，例如在45分钟内保持柔韧性或“可塑性”，在所述复合材料固化且不再具有柔韧性之前。因此，这类复合材料通常在现场而不在现场外制备以延长操作时间。现场外制备要求将所述复合材料运输至建筑现场，由此进一步使复合材料的现场操作时间减少。
现场制备复合材料的常规方法要求在集料与粘合剂组合物接触之前，将集料置于地面上(或者已经存在于地面上)。随后，用粘合剂组合物喷雾(或铺盖)集料。该方法的明显缺点在于集料涂覆不均一，这导致复合材料不均一。复合材料中的非均一性可导致该复合材料早期失效，由此需要以额外成本替换复合材料。此外，该方法耗时。复合材料失效的常见方式是散裂，其中集料从复合材料中松散开来，最终从复合材料中完全移出。
或者，将集料与粘合剂组合物在间歇式混合机中翻滚数分钟，直至集料被粘合剂组合物均匀涂覆，然后使其就位，例如通过将所述复合材料灌注到位。该方法(通常称作间歇法)的明显缺点在于减少的操作时间，因为粘合剂复合材料一旦存在于间歇式混合机中则开始固化。
当路面用于车行道、停车场、或其它通路时，路面随时间推移倾向于劣化。路面的耐久性取决于许多因素，包括用于形成路面的材料的质量。由于混凝土和沥青老化，裂隙倾向于在路面中发展，使得水和其它污染物进入到路面并流过路面结构。常规路面结构包括至少两层，如上面的磨耗层和下面的基层。由于水进入磨耗层中的裂隙，基层的细粒和较大的集料被冲走，这产生使得路面不稳定的空穴。一旦路面的基层足够弱化，磨耗层坍塌，由此造成在路面的表面中的坑洞。
因此，仍存在提供改善的路面结构的机会。还仍存在提供改善的路面结构形成方法的机会。
发明简述和优点
本发明提供了一种复合路面结构。所述复合路面结构包含磨耗层和置于所述磨耗层之下的基层。所述基层包含集料和弹性体组合物。所述弹性体组合物包含异氰酸酯组分与异氰酸酯反应性组分的反应产物。所述异氰酸酯组分包含聚合物型异氰酸酯，和任选地，异氰酸酯预聚物。所述异氰酸酯反应性组分包含疏水性多元醇和具有至少两个羟基且分子量为约62-约220的扩链剂。所述扩链剂以基于100重量份异氰酸酯反应性组分计为约1-约20重量份的量存在于所述异氰酸酯反应性组分中。所述磨耗层也包含集料，其可与所述基层的集料相同或不同。本发明进一步提供一种形成复合路面结构的方法。
所述弹性体组合物具有优异的物理性质，其赋予基层，例如以改善的弹性体组合物与集料间的粘结强度、改善的耐压强度、改善的剪切强度和改善的弯曲强度，这降低了集料从基层的散裂。就此而言，所述基层相对于常规基层保持更稳定，即使当曝露于水渗透置于基层上方的磨耗层时。例如，基层的细粒材料和/或集料保持原位即使当曝露于重负荷和/或水时。基层还可以是无孔的或多孔的，由此减少了水的流失和其它与常规路面或类似结构有关的问题。
附图简介
本发明的其他优点可通过参照下文详述且与附图一起考虑而容易地知晓且更好地理解，其中：
图1为复合路面结构的局部横截面视图，其显示了水迁移通过所述复合路面结构，所述复合路面结构包含磨耗层和由所述复合材料形成的基层；
图2为描述所述基层的多孔实施方案的放大视图；和
图3为描述所述基层的无孔实施方案的放大视图；
发明详述
本发明提供一种复合路面结构和一种形成所述复合路面结构的方法，下文将进一步对二者进行描述。本发明还提供一种用于形成粘结集料的弹性体组合物的体系。下文即将描述该体系。
所述体系包含异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性组分。在某些实施方案中，所述异氰酸酯组分包含聚合物型异氰酸酯和任选地异氰酸酯预聚物。在其他实施方案中，所述异氰酸酯组分包含聚合物型异氰酸酯和异氰酸酯预聚物。所述异氰酸酯反应性组分包含疏水性多元醇和扩链剂。所述体系通常以两种或更多种独立组分的形式提供，如异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性组分(或树脂)，即双组分(或2K)体系，下文将对其进一步描述。
应当理解的是，本发明所用指称异氰酸酯和树脂组分仅是出于指代所述体系的单独组分以及重量份的目的。因此，不应理解为将本发明仅仅限制为2K体系。例如，所述体系的单独组分可全部彼此隔离。在本发明描述中，术语“异氰酸酯反应性”组分和“树脂”组分可互换使用。
所述体系也可包含其他组分，其可包含于所述异氰酸酯和树脂组分之一或二者中，或者完全独立地，例如包含于第三组分中，这将在下文进一步描述。所述体系用于形成所述弹性体组合物。在某些实施方案中，所述弹性体组合物为异氰酸酯与异氰酸酯反应性组分的反应产物。下文将进一步描述所述弹性体组合物。
如果使用的话，所述异氰酸酯预聚物通常为异氰酸酯与多元醇和/或多元胺的反应产物，通常为异氰酸酯与多元醇的反应产物。所述异氰酸酯预聚物可通过本领域技术人员所知晓的各种方法形成或者可由生产商、供应商等商购获得。
就用于形成异氰酸酯预聚物的异氰酸酯而言，所述异氰酸酯包含一个或多个异氰酸酯(NCO)官能团，通常包含至少两个NCO官能团。就本发明而言，合适异氰酸酯包括但不限于常规脂族、脂环族、芳基和芳族异氰酸酯。在某些实施方案中，所述异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚合物型二苯基甲烷二异氰酸酯(PMDI)及其组合。聚合物型二苯基甲烷二异氰酸酯在本领域中也称为多亚甲基多亚苯基多异氰酸酯。就本发明而言，其他合适的异氰酸酯实例包括但不限于甲苯二异氰酸酯(TDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、萘二异氰酸酯(NDI)及其组合。用于形成所述异氰酸酯预聚物的异氰酸酯通常包含二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)。
如果用于形成所述异氰酸酯预聚物，则所述多元醇包含一个或多个羟基(OH)官能团，通常包含至少两个OH官能团。所述多元醇可为本领域所已知的任何类型的多元醇。所述多元醇通常选自乙二醇、二甘醇、丙二醇、二丙二醇、丁二醇、甘油、三羟甲基丙烷、三乙醇胺、季戊四醇、山梨醇及其组合。就本发明而言，其他合适的多元醇将在下文对其他额外的任选组分—辅助多元醇的描述中加以描述。
所述多元醇可以以相对于异氰酸酯为不同的量使用，只要在反应前相对于OH官能团存在过量NCO官能团，从而使得异氰酸酯预聚物在形成后包含用于随后反应的NCO官能团。所述异氰酸酯预聚物通常具有约18-约28重量％，更通常为约20-约25重量％，仍更通常为约22.9重量％的NCO含量。
如果用于形成所述异氰酸酯预聚物，则所述多元胺包含一个或多个胺官能团，通常包含至少两个胺官能团。所述多元胺可为本领域已知的任何类型的多元胺。所述多元胺通常选自乙二胺、甲苯二胺、二氨基二苯甲烷和多亚甲基多亚苯基多胺、氨基醇及其组合。合适氨基醇的实例包括乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺及其组合物。
所述多元胺可以以相对于所述异氰酸酯为不同的量使用，只要在反应前相对于胺官能团存在过量NCO官能团，从而使得异氰酸酯预聚物在形成后包含用于随后反应的NCO官能团。所述异氰酸酯预聚物的NCO含量如上文所描述和例示。
应理解的是所述异氰酸酯预聚物可由两种或更多种上述多元醇和/或两种或更多种上述多元胺的组合形成。所述异氰酸酯预聚物通常为异氰酸酯与至少一种多元醇的反应产物，从而使得所述异氰酸酯预聚物在形成后包含氨基甲酸酯连接基和NCO官能团。在本发明的具体实施方案中，所述异氰酸酯预聚物包含聚合甲基二苯基二异氰酸酯与4，4′-甲基二苯基二异氰酸酯准预聚物的混合物。就本发明而言，合适异氰酸酯预聚物的具体实例以商品名LUPRANATE如LUPRANATEMP102由BASFCorporation，FlorhamPark，NJ商购获得。应理解的是所述体系可包含两种或更多种上述异氰酸酯预聚物的组合。
就聚合物型异氰酸酯而言，所述聚合物型异氰酸酯包含两个或更多个NCO官能团。所述聚合物型异氰酸酯通常具有约1.5-约3.0，更通常为约2.0-约2.8，仍更通常为约2.7的平均官能度。所述聚合物型异氰酸酯通常具有约30-约33重量％，更通常为约30.5-约32.5重量％，仍更通常为约31.5重量％的NCO含量。
就本发明而言，合适聚合物型异氰酸酯包括但不限于上文对异氰酸酯预聚物所描述和例示的异氰酸酯。所述聚合物型异氰酸酯通常包含聚合物型二苯基甲烷二异氰酸酯(PMDI)。
就本发明而言，合适聚合物型异氰酸酯的具体实例为以商品名LUPRANATE如LUPRANATEM20异氰酸酯由BASFCorporation商购获得。应理解的是所述体系可包含两种或更多种上述聚合物型异氰酸酯的组合。
所述异氰酸酯预聚物通常以约25-约75重量份，更通常为约50-约75重量份，仍更通常为约55-约65重量份，甚至仍更通常为约60重量份的量存在于所述异氰酸酯组分中，各自基于100重量份异氰酸酯组分。在某些实施方案中，所述异氰酸酯预聚物通常以约50-约250重量份，更通常为约100-约200重量份，仍更通常为约125-约175重量份，甚至仍更通常为约150重量份的量存在于所述体系中，各自基于100重量份所述体系中的聚合物型异氰酸酯。换言之，所述异氰酸酯预聚物和聚合物型异氰酸酯通常以约1∶2-约2.5∶1，更通常为约1∶1-约2∶1，仍更通常为约1.25∶1-1.75∶1，甚至仍更通常为约1.5∶1的重量比存在于所述体系中，例如存在于所述异氰酸酯组分中。
不希望被任何特定理论所束缚或限制，据信紧上文所描述和例示的异氰酸酯预聚物与聚合物型异氰酸酯的组合和比例可赋予所述弹性体组合物以相对于常规弹性体组合物提高的拉伸强度、伸长率、硬度、玻璃化转变温度以及提高的撕裂强度。
就所述疏水性多元醇而言，该疏水性多元醇包含一个或多个OH官能团，通常包含至少两个OH官能团。所述疏水性多元醇的疏水性可通过各种方法测定，例如视觉观察疏水性多元醇与异氰酸酯的反应产物，其中在将所述两种组分混合之后，立即将反应产物脱气，然后引入水中，在其中使所述反应产物固化。如果在所述反应产物与水之间的界面(或表面)处不存在损坏或皱缩迹象，或者如果不存在形成气泡或泡沫的迹象，则认为所述疏水性多元醇的疏水性是优异的。
所述疏水性多元醇通常包括天然油多元醇(NOP)。换言之，所述疏水性多元醇通常不为石油基多元醇，即衍生自石油产品和/或石油副产物的多元醇。通常仅存在少量包含未反应OH官能团的天然植物油，且蓖麻油通常为唯一商购获得且由具有足够OH官能团含量直接制备以使蓖麻油适于直接用作聚氨酯工业中的多元醇的NOP。若非全部，也是绝大部分其他NOP需要对直接获自植物的油进行化学改性。所述NOP通常衍生自本领域已知的任何天然油，通常衍生自植物油或胡桃油。就本发明而言，合适天然油的实例包括蓖麻油以及衍生自大豆油、油菜籽油、椰子油、花生油、芥花(canola)油等的NOP。使用天然油可用于减少环境足迹。
正如前文所述，所述疏水性多元醇通常包括蓖麻油。本领域技术人员知晓蓖麻油天然包含OH官能团，而其他NOP可能需要一个或多个额外工艺步骤以获得OH官能团。这些工艺步骤(如果需要的话)应是本领域技术人员所知晓的。就本发明而言，合适等级的蓖麻油由不同供应商商购获得。例如，可将获自EagleSpecialtyProducts(ESP)Inc.，St.Louis，MO的T31蓖麻油用作疏水性多元醇。就本发明而言，其他合适的疏水性多元醇的具体实例由CognisCorporation，Cincinnati，OH以商品名SOVERMOL如SOVERMOL750、SOVERMOL805、SOVERMOL1005、SOVERMOL1080和SOVERMOL1102商购获得。
所述疏水性多元醇通常以约80-约99重量份，更通常为约85-约95重量份，仍更通常为约90-约95重量份，甚至仍更通常为约92.5重量份的量存在于所述体系中，各自基于100重量份该体系的树脂组分。应知晓的是，所述体系可包含两种或更多种上述疏水性多元醇的组合。
就扩链剂而言，所述扩链剂具有至少两个OH官能团。所述扩链剂通常具有约62-约220，更通常为约62-约150，仍更通常为约132的分子量。因此，所述扩链剂在本领域中可称为“短”扩链剂。扩链剂通常包括亚烷基二醇。就本发明而言，合适扩链剂的实例包括二丙二醇(DPG)、二甘醇(DEG)、NIAXDP-1022、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇和2-丁烯-1，4-二醇。在具体实施方案中，扩链剂为二丙二醇。
所述扩链剂通常以约1.0-约20重量份，更通常为约5.0-约10重量份，仍更通常为约7重量份的量存在于该体系中，各自基于100重量份树脂组分。应理解的是所述体系可包含两种或更多种上述扩链剂的任何组合。
不希望被任何特定理论所束缚或限制，据信扩链剂赋予所述弹性体组合物以提高的强度，以及赋予所述弹性体组合物以提高的强度、撕裂强度和硬度。
在本发明的其他实施方案中，除所述疏水性多元醇之外，可使用辅助多元醇如石油基多元醇。如果使用的话，所述辅助多元醇通常选自常规多元醇，如乙二醇、二甘醇、丙二醇、二丙二醇、丁二醇、甘油、三羟甲基丙烷、三乙醇胺、季戊四醇、山梨醇及其组合。所述辅助多元醇通常选自聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚醚/酯多元醇及其组合；然而，也可使用下文进一步描述的其他辅助多元醇。
就本发明而言，合适聚醚多元醇包括但不限于通过在多官能引发剂存在下使环状氧化物如氧化乙烯(EO)、氧化丙烯(PO)、氧化丁烯(BO)或四氢呋喃聚合而获得的产物。合适的引发剂化合物包含多个活性氢原子，且包括水、丁二醇、乙二醇、丙二醇(PG)、二甘醇、三甘醇、二丙二醇、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲苯二胺、二乙基甲苯二胺、苯二胺、二苯甲烷二胺、乙二胺、环己烷二胺、环己烷二甲醇、间苯二酚、双酚A、甘油、三羟甲基丙烷、1，2，6-己三醇、季戊四醇及其组合。
其他合适的聚醚多元醇包括聚醚二醇和三醇，如聚氧丙烯二醇和三醇以及通过向二官能或三官能引发剂中同时或依次添加氧化乙烯和氧化丙烯而获得的聚(氧乙烯-氧丙烯)二醇和三醇。也可使用具有基于所述多元醇组分重量为约5-约90重量％氧乙烯含量的共聚物，所述多元醇可为嵌段共聚物、无规/嵌段共聚物或无规共聚物。其他合适的聚醚多元醇包括通过四氢呋喃聚合而获得的聚四亚甲基二醇。
就本发明而言，合适的聚酯多元醇包括但不限于羟基封端的多元醇与多元羧酸，尤其是二羧酸或其成酯衍生物的反应产物，所述多元醇如乙二醇、丙二醇、二甘醇、1，4-丁二醇、新戊二醇、1，6-己二醇、环己烷二甲醇、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇或聚醚多元醇或这类多元醇的混合物；所述二羧酸或其成酯衍生物例如为琥珀酸、戊二酸和己二酸或其二甲酯、癸二酸、邻苯二甲酸酐、四氯邻苯二甲酸酐或对苯二甲酸二甲酯或其混合物。也可使用通过内酯如己内酯与多元醇、或者羟基羧酸如羟基己酸的聚合获得的聚酯多元醇。
就本发明而言，合适的聚酯酰胺多元醇可通过在聚酯化混合物中掺入氨基醇如乙醇胺而获得。就本发明而言，合适的聚硫醚多元醇包括通过硫代二甘醇单独缩合，或者与其他二醇、亚烷基氧化物、二羧酸、甲醛、氨基醇或氨基羧酸一起缩合而获得的产物。就本发明而言，合适的聚碳酸酯多元醇包括通过使二醇如1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、二甘醇或四亚乙基二醇与碳酸二芳基酯如碳酸二苯酯，或者与光气反应而获得的产物。就本发明而言，合适的聚缩醛多元醇包括通过使二醇如二甘醇、三甘醇或己二醇与甲醛反应而制备的那些。其他合适的聚缩醛多元醇也可通过环状缩醛的聚合而制备。就本发明而言，合适的聚烯烃多元醇包括羟基封端的丁二烯均聚物和共聚物，合适的聚硅氧烷多元醇包括聚二甲基硅氧烷二醇和三醇。
就本发明而言，合适辅助多元醇的具体实例以PLURACOL如PLURACOLGP系列多元醇由BASFCorporation商购获得。就本发明而言，合适辅助多元醇的具体实例为PLURACOLGP430。
如果使用的话，所述辅助多元醇通常以约1-约75重量份，更通常为约10-约50重量份，仍更通常为约40重量份的量存在于所述体系中，各自基于100重量份该体系的树脂组分。应理解的是，所述体系可包含两种或更多种上述辅助多元醇的任何组合。
除了或代替所述辅助多元醇之外，所述体系可包含一种或多种其他组分如添加剂组分。所述添加剂组分可包括本领域已知的任何常规添加剂。就本发明而言，合适添加剂包括但不限于扩链剂、交联剂、链终止剂、加工添加剂、增粘剂、阻燃剂、抗氧化剂、消泡剂、防沫剂、水清除剂、分子筛、热解法二氧化硅、紫外光稳定剂、填料、触变剂、聚硅氧烷、表面活性剂、催化剂、着色剂、惰性稀释剂及其组合。如果使用的话，所述添加剂组分可以以基于100重量份所述体系的树脂组分为任意量如约0.05-10重量份的量的包含于该体系中。
在某些实施方案中，所述添加剂组分包括防沫剂。在一个实施方案中，所述防沫剂包括其中分散有粉状二氧化硅的聚硅氧烷流体。所述聚硅氧烷可用于降低和/或消除弹性体组合物的发泡。应理解的是所述聚硅氧烷流体可预先置于溶剂中。防沫剂的实例包括由DowCorningofMidland，MI商购获得的防沫剂MSA和防沫剂A。
如果使用的话，防沫剂通常以约0.01-约0.10重量份，更通常为约0.025-约0.075重量份，仍更通常为约0.05重量份的量存在于所述体系中，各自基于100重量份该体系的树脂组分。应理解的是所述体系可包含两种或更多种上述防沫剂的任何组合。
在某些实施方案中，所述添加剂组分包括分子筛。分子筛通常为吸湿剂，其可用于保持或提高干燥度，即干燥状态。分子筛通常包含具有过多小孔的分子。所述小孔能吸附尺寸小于该孔的分子如水分子，而不能吸附较大分子如存在于所述异氰酸酯和树脂组分中的那些。所述分子筛通常可吸附至多为该分子筛重量的20重量％或更多的水。因此，所述分子筛可与所述疏水性多元醇协同增效地且一起通过在水与所述体系的异氰酸酯组分反应之前吸附水而使水对所述弹性体组合物的影响最小化。
如果使用的话，应理解的是可使用本领域已知的任何分子筛，如硅铝酸盐矿物质、粘土、多孔玻璃、微孔炭、沸石、活性炭或具有可扩散通过小分子化合物如水的开孔结构的合成化合物。合适分子筛的实例包括BaylithPaste和分子筛3A，其可由不同供应商如Zeochem，Louisville，KY商购获得。
如果使用的话，分子筛通常以约0.01-约5.0重量份，更通常为约0.10-约2.0重量份，仍更通常为约0.50重量份的量存在于所述体系中，各自基于100重量份该体系的树脂组分。应理解的是所述体系可包含两种或更多种上述分子筛的任何组合。
在某些实施方案中，所述添加剂组分包括可由不同供应商获得的热解法二氧化硅。合适热解法二氧化硅的的实例为可由EvonicIndustriesInc.，Essen，德国商购获得的AEROSILR-972。热解法二氧化硅通常起着流变调节剂的作用，且如果热解法二氧化硅为疏水性的，则其赋予所述弹性体组合物以额外的疏水性。
如果使用的话，热解法二氧化硅通常以约0.10-约10.0重量份，更通常为约1.0-约7.0重量份，仍更通常为约5.0重量份的量存在于所述体系中，各自基于100重量份该体系的树脂组分。应理解的是，所述体系可包含两种或更多种热解法二氧化硅的任何组合。
在某些实施方案中，所述添加剂组分包括着色剂。着色剂可选自颜料、染料及其组合。着色剂可为液态或粉末形式。如果使用的话，着色剂通常为颜料或者两种或更多种颜料的颜料混合物。颜料或颜料混合物用于赋予所述弹性体组合物以所需颜色，且如果颜料是无机的，则所述颜料也可赋予所述弹性体组合物以UV防护。
就本发明而言，可使用不同类型的颜料。例如，二氧化钛和炭黑可用于分别赋予所述弹性体以白色和黑色，而二氧化钛与炭黑的不同混合物可用于赋予所述弹性体组合物以不同灰色调。
就本发明而言，合适等级的炭黑和二氧化钛实例分别由ColumbianChemicalsCompany，Marietta，GA和DuPontTitaniumTechnologies，Wilmington，DE商购获得。除了或者代替炭黑和/或二氧化钛之外，也可使用其他颜料以赋予所述弹性体组合物以颜色，所述其他颜料包括但不限于红色、绿色、蓝色、黄色、绿色和褐色及其颜料混合物。
基于一种或多种着色剂的颜色的更具体实例包括宝石蓝、翡翠绿、Sedona红、琥珀褐和黄玉褐。就本发明而言，合适颜料等级的实例由不同公司如BASFCorporation和PennColor，Inc.，Hatfield，PA商购获得。应理解的是，可使用上述着色剂如颜料的不同混合物赋予所述弹性体组合物以不同颜色、色浓度和色调。
如果使用的话，着色剂通常以约0.10-约5.0重量份，更通常为约1.0-约3.0重量份，仍更通常为约2.0重量份的量存在于所述体系中，各自基于100重量份所述体系的树脂组分。应理解的是所述体系可包含两种或更多种上述着色剂的任何组合。
在某些实施方案中，所述添加剂组分包括催化剂组分。在一个实施方案中，催化剂组分包括锡催化剂。就本发明而言，合适的锡催化剂包括有机羧酸的锡(II)盐，如乙酸锡(II)、辛酸锡(II)、乙基己酸锡(II)和月桂酸锡(II)。在一个实施方案中，有机金属催化剂包括二月桂酸二丁基锡，其是有机羧酸的二烷基锡(IV)盐。就本发明而言，合适有机金属催化剂的具体实例，如二月桂酸二丁基锡由AirProductsandChemicals，Inc.，Allentown，PA以商品名DABCO商购获得。有机金属催化剂也可包括其他有机羧酸的二烷基锡(IV)盐，如二乙酸二丁基锡、马来酸二丁基锡和二乙酸二辛基锡。
就本发明而言，其他合适催化剂的实例包括胺基催化剂；铋基催化剂；镍基催化剂；锆基催化剂；锌基催化剂；铝基催化剂；锂基催化剂；氯化铁(II)；氯化锌；辛酸铅；三(二烷基氨基烷基)-s-六氢三嗪类，包括三(N，N-二甲基氨基丙基)-s-六氢三嗪；四烷基氢氧化铵，包括四甲基氢氧化铵；碱金属氢氧化物，包括氢氧化钠和氢氧化钾；碱金属醇盐，包括甲醇钠和异丙醇钾；具有10-20个碳原子和/或侧OH基的长链脂肪酸的碱金属盐。
就本发明而言，合适催化剂，尤其是三聚催化剂的其他实例包括N，N，N-二甲基氨基丙基六氢三嗪、钾、乙酸钾、N，N，N-三甲基异丙胺/甲酸盐及其组合。合适三聚催化剂的具体实例以商品名POLYCAT由AirProductsandChemicals，Inc商购获得。
就本发明而言，其他合适催化剂，尤其是叔胺催化剂的其他实例包括1-甲基咪唑、DABCO33-LV、二甲基氨基乙醇、二甲基氨基乙氧基乙醇、三乙胺、N，N，N′，N′-四甲基乙二胺、N，N-二甲基氨基丙胺、N，N，N′，N′，N″-五甲基二亚丙基三胺、三(二甲基氨基丙基)胺、N，N-二甲基哌嗪、四甲基亚胺基双丙胺、二甲基苄胺、三甲胺、三乙醇胺、N，N-二乙基乙醇胺、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、双(2-二甲基氨基乙基)醚、N，N-二甲基环己胺(DMCHA)、N，N，N′，N′，N″-五甲基二亚乙基三胺、1，2-二甲基咪唑、3-(二甲基氨基)丙基咪唑及其组合。合适叔胺催化剂的具体实例以商品名POLYCAT如POLYCAT41由AirProductsandChemicals，Inc.商购获得。
如果使用的话，催化剂组分可以以不同量使用。所述催化剂通常以确保足够施工/工作时间的量使用。应理解的是所述催化剂组分可包括上述催化剂的任何组合。
所述体系可以以不同方式提供给消费者使用，例如在有轨车、槽车、大尺寸转鼓和容器或小尺寸转鼓、成套包装和包装中。例如，一个成套包装可包含所述异氰酸酯组分，另一成套包装中可包含所述树脂组分。分开为消费者提供所述体系的各组分提供了提高的由其形成弹性体组合物的配制灵活性。例如，消费者可选择特定异氰酸酯组分和特定树脂组分和/或其用量以制备弹性体组合物。
所述异氰酸酯和树脂组分通常具有优异的储存稳定性或“自由”稳定性。因此，所述异氰酸酯和树脂组分可在将其合并以形成所述弹性体组合物之前分开储存(作为体系)延长的时间。应理解的是，所述体系可包含可用于制备所述弹性体组合物的两种或更多种不同异氰酸酯组分和/或两种或更多种不同树脂组分。还应理解的是，如果使用的话，其他组分(如辅助多元醇、添加剂组分等)可在上述异氰酸酯和/或树脂组分中提供，或者作为分开的组分提供。
本发明进一步提供一种复合材料。所述复合材料包含集料和所述弹性体组合物。所述弹性体组合物通常由上文所描述和例示的异氰酸酯和树脂组分形成。如上所述，在某些实施方案中，所述异氰酸酯组分包含聚合物型异氰酸酯和任选地异氰酸酯预聚物。在其他实施方案中，所述异氰酸酯组分包含聚合物型异氰酸酯和异氰酸酯预聚物。所述异氰酸酯反应性组分包含疏水性多元醇和扩链剂。
存在于所述复合材料中的弹性体组合物的量通常取决于集料的粒度。通常，集料粒度越大，则形成所述复合材料所需的弹性体组合物就越少；集料尺寸越小，则形成所述复合材料所需的弹性体组合物就越多。集料尺寸越小则需要越多的弹性体组合物，这是因为相对于较大尺寸的集料，存在更多的待涂覆表面积。例如，对于0.25英寸的集料，所述弹性体组合物通常以约1.0-约10.0重量份，更通常为约2.5-约5.0重量份，仍更通常为约4.2重量份的量存在于所述复合材料中，各自基于100重量份该复合材料。
本文所用术语“集料”应理解为通常意指一种或多种集料，而非单一集料，也不能误解为需要多于一种集料。此外，本文所用术语“集料”旨在涵盖用于增强所述复合材料的宽范畴材料，如岩石、玻璃、橡胶粒料、建筑石头等。本文所用术语“岩石”旨在涵盖所有形式的岩石，包括但不限于砾石、沙子等。此外，本文所用术语“岩石”旨在涵盖所有种类的岩石如花岗岩、石灰石、大理石等。
在某些实施方案中，集料包括岩石。应理解的是，可使用任何类型的岩石。岩石通常选自花岗岩、石灰石、大理石、沙滩岩(beachstone)、河岩(riverrock)及其组合。在具体实施方案中，岩石为花岗岩。
岩石通常以约1-约100重量份，更通常为约50-约100重量份，仍更通常为约90-约100重量份，甚至仍更通常为约100重量份的量存在于集料中，各自基于100重量份所述复合材料中的集料。如果存在的话，所述集料的其余部分可为其他不同集料，如沙子、砾石等。
岩石的平均直径通常为约0.001-约7.0英寸，更通常为约0.10-约5.0英寸，仍更通常为约0.25-约5.0英寸，甚至仍更通常为约0.5-约3.0英寸。在其他实施方案中，岩石尺寸可更大或更小。
在某些实施方案中，集料包括橡胶粒料。应理解的是，可使用任何类型的橡胶粒料。尽管不是必须的，橡胶粒料可为消费后的和/或再回收橡胶。橡胶粒料可为任何类别的，例如1、2、3、4和/或5号。
橡胶粒料通常以约1-约100重量份，更通常为约50-约100重量份，仍更通常为约90-约100重量份，甚至仍更通常为约100重量份的量存在于集料中，各自基于100重量份所述复合材料中的集料。如果存在的话，集料的其余部分可为其他不同集料，如沙子、砾石等。
橡胶粒料的平均直径通常为约0.10-约3.0英寸，更通常为约0.10-约2.0英寸，仍更通常为约0.10-约0.25英寸。就本发明而言，合适等级的橡胶粒料由EntechInc.，WhitePigeon，MI商购获得。
在某些实施方案中，集料包括玻璃。应理解的是，就本发明而言，可使用任何类型的玻璃。玻璃可为透明的、着色的和/或有色的。尽管不是必需的，玻璃可为消费后的和/或再回首玻璃。使用这类玻璃可降低所述复合材料的总成本，并减少环境足迹。
玻璃通常以约1-约100重量份，更通常为约50-约100重量份，仍更通常为约80-约100重量份，甚至仍更通常为约100重量份的量存在于集料中，各自基于100重量份存在于所述复合材料中的集料。如果存在的话，集料的其余部分可为其他不同集料，如沙子、砾石等。据信集料中所存在玻璃量增大可改善所述复合材料的弯曲模量和耐压强度。
玻璃的平均直径通常为约0.001-约1.0英寸，更通常为约0.10-约0.50英寸，仍更通常为约0.125-约0.25英寸。据信减小玻璃平均直径可降低集料从所述复合材料的散裂(即，松散化的玻璃片或松散的玻璃片)并改善耐弯曲应力(如轮胎施加至所述复合材料上的应力)性。当使用时，通常将玻璃压碎以满足上述平均直径范围。出于安全，通常将玻璃在筛上翻滚或振动以使玻璃的尖锐边缘变圆。就本发明而言，合适等级的玻璃由GlassPlusInc.，Tomahawk，WI商购获得。
在某些实施方案中，玻璃包含表面处理剂，其包含(或具有)至少一个可与所述弹性体组合物的异氰酸酯基反应的官能团。就本发明而言，合适官能团的实例包括羟基、巯基、环氧基和/或伯氨基和仲氨基。表面处理剂通常包含至少一个胺和/或氨基官能团。应理解的是，所述表面处理剂可包含不同官能团的组合。
表面处理剂可通过各种方法施加至玻璃上，例如使用氨基硅烷，更具体为有机官能的烷氧基硅烷如SILQUESTA-1100、SILQUESTA-1120如/或SILQUESTA-1170，其可由MomentivePerformanceMaterials，Albany，NY商购获得。例如，可对玻璃进行洗涤并用氨基硅烷处理以将表面处理剂施加至玻璃上。换言之，此时玻璃包含一个或多个由与玻璃反应的氨基硅烷所提供的官能团。所述玻璃可称为“底涂的”或者“硅烷化的”。所述官能团如胺基/氨基可与所述弹性体组合物的异氰酸酯官能团反应。所述异氰酸酯官能团在反应以形成所述弹性体组合物之后，可为游离异氰酸酯官能团(例如在过量转化的情况下)，或者为由所述弹性体组合物自身的一种或多种组分(例如异氰酸酯预聚物)所提供的异氰酸酯官能团，从而使得所述玻璃的官能团成为该反应的一部分，从而形成所述弹性体组合物。
据信玻璃的表面处理改善了耐久性，降低了集料的散裂并提高了所述复合材料的强度。当在所述弹性体组合物与玻璃表面之间存在化学键时，尤其如此。例如在玻璃表面与所述弹性体组合物之间可存在一个或多个-Si-O键。还据信表面处理使所述复合材料对环境力如热和湿度(这可潜在地降低其在使用过程中的强度)更为稳定。在某些实施方案中，用作本发明集料的玻璃包括在共同未决的申请PCT/US10/58582中所描述的玻璃集料，将其全部内容以不与本文所述的本发明一般范围相抵触的程度引入本文。PCT/US10/58582描述了玻璃集料表面处理的各种方法，以及赋予本发明复合材料的表面处理的益处。
应理解的是，集料可包括两种或更多种上述集料的组合。例如，所述复合材料的集料可包含玻璃和岩石。在这些实施方案中，玻璃通常以约1.0-约99重量份，更通常为约25-约99重量份，仍更通常为约75-约99重量份的量存在于所述集料中，各自基于100重量份存在于所述复合材料中的集料。此外，岩石通常以约99-约1.0重量份，更通常为约75-约1.0重量份，仍更通常为约25-1.0重量份的量存在于所述集料中，各自基于100重量份存在于所述复合材料中的集料。
所述集料可以以不同方式提供给消费者使用，例如在有轨车、槽车、大和小尺寸包装袋(supersack)、大尺寸转鼓和容器或小尺寸转鼓、成套包装和包装中。如上文对所述体系所描述和例示的那样，分开为消费者提供复合材料的各组分提供了提高的由其形成复合材料的配制灵活性。例如，消费者可选择特定集料、特定异氰酸酯组分和特定树脂组分和/或其用量以制备所述复合材料。
所述集料通常是干燥的(除了可能的环境水分，如果存在的话)以防止与所述体系的异氰酸酯组分的过早反应。此外，据信当集料干燥时，可改善所述弹性体组合物的固化和粘结强度。所述集料可通过各种方法保持干燥，如使用防水或耐水性大包装袋。然而，在某些实施方案中，集料可至少部分或完全浸没于水下，这将在下文进一步加以描述。还应理解的是集料可已存在于希望使用所述复合材料的场地中，如铁路路基中或者海岸沿线。因此，集料可能无需分开提供。
就本发明而言，合适组分的其他实例通常描述于Kaul的美国公开专利2009/0067924和2009/0067295中，其公开内容以及其中所引用专利和公开专利申请的内容通过引用以不与本文所述的本发明一般范围相抵触的程度全文并入本文中。
在某些实施方案中，所述复合材料具有根据ASTMD1621为约100-约2500psi，更通常为约500-约1800psi，仍更通常为约1300-约1600psi，甚至仍更通常为约1500psi的抗碎强度(或耐压强度)。在某些实施方案中，所述复合材料通常具有根据ASTMD790为约50-约1000psi，更通常为约200-约1000psi，仍更通常为约700-约1000psi，甚至更通常为约700psi的弯曲强度。在某些实施方案中，所述复合材料通常具有根据ASTMD790为约20000-约150000psi，更通常为约50000-约150000psi，仍更通常为约100000-约150000psi，甚至仍更通常为约100000psi的弯曲模量。
在某些实施方案中，所述复合材料具有约30-约50％，更通常为约34-约45％，仍更通常为约35-约42％，甚至仍更通常为约37-约38％的孔隙率(或孔隙体积)。所述复合材料的孔隙率可通过本领域已知的各种方法测定，例如：Montes，F.，Valavala，S.和Haselbach，L.“ANewTestMethodforPorosityMeasurementsofPortlandCementPerviousConcrete”，J.ASTMInt.2(1)，2005和Crouch，L.K.，Cates，M.，Dotson，V.James，Jr.，Honeycutt，KeithB.和Badoe，D.A.“MeasuringtheEffectiveAirVoidContentofPortlandCementPerviousPavements”，ASTMJournalofCement，Concrete，andAggregates，25(1)，2003。
提高所述复合材料的孔隙率对减少流失，如雨水流失而言是有用的。在某些实施方案中，孔隙比例也可减少烃。烃(例如汽车滴落的马达油)可向下流经所述多孔复合材料，并吸附至集料颗粒如玻璃上，随着时间的推移，所述烃可在此被细菌消化，由此防止烃污染土壤和/或地下水。
据信所述复合材料的孔隙率允许该复合材料在短时间内接受大体积的水。在某些实施方案中，对由所述复合材料形成路面结构的测试表明，所述路面结构每小时可接受约1600英寸水。还据信所述孔隙率使得由所述复合材料形成的路面结构更易保养，因为可在付出很少劳动下清除沉积在孔中的沉积物。空气流过所述复合材料也允许其通过对流比常规路面更快地散热，从而使得所述路面结构相对于常规路面，在移除热源后在短得多的时间内冷却。
在某些实施方案中，所述复合材料具有约500-约4000英寸/小时，更通常为约1000-约3000英寸/小时，仍更通常为约1500-约2000英寸/小时，甚至仍更通常为约1650英寸/小时的渗透率。所述复合材料的渗透率可借助本领域已知的各种方法测定，例如：Montes，F.，Haselbach，L.“MeasuringHydraulicConductivityinPerviousConcrete”，Env.Eng.Sci.23(6)，2006和Schaefer，V.，Wang，K.，Suleimman，M.andKevern，J.“MixDesignDevelopmentforPerviousConcreteinColdWeatherClimates”，FinalReport，CivilEngineering，IowaStateUniversity，2006。提高所述复合材料的渗透率对降低流失是有用的。在其他实施方案(如下文进一步描述的那些)中，所述复合材料是无孔的。
在某些实施方案中，所述弹性体组合物在接近或达到最终固化状态后，通常具有根据ASTMD412和/或ASTMD638为约1000-约3000psi，更通常为约1500-约3000psi，仍更通常为约2000-约3000psi，甚至仍更通常为约2300psi的拉伸强度。在某些实施方案中，所述弹性体组合物在接近或达到最终固化温度之后通常具有根据ASTMD412和/或ASTMD638为约20-约150％，更通常为约60-约150％，仍更通常为约90-约150％，甚至仍更通常为约100％的伸长率。
在某些实施方案中，所述弹性体组合物在接近或达到最终固化状态之后，通常具有根据ASTMD624为约50-约400ppi，更通常为约200-约400ppi，仍更通常为约325-约400ppi，甚至仍更通常为365ppi的(Grave)撕裂强度。在某些实施方案中，所述弹性体组合物在接近或达到最终固化状态之后通常具有根据ASTMD2240为约20-约60，更通常为约40-约60，仍更通常为约50-约60，甚至仍更通常为约54的肖氏D硬度计硬度。在某些实施方案中，所述弹性体组合物在接近或达到最终固化状态之后，通常具有根据ASTMD6862为约30-约80ppi，更通常为约50-约80ppi，仍更通常为约65-约80ppi，甚至仍更通常为约75ppi的剥离强度。
如上所述，在某些实施方案中，所述弹性体组合物包含所述异氰酸酯预聚物、所述聚合物型异氰酸酯、所述疏水性多元醇和所述扩链剂的反应产物。在其他实施方案中，所述弹性体组合物包含中间体预聚物、所述疏水性多元醇和所述扩链剂的反应产物。
在使用中间体预聚物的实施方案中，所述中间体预聚物等效于所述异氰酸酯组分。换言之，如果使用的话，所述中间体预聚物代替所述异氰酸酯组分，且因此在该实施方案及其描述中用作异氰酸酯组分。
所述中间体预聚物通常包含所述异氰酸酯预聚物、所述聚合物型异氰酸酯和所述疏水性多元醇的反应产物。所述中间体预聚物可任选包含所述扩链剂的进一步反应产物。或者，所述中间体预聚物包含所述异氰酸酯预聚物、所述聚合物型异氰酸酯和所述扩链剂的反应产物。所述中间体预聚物可任选包含所述疏水性多元醇的进一步反应产物。
用于形成所述弹性体组合物的异氰酸酯预聚物和聚合物型异氰酸酯的总量通常用于形成所述中间体预聚物。与此相反，仅将部分疏水性多元醇和/或扩链剂用于形成所述中间体预聚物，而所述疏水性多元醇和/或扩链剂的剩余部分留下用作树脂组合物。
如果使用的话，所述中间体预聚物用于获得所需的异氰酸酯组分的NCO含量，用于改变所述弹性体组合物的固化性能以及用于改变所述弹性体组合物的粘度。如上文所描述且如下文进一步描述的那样，所述中间体预聚物尤其可用于水分或潮湿条件下的应用场合中。参照下文实施例部分也可知晓其他优点。
本发明进一步提供一种形成弹性体组合物的方法。所述方法包括提供所述异氰酸酯预聚物、所述聚合物型异氰酸酯、所述疏水性多元醇和所述扩链剂的步骤。在某些实施方案中，所述方法进一步包括使所述异氰酸酯预聚物和所述聚合物型异氰酸酯与所述疏水性多元醇反应以形成中间体预聚物的步骤。在该实施方案中，所述方法进一步包括使所述中间体预聚物与所述树脂组分反应以形成所述弹性体组合物的步骤。所述中间体预聚物通常与所述树脂组分分开形成。或者，如上所述，所述中间体预聚物包含所述异氰酸酯预聚物、所述聚合物型异氰酸酯和扩链剂的反应产物。
在一个实施方案中，形成弹性体组合物的步骤进一步定义为如下独立步骤：首先使所述异氰酸酯预聚物和所述聚合物型异氰酸酯与一定量的所述疏水性多元醇以及任选一定量的所述扩链剂反应，从而形成中间体预聚物；然后使所述中间体预聚物与剩余的至少一种扩链剂和疏水性多元醇(即树脂组分)反应以形成所述弹性体组合物。
本发明进一步提供一种形成所述复合材料的方法。所述方法包括提供集料并形成所述弹性体组合物的步骤。所述方法进一步包括将所述弹性体组合物施加至集料上以形成所述复合材料的步骤。
所述弹性体组合物可通过各种方法如上文所述的那些形成。在一个实施方案中，所述方法包括提供所述异氰酸酯预聚物的步骤、提供所述聚合物型异氰酸酯的步骤、提供所述疏水性多元醇的步骤和提供所述扩链剂的步骤。所述方法包括使所述异氰酸酯预聚物和聚合物型异氰酸酯与所述疏水性多元醇反应以形成中间体预聚物的进一步的步骤。通常在使所述异氰酸酯预聚物和聚合物型异氰酸酯与所述疏水性多元醇反应之前，将所述异氰酸酯和聚合物型异氰酸酯混合。所述方法包括使所述中间体预聚物与所述树脂组合物反应以形成所述弹性体组合物的进一步的步骤。所述反应步骤通常彼此独立地进行。
当由所述异氰酸酯和树脂组分形成时，所述弹性体组合物的异氰酸酯指数通常为约70-约200，更通常为约90-约175，仍更通常为约100-约175，甚至仍更通常为约105-约168，甚至仍更通常为121。
所述弹性体组合物在本领域中可称作2K弹性体聚氨酯组合物。将所述异氰酸酯和树脂组分混合以形成所述弹性体组合物的反应产物。本文所用术语“反应产物”旨在涵盖所述异氰酸酯与树脂组分之间的所有相互反应和/或反应步骤，包括所述异氰酸酯组分与树脂组分的反应产物，即使当将所述反应产物与集料接触以形成所述复合材料时。通常当所述异氰酸酯和树脂组分彼此接触时，开始形成所述反应产物。
所述施加步骤通常进一步定义为用所述弹性体组合物涂覆集料。合适的涂覆方法包括在装置中用所述弹性体组合物翻转涂覆集料。合适的装置包括但不限于下文进一步描述的那些。所述形成和施加步骤通常同时进行。
在某些实施方案中，所述复合材料在将所述弹性体组合物施加至集料的步骤之后至少部分浸没于水下。因此，所述弹性体组合物在部分或完全浸没于水下的同时固化成最终固化状态。所述弹性体组合物的表面，即形成的弹性体组合物与水之间的界面在所述复合材料浸没于水下的情况下在弹性体组合物固化过程中通常基本不形成气泡。当使用上文所述的中间体预聚物时，确实如上所述不形成气泡。这些实施方案可如上文所述用于海岸沿线。
在施加所述弹性体组合物的步骤过程中，所述弹性体组合物表面通常基本不形成气泡。特别地，所述弹性体组合物的疏水特性使得即使在水存在下，在成型过程中(例如当所述复合材料在水下成型(即固化)时)在所述弹性体组合物的表面处也几乎不形成气泡。换言之，在所述复合材料成型过程中几乎不至不产生泡沫。例如，如果将所述异氰酸酯和树脂组分混合、脱气并在仍为液态时倾入水中且使其固化成硬弹性体，则所述弹性体与水之间界面处的弹性体表面通常不显示出形成气泡、浑浊、皱缩和/或其他形式的损害迹象。
通常当使所述异氰酸酯和树脂组分彼此接触(例如通过将所述异氰酸酯与树脂组分一起混合)时，所述异氰酸酯和树脂组分开始反应，从而形成反应产物。所述弹性体组合物的反应产物在形成过程中将集料粘合在一起，从而形成所述复合材料。应理解的是，所述反应产物可在引入集料之前已开始形成了一段时间。当部分或完全在水下形成复合制品时，尤其如此。例如，可使所述反应产物在引入集料之前反应约1-约25分钟。通常在反应产物达到最终固化状态之前引入集料。还应理解的是，所述异氰酸酯与树脂组分之间的反应可在使所述异氰酸酯与树脂组分彼此接触之后延后一段时间。
所述异氰酸酯与树脂组分之间的反应在本领域通常称为交联或交联反应，其通常导致反应产物中的分子链(即分子量)增长，从而产生交联结构。所述异氰酸酯与树脂组分的反应可在不同温度如室温或环境温度下进行，尽管可对一种或多种组分进行加热以引发和/或促进所述异氰酸酯与树脂组分之间的反应。在某些实施方案中，尽管部分取决于所用的具体组分，但是加热能促进所述异氰酸酯与树脂组分之间的反应。当形成所述中间体预聚物时，通常在至少一个反应容器中进行至少一个反应步骤。
所述复合材料可用于不同应用场合和不同场所。例如，可将所述复合材料模塑、刮平、压实或平整以形成路面。使用所述复合材料的应用实例包括但不限于：形成护岸、铁路轨道路基、路面、人行道、天井、小道、运动场表面、小径、景观特色、船舶下水区域等。所述复合材料的这类应用可用于防止侵蚀和/或降低传声。上述应用可通过相应领域(如土木工程和道路建设领域)的技术人员所已知的方法实现。例如，可使用常规铺砌方法，但使用本发明复合材料代替混凝土。
作为另一实例，路面的某些实施方案可类似于低坍落度混凝土成型并修整。所述复合材料可使用混凝土或灰浆混合机以间歇工艺小规模混合。将所述弹性体组合物混合并添加至处于混合机内的集料中，混合数分钟然后置于模型中。可使用振捣整平，从而使模具中的复合材料稍微压实/沉降。可通过使用大抹子(壁画(Fresno)刮刀)或电动抹光机获得平坦表面，且模型周围的边缘可使用修边抹子修整。
取决于天气条件，所述复合材料在约4-6小时内不发粘，在约24小内可行走，且通常在72小时内实现其最终硬度的约95％。如果在该表面上行驶，则其通常可在约4天后承受交通工具的作用力。任选地，在所述复合材料不发粘之后，可在其施加或辊压脂族聚氨酯表面涂层以确保获得对扭力(如车轮对其所施加的扭力)非常稳定的耐磨损表面。也可在固化的顶涂层上撒布沙子或其他小集料或细料，从而在斜坡或者行走频繁区域上提供防滑表面。
所述复合材料通常一旦固化即为自支撑的。换言之，不需支撑结构来支撑所述复合材料或者将所述复合材料包埋于其中。用于路面应用的常规支撑结构的实例为商购自PRESTOGEOSYSTEMS，Appleton，WI的GEOBLOCK。使用这类支撑结构的一个缺点是所述支撑结构的热膨胀系数显著高于所述复合材料的集料如玻璃的热膨胀系数。具体地，所述集料的热膨胀系数通常低于所述支撑结构热膨胀系数。集料与支撑结构之间的热膨胀系数的差异可导致所述复合材料的失效。
因此，在本发明的某些实施方案中，本发明复合材料一旦固化就完全不用辅助支撑结构如GEOBLOCK。例如，所述复合材料可用于铺砌应用，而不依赖于支撑结构。令人惊讶地，本发明的弹性体组合物允许不使用这类支撑结构，所述支撑结构可对含有它们的固化复合制品产生不利影响，例如由于所述复合材料与包埋或位于其下的支撑结构之间的热膨胀和收缩之差导致的路面翘曲或变形。
所述复合材料在最终固化状态之前或之后，可成型成不同尺寸的不同形状。例如，所述复合材料可基本上为平坦的(例如当将所述复合材料用作路面时)，其具有约0.5-约6.0英寸，更通常为约1.0-约4.0英寸，仍更通常为约2.0-约3.0英寸的厚度。应理解的是，所述复合材料的厚度取决于其应用场合可为均匀的或者可不同。
一旦所述复合材料的弹性体组合物固化，则所述复合材料仅在有限时间内保持柔韧或者可塑，直至该复合材料达到最终固化状态以使得该复合材料不再柔韧或者可塑。所述复合材料通常具有约1-约40分钟，更通常为约1-约30分钟，仍更通常为约1-约20分钟的加工时间。在一个实施方案中，所述复合材料具有约30-45分钟的加工时间。一旦所述弹性体组合物完全固化，则所述复合材料完全成型。所述复合材料即使在完全固化时也可进一步加工，例如通过切割或者砂磨该复合材料以用于各种应用场合。所述复合材料的最终固化时间可受多种变量的影响。所述复合材料通常在平均为约72℉的温度和平均为约50％的相对湿度下在约30天后达到最终固化状态。
在上述方法中，用所述弹性体组合物涂覆集料的步骤可通过许多不同方法且可以以间歇、半间歇或连续方法完成。在一个实施方案中，将所述集料和弹性体组合物混合一段时间。应理解的是所述弹性体组合物可在引入集料之前或之中形成。或者，可将所述集料、异氰酸酯组分和树脂组分同时引入并混合。添加各组分以形成复合材料的顺序可为任意顺序。上述时间为弹性组合物与集料的混合时间。所述时间足以用所述弹性体组合物涂覆集料且通常为约10秒钟至约10分钟，更通常为约10秒钟至约5分钟。在所述弹性体组合物完全固化形成所述复合材料之前，通常从混合机或任何其他装置中取出涂覆有所述弹性体组合物的集料。
所述弹性体组合物和集料可通过本领域已知的任何方法混合，包括转鼓、滚筒、单轴间歇式混合机、双轴间歇式混合机、螺旋桨转鼓等。在本发明的另一实施方案中，用所述弹性体组合物涂覆集料的步骤通过喷涂完成。在该实施方案中，所述弹性体组合物可在喷涂步骤之前或之中至少部分形成。喷涂可通过本领域已知的任何方法完成，例如通过将各组分在所述弹性体组合物中碰撞混合、机械混合和喷涂等完成。用于形成所述复合材料的合适装置的具体实例公开于PCT/EP2010/058989中，其全部内容通过引入并入本文。应理解的是，所述集料可为静止的，或者可将集料置于滚筒或其他可运动转鼓中，从而使得所述集料由于在滚筒或其他可运动转鼓中运动而具有提高的暴露于喷涂的弹性体组合物中的表面积。当岩石沿某一区域，例如沿岸区域设置时，也可将所述集料喷涂于其上。如上所述，当集料处于滚筒中且对集料进行喷涂时，在所述弹性体粘合组合物完全固化形成所述复合材料之前，通常将涂覆有所述弹性体组合物的集料从滚筒中取出。
当喷涂所述弹性体组合物时，应理解的是所述异氰酸酯组分和树脂组分可在离开喷雾器喷嘴之前或之中混合。在一个实施方案中，当在涂覆集料之前离开喷雾器喷嘴并混合时，所述树脂和异氰酸酯组分为分开的料流。在其他实施方案中，在离开喷雾器喷嘴之前将所述树脂与异氰酸酯组分预混。例如，在一个实施方案中，在形成所述弹性体组合物之前，形成所述中间体预聚物。
在用所述弹性体组合物涂覆集料之后以及在任选将其混合之后，所述弹性体组合物固化形成复合材料。在将所述集料如岩石与所述弹性体组合物于混合机中混合的实施方案中，所述弹性体组合物通常在混合机外固化。例如，在所述弹性体组合物完全固化之前，可将该复合材料沿待加强的沿岸区域设置。
应理解的是，在其上放置所述涂覆有弹性体组合物的集料之前，可在沿岸区域上放置至少一层，如补偿层，以进一步提高所述复合材料的耐久性和粘合性。在一个实施方案中，将所述补偿层置于沿岸区域上，且在所述弹性体组合物完全固化之前，在其上放置涂覆有该弹性体组合物的集料。所述弹性体复合材料的固化通常被动进行，即不需特意的步骤(如加热等)以固化所述粘合组合物，而是自然进行固化。
通常，在水对沿岸区域的侵蚀造成水流威胁且因此除水可能是耗时的、困难的和繁重的情况下，需要存在所述复合材料。所述弹性体组合物(尤其是当使用所述中间体预聚物时)可在水存在下固化，同时保持所述弹性体组合物与集料如岩石之间的优异粘结强度。在水存在下固化的能力归因于所述体系的组分，如所述疏水性多元醇。存在的水可来源于各种来源，如雨水、沿岸区域附近水体的高潮和浪花。此外，如上所述，应理解的是所述弹性体组合物可在水下，即部分或完全浸没的条件下固化，同时保持所述弹性体组合物与集料之间的优异粘结、优异的耐久性以及由其形成的复合材料的优异压缩性。在水下固化的能力大大提高了所述弹性体组合物和由其形成的复合材料的通用性。
所述复合材料也可在模具中至少部分固化，所述模具可为密闭式模具或开放式模具。模具可具有基本上包封所述涂覆有弹性体组合物的集料的型腔，或者可具有基本上不包封所述涂覆有弹性体组合物的集料的开放式型腔。此外，模具可为反应注射模具(RIM)，其中将所述异氰酸酯组分和树脂组分分别注入其中放置有集料的模具中。模具可用于将复合材料成型为各种形状如砖。
再次说明的是部分取决于所述体系所用的环境，所述疏水性多元醇可用于防止异氰酸酯预聚物、聚合物型异氰酸酯和水分子之间的竞争反应和/或使其降至最低。此外，所述疏水性多元醇与异氰酸酯预聚物和/或聚合物型异氰酸酯反应，从而形成所述弹性体组合物。水和含NCO官能团的组分，即异氰酸酯预聚物和聚合物型异氰酸酯，在彼此存在下容易反应。当在完全固化之前将常规组合物暴露于水中时，水与异氰酸酯组分之间的竞争性反应可能对所得常规复合材料具有不希望的影响，例如降低的耐久性、降低的粘结强度、降低的拉伸强度等。然而，在本发明中，所述树脂组分具有强烈的憎水性，由此降低了异氰酸酯组分与水之间的相互作用和竞争性反应。当将本发明复合材料用于护岸时，所述弹性体组合物在完全固化之前如上所述通常暴露于水中。
现在将描述本发明的复合路面结构。所述复合路面结构包含基层和磨耗层。磨耗层通常置于基层之上。所述层彼此接触，或者一个或多个插入层可将所述层分开，如土工合成材料、中间层等。
所述磨耗层可由各种材料形成。磨耗层包含集料。通常，磨耗层包含沥青和/或混凝土；然而，磨耗层可以由其它材料形成，如本发明的符合材料。沥青和混凝土可以本领域已知的常规沥青和混凝土形成，如沥青混凝土组合物、碎石密封组合物等。就此而言，在特定的实施方案中，磨耗层完全排除了本发明的弹性体组合物。
基层包含集料和弹性体组合物，集料和弹性体组合物二者均为上文对复合材料的说明中所描述和所示例的那样。通常，集料是岩石或石头；然而，其它种类的集料也可以使用，如上文中所描述和示例的那些，例如玻璃、橡胶等。基层的集料可以与磨耗层的集料相同或不同，如在种类、尺寸、粒度分布等方面不同。在特定的实施方案中，集料是开式级配的压碎的砾石。所述集料可以是不同尺寸的，但通常直径为约1-约100、更典型地是约2-约64mm，尤其是当集料为砾石时。如上文对复合材料的说明所述，基层的集料通过弹性体组合物来粘附。
通常，所述基层是多孔的；然而，在特定的实施方案中，所述基层是无孔的。基层的孔隙率可以通过基层的压实水平来控制，和/或通过上文所描述和示例的方法，例如增加弹性体组合物，使用细粒材料等来控制。
弹性体组合物可以以各种量存在于基层中，通常以基于100重量份基层计为约1-约10重量份的量。应理解的是，可以使用额外量的弹性体组合物，如通过填充空穴空间来降低基层的孔隙率。
所述复合路面结构可通过本领域已知的各种方法形成，例如通过用于形成常规路面的方法形成。所述复合路面结构可现场或非现场形成。所述复合路面结构通常在需要车行道、小路、停车区域、干道、人行道等场地形成。
现在将描述形成所述复合路面结构的方法，更具体地，将描述用所述复合路面结构铺砌区域的方法。所述区域可为地面之上，如被模型或模具限定的区域，或者可为地面或类似结构本身。本发明不限于任何特定区域。所述区域通常包括孔穴。所述孔穴可通过掘开一部分地面或者通过在地面上制备模型(所述模型确定了孔穴)而形成。
所述方法包括用弹性体组合物涂覆基层的集料从而获得复合材料的步骤。所述复合材料通常与上文所述和所示例的复合材料相同。集料的涂覆可以以各种途径实现，如用弹性体组合物喷涂或翻滚涂覆集料。例如，复合材料可以在螺旋/混合器，或上文所述的或所示例的装置中形成。通常，一旦固化翻滚涂覆会提供更强的复合材料，虽然也可以使用喷涂。
所述方法进一步包括将复合材料放置到空穴中以形成基层，如物理倾倒和任选地，平整所述空穴中的复合材料。如上文所述，基层可以被压实以降低基层的孔隙率。复合材料通常在约2小时内摸起来固化。然而，无需等待这样的时间。
所述方法进一步包括将磨耗组合物施加至基层从而形成磨耗层的步骤。所述磨耗层可以由各种组合物形成，如由上述复合材料形成。更通常地，所述磨耗组合物是沥青组合物和/或混凝土组合物。如上文所述，磨耗层可以通过本领域已知的常规方法形成，如铺设沥青的常规方法。所述复合路面结构还可以包括额外的组分，如下文所述。
现在参照附图，图1是路面结构20的局部横截面视图，其显示了通过路面结构20的水迁移22，水迁移从路面结构的表面中的裂隙开始。所述裂隙随时间发展并在路面结构20上破裂。如所示的那样，水能够通过路面结构20的剩余物迁移而不会引起其它降解。
为了铺置这样的路面结构20，原土壤24(或“地面”)通常被挖掘至适于地区天气条件且原土壤24排水的深度。在某些北方气候下，这可以差不多是24英寸，即使不更多。可以用土工合成材料层(未示出)为所述区域加衬。应理解的是，挖掘可以不需要，例如当路面结构20构造于原土壤24的顶部时。
如果使用，土工合成材料层可以位于路面结构20的不同的水平。适合的土工合成材料的实例包括土工织物、土工格栅、土工网、土工膜、土工合成粘土衬垫、土工泡沫、排水/渗井、土工复合材料等。在特定的实施方案中使用土工合成材料层，所述土工合成材料层是土工织物，如无纺土工织物。在特定的实施方案中，路面结构20不含辅助支撑结构或格栅，如US专利公开文本Nos.2009/0067924和2009/0067295中公开的那些。
路面结构20包含基层26和磨耗层28。磨耗层28具有厚度T1，基层26具有厚度T2。基层26通常是多孔的；然而，由其中基层26是无孔的实施方式。磨耗层28的厚度T1可以取决于应用领域如用于行走的路面或用于行车的路面而变化，也就是用于行车的路面由于负荷要求的增加而要更厚。应理解的是，层26,28各自的厚度T不是按比例绘制的并且可以在尺寸方面更大或更小，且这样的厚度T可以是均一的或可以变化。路面结构还可以包括在基层26之下的额外的蓄水基底或地下蓄水(未示出)。
图2是描述基层26，例如图1的基层26的多孔实施方案的放大的视图。基层26包括处于固化状态的弹性体组合物34和集料30。通常，固化的弹性体34本身基本上至完全不含气泡和/或空穴。基层26限定了多个空穴空间32。应当理解的是，集料30可以完全或部分被弹性体组合物34包封。通常，当基层26为多孔构形时，在基层26或其空穴空间32中存在少量细粒材料至没有细粒材料。
图3是描述基层26的无孔实施方案的放大视图。如所描述的那样，空穴空间32相对于图2中所述的基层26而言在数量和尺寸方面更小。这样的基层26从多孔至无孔状态的过渡可以由弹性体组合物34的量(相对于集料30的量)的增加而发生，由在安置期间压紧程度的增加而发生，和/或由集料30的不同尺寸分布(其中较小的集料30或甚至细粒材料(未示出)填充在许多，即使不是全部，空穴空间32中)而发生。在其它实施方案中(未示出)，基层26可以不具有空穴空间32。
下述阐述本发明体系、弹性体组合物和复合材料的实施例的目的是阐述性的，而非限制本发明。
实施例
制备了所述体系的树脂和异氰酸酯组分的实施例。也制备了所述弹性体组合物的实施例。所述树脂和异氰酸酯组分通过将其相应组分在容器中混合而形成。所述容器为能经受搅拌且具有耐化学反应性的容器。使用混合机在1000-3500rpm下将所述树脂和异氰酸酯组分的各组分混合1-3分钟。以类似方式混合树脂和异氰酸酯组分以形成所述弹性体组合物。
用于形成树脂和异氰酸酯组分的各组分的用量和类型如下表I和II所示，其中以重量份(pbw)表示的所有数值基于100重量份的相应树脂或异氰酸酯组分，除非另有说明。符号“-”表示相应树脂或异氰酸酯组分不存在该组分。
表I
| 树脂组分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 疏水性多元醇1 | 73.00 | - | - |
| 疏水性多元醇2 | 20.00 | - | - |
| 疏水性多元醇3 | - | 69.50 | - |
| 疏水性多元醇4 | - | 15.23 | - |
| 疏水性多元醇5 | - | 3.81 | - |
| 疏水性多元醇6 | - | - | 50.00 |
| 辅助多元醇 | - | - | 49.45 |
| 扩链剂 | - | - | - |
| 分子筛1 | 6.95 | 6.62 | - |
| 分子筛2 | - | - | 0.50 |
| 氨基硅烷 | - | - | - |
| 防沫剂1 | 0.05 | - | - |
| 防沫剂2 | - | 0.05 | 0.05 |
| 热解法二氧化硅 | - | 4.79 | - |
| 树脂总量 | 100 | 100 | 100 |
| 异氰酸酯组分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 异氰酸酯预聚物 | - | - | - |
| 聚合物型异氰酸酯 | 100.00 | 100.00 | 100.00 |
| 异氰酸酯总量 | 100.00 | 100.00 | 100.00 |
| 弹性体组合物 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 树脂/异氰酸酯重量比 | 2.000 | 2.000 | 1.222 |
| 异氰酸酯指数 | 118 | 138 | 124 |
表II
| 树脂组分 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 |
| 疏水性多元醇1 | - | - | - |
| 疏水性多元醇2 | - | - | - |
| 疏水性多元醇3 | - | - | - |
| 疏水性多元醇4 | 16.40 | - | - |
| 疏水性多元醇5 | 4.10 | - | - |
| 疏水性多元醇6 | 78.45 | 91.95 | 92.45 |
| 辅助多元醇 | - | - | - |
| 扩链剂 | - | 7.00 | 7.00 |
| 分子筛1 | - | - | - |
| 分子筛2 | 0.50 | 0.50 | 0.50 |
| 氨基硅烷 | 0.50 | 0.50 | - |
| 防沫剂1 | - | - | - |
| 防沫剂2 | 0.05 | 0.05 | 0.05 |
| 热解法二氧化硅 | - | - | - |
| 树脂总量 | 100.00 | 100.00 | 100.00 |
| 异氰酸酯组分 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 |
| 异氰酸酯预聚物 | - | 60.00 | 60.00 |
| 聚合物型异氰酸酯 | 100.00 | 40.00 | 40.00 |
| 异氰酸酯总量 | 100.00 | 100.00 | 100.00 |
| 弹性体组合物 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 |
| 树脂/异氰酸酯重量比 | 1.916 | 1.400 | 1.404 |
| 异氰酸酯指数 | 136 | 121 | 121 |
疏水性多元醇1为商购自CognisCorporation的聚醚/聚酯多元醇，其羟基值为160-185mgKOH/g且官能度为约3.5。
疏水性多元醇2为商购自CognisCorporation的稍微支化聚醚/聚酯多元醇，其羟基值为210-245mgKOH/g且官能度为约2.1。
疏水性多元醇3为商购自CognisCorporation的支化聚醚/聚酯多元醇，其羟基值为160-185mgKOH/g且官能度为约3.5。
疏水性多元醇4为商购自CognisCorporation的稍微支化的脂族二元醇，其羟基值为117-130mgKOH/g且官能度为约2.2。
疏水性多元醇5为商购自CognisCorporation的支化聚醚/聚酯多元醇，其羟基值为300-330mgKOH/g且官能度为约3.0。
疏水性多元醇6为商购自EagleSpecialtyProducts，Inc.的蓖麻油。
辅助多元醇为商购自BASFCorporation的通过将氧化丙烯加成至甘油引发剂上而形成的三官能多元醇，其羟基值为388-408mgKOH/g。
扩链剂为DPG。
分子筛1为商购自JACAABL.L.C.，St.Louis，MO的BaylithPaste。
分子筛2为分子筛3A。
氨基硅烷为商购自MomentivePerformanceProducts的SILQUESTA-1100。
防沫剂1为商购自DowCorning的防沫剂MSA。
防沫剂2为商购自DowCorning的防沫剂A。
热解法二氧化硅为商购自EvonikDegussa的AEROSILR-972。
异氰酸酯预聚物为商购自BASFCorporation且基于纯4，4′-MDI的液态改性短链预聚物，其NCO含量为22.9重量％。
聚合物型异氰酸酯为商购自BASFCorporation的PMDI，其官能度为约2.7且NCO含量为31.5重量％。
实施例1-4为对比实施例，实施例5和6为本发明实施例。实施例2具有差的再现性。实施例3对水敏感，从而导致由其形成的复合材料失效。实施例4、5和6具有优异的疏水性和强度性能。
为了评价所述复合材料的物理性能，进行各种测试。抗碎强度(或耐压强度)根据ASTMD1621测定。弯曲强度根据ASTMD790测定。弯曲模量根据ASTMD790测定。孔隙率(或孔隙体积)根据Montes，F.，Valavala，S.和Haselbach，L.“ANewTestMethodforPorosityMeasurementsofPortlandCementPerviousConcrete”，J.ASTMInt.2(1)，2005和Crouch，L.K.，Cates，M.，Dotson，V.James，Jr.，Honeycutt，KeithB.和Badoe，D.A.“MeasuringtheEffectiveAirVoidContentofPortlandCementPerviousPavements”，ASTMJournalofCement，Concrete，andAggregates，25(1)，2003中所述的方法测定。渗透性根据Montes，F.，Haselbach，L.“MeasuringHydraulicConductivityinPerviousConcrete”，Env.Eng.Sci.23(6)，2006和Schaefer，V.，Wang，K.，Suleimman，M.和Kevern，J.“MixDesignDevelopmentforPerviousConcreteinColdWeatherClimates”，FinalReport，CivilEngineering，IowaStateUniversity，2006中所述的方法测定。
实施例1-5的弹性体组合物的物理测试结果如下表III所示。符号“-”表示未测试或者未获得该结果。
表III
| 弹性体组合物 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 拉伸强度，psi | 3,190 | - | 7,517 | 871 | 2,324 |
| 伸长率，％ | 20 | - | 6 | 92 | 99 |
| Grave撕裂强度，ppi | 188 | - | 405 | 64 | 365 |
| 肖氏硬度计硬度 | 70(D) | - | 68(D) | 74(A) | 54(D) |
| Tg，℃ | - | - | 70 | 24 | 41 |
实施例6的弹性体组合物以及包含该弹性体组合物和集料的复合材料的物理测试结果如下表IV所示。为了形成所述复合材料，将4.2重量％弹性体组合物与95.8重量％集料混合，其中在下文实施例6中所述集料为平均直径约1/4英寸的100％玻璃。玻璃商购自GlassPlusInc.，Tomahawk，WI。所述玻璃为甲硅烷基化的。为了使玻璃甲硅烷基化，将玻璃与包含0.3重量％SILQUESTA-1120(商购自MomentivePerformanceProducts)的水溶液翻滚。为了对玻璃进行表面处理，使5份水溶液与100份玻璃翻滚约5分钟。然后排干该水溶液，并使玻璃干燥。将现已表面处理的(或“甲硅烷基化的”)玻璃用于形成复合材料。换言之，所述玻璃现在包含一种或多种由有机官能烷氧基硅烷，即SILQUESTA-1120与玻璃反应而赋予的官能团。所述官能团(如胺基)能与所述弹性体组合物的异氰酸酯官能团反应。所述异氰酸酯官能团可为在形成弹性体组合物的反应之后的游离异氰酸酯官能团(例如在过量转化的情况下)，或者为由所述弹性体组合物自身的一种或多种组分如异氰酸酯预聚物所赋予的异氰酸酯官能团，从而使得所述玻璃的官能团变成形成所述弹性体组合物的反应的一部分。下文实施例6*复合材料的结果使用表面处理的玻璃作为集料。
表IV
| 弹性体组合物 | 实施例6 |
| 拉伸强度，psi | 2,685 |
| 伸长率，％ | 100 |
| Grave撕裂强度，ppi | 426 |
| 肖氏硬度计硬度，D | 56 |
| 剥离强度，ppi | 75 |
| Tg，℃ | 44 |
| 复合材料 | 实施例6* |
| 抗碎强度，psi | 1,550 |
| 弯曲强度，psi | 711 |
| 弯曲模量，psi | 84,633 |
| 孔隙率，％ | 37.6 |
| 渗透性，英寸/小时 | 1,650 |
使用未处理和表面处理的玻璃制备了复合材料并进行测试。在下表V中，实施例6复合材料包含未处理玻璃，且实施例6*复合材料使用如上文所描述和阐述的表面处理的玻璃。还在将所述复合材料在水中沸腾140分钟后，测试了这两个实施例的抗碎强度。物理测试结果如下表V所示。符号“-”表示未测试或未获得该结果。
表V
参照上表V，可知晓对用于形成本发明复合材料的玻璃进行表面处理可对物理性能具有极大影响，可导致抗碎强度大大提高(和在延长的温度暴露下的提高的弹性)和弯曲强度大大提高。其他测试也证实了该结果。通过用氨基硅烷溶液预处理玻璃而使耐压强度大大提高(约40％)。在高湿度条件下的热循环显示在-10℃至25℃之间循环75次之后几乎不损失或完全不损失耐压强度。
此外，还制备了实施例6*并对其进行测试以测定其物理性能。这些物理性能和相应测试方法示于下表VI中。
表VI
| 性能 | 数值 | 测试方法 |
| 密度(磅/英尺3) | 66 | ASTM D-1622 |
| 硬度(即时，肖氏“D”) | 56 | ASTM D-2240 |
| 硬度(保荷，肖氏“D”) | 45 | ASTM D-2240 |
| 拉伸强度(psi) | 2500 | ASTM D-412 |
| 伸长率(断裂伸长率％) | 50 | ASTM D-412 |
| 撕裂强度(pli) | 600 | ASTM D-624 |
如固化的弹性体组合物的动态力学分析(DMA)所示，实施例6和6*的弹性体组合物赋予所述复合材料在宽温度范围内的恒定物理性能。
据信所述复合材料也可用于降低城市热岛效应。因此，此外还使用下表VII对实施例E1-E6所示的不同类型的着色剂配制了与实施例6和6*类似的复合材料并进行测试。
表VII
| 路面 | SRI |
| E1，“宝石蓝” | 49 |
| E2，“黄玉褐” | 51 |
| E3，“Sedona红” | 53 |
| E4，“琥珀褐” | 61 |
| E5，“翡翠绿” | 62 |
| E6，未着色 | 69 |
| 新沥青 | 0 |
| 旧沥青 | 6 |
| 新混凝土 | 38-52 |
| 旧混凝土 | 19-32 |
如上表VII所示，当形成路面(E1-E5)时，所有5个复合材料颜色方案如未着色实施例(E6)那样，均具有基本上高于29的太阳能反射指数(SRI)。表VII还包括由沥青和混凝土形成的常规路面的SRI数据。正如所示的那样，所述复合材料的未着色和着色实施方案均具有优异的SRI数值。SRI评价根据ASTME1980进行。
实施了另一本发明实施例—实施例7，其具有与实施例6相同的化学组成。然而，实施例7是逐步形成的，其包括形成中间体预聚物的步骤；而实施例6以间歇方式形成，其不包括形成中间体预聚物的步骤。为了形成实施例7，首先通过使一部分树脂组合物(全部或部分疏水性多元醇6；全部或部分疏水性多元醇6和扩链剂(各自))与异氰酸酯组分反应以形成中间体预聚物而制备准预聚物。然后，使所述中间体预聚物与剩余树脂组合物反应以形成弹性体组合物。实施例7相对于实施例6具有许多优点。例如，所述中间体预聚物与剩余树脂组分更相容(相对于实施例6的异氰酸酯和树脂组分)，从而改善混合。
此外，与异氰酸酯组分相比，所述中间体预聚物具有更好的低温性能，这使得其对用于各种场所而言更为耐用。例如，由于异氰酸酯与树脂组分之间的反应(即全部一次反应)相比，所述中间体预聚物与树脂组合物的反应通常具有更低的放热，据信由所述中间体预聚物形成的弹性体组合物与不使用该中间体预聚物的弹性体组合物相比通常具有更低的热收缩率。此外，由于通过使用所述中间体预聚物改善了混合性能，据信使用该中间体预聚物应使得在更低的温度下相对于没有使用中间体预聚物的弹性体组合物反应得到改善。
还制备了其他本发明实施例以进一步阐述本发明中间体预聚物的性能。一个实施例—实施例8包含树脂组分，其包含53.99pbw疏水性多元醇6、4.09pbw扩链剂、0.029pbw分子筛2和0.03pbw防沫剂2。实施例8进一步包含异氰酸酯组分，其包含24.96pbw异氰酸酯预聚物和16.64pbw聚合物型异氰酸酯。上述各pbw均基于100重量份总弹性体组合物(基于反应前，即将所述树脂与异氰酸酯组分混合以形成实施例8之前)。为了形成弹性体组合物，即实施例8，将所述树脂和异氰酸酯组分混合以形成反应混合物。使所述反应混合物反应20分钟。在该20分钟后，用所述反应混合物涂覆集料如玻璃，从而形成复合材料。所述复合材料包含约4.2重量％弹性体组合物和约95.8重量％集料。在涂覆集料之后，立即将所述复合材料引入水中(例如通过倾倒)，从而使得所述复合材料浸没并同时固化成最终状态。所述复合材料极好地固化成最终固化状态且几乎不具有或不具有与水反应的迹象(基于视觉观察)。在上述20分钟后，所述反应混合物具有约22.7％的游离NCO含量。基于该游离NCO含量，可确定几乎不或不与水发生反应的反应时间点。因此，制备了具有相同游离NCO含量的中间体预聚物。所述反应时间点可基于所用材料而改变，然而，基于在引入水中之前的分配时间间隔，合适游离NCO含量的测定方法以相同方式进行。
制备了本发明实施例9和10，二者均为中间体预聚物。实施例9制备如下：在搅拌下，将362.48g聚合物型异氰酸酯和543.72g异氰酸酯预聚物装入2L玻璃烧瓶中以形成异氰酸酯组分。将所述异氰酸酯组分加热至60℃，并逐步添加93.8g疏水性多元醇6，同时保持温度低于80℃。在疏水性多元醇6添加结束之后，将反应混合物加热至80℃达1小时。然后将所述反应混合物，即中间体预聚物冷却至室温。
实施例10制备如下：在搅拌下，将365.70g聚合物型异氰酸酯和548.55g异氰酸酯预聚物装入2L玻璃烧瓶中以形成异氰酸酯组分。将所述异氰酸酯加热至60℃，并逐步添加79.71g疏水性多元醇6和6.04g扩链剂，同时保持温度低于80℃。在疏水性多元醇6和扩链剂添加结束之后，将反应混合物加热至80℃达1小时。然后将所述反应混合物，即中间体预聚物冷却至室温。
为了评价所述弹性体组合物(无集料)的物理性能，在接近或达到最终固化状态时，进行各种测试。拉伸强度和伸长率根据ASTMD412或ASTMD638测定。Grave撕裂强度根据ASTMD624测定。肖氏D硬度计硬度根据ASTMD2240测定。剥离强度根据ASTMD6862测定。
应理解的是，所附权利要求不限于详细描述部分中所描述的措辞和具体化合物、组合物或方法，其可在落入所附权利要求范围内的具体实施方案间变化。就此处所述的用于描述各实施方案的具体特征或方面的任何马库什族而言，应理解的是可独立于所有其他马库什成员由相应马库什族的各成员获得不同的、特定的和/或预料不到的结果。马库什族的各成员可独立地或组合地存在且提供对所附权利要求范围内的具体实施方案的充分支持。
还应理解的是，用于描述本发明各实施方案的任何范围和子范围独立地且集合地落入所附权利要求的范围之内，且应理解为是描述且涵盖所有范围，包括其中所含的整数和/或分数值，即使此处并未明确写明该数值。本领域技术人员容易知晓所列范围和子范围足以描述本发明的各实施方案并使之可行，且这些范围和子范围可进一步划分成相关的一半、三分之一、四分之一、五分之一等。仅作为一个示例，范围“0.1-0.9”可进一步划分成较小的三分之一，即0.1-0.3，中间的三分之一，即0.4-0.6，和较大的三分之一，即0.7-0.9，其可独立和集合地落入所附权利要求的范围之内，且可独立地和/或集合地存在且提供对所附权利要求范围之内的具体实施方案的充分支持。此外，就定义或修饰范围的措辞如“至少”、“大于”、“小于”、“不超过”等而言，应理解为该措辞包括子范围和/或上限或下限。作为另一实例，范围“至少10”自然包括至少10至35的子范围、至少10至25的子范围、25-35的子范围等，且各范围可独立地和/或集合地存在且提供对所附权利要求范围之内的具体实施方案的充分支持。最后，可存在处于所公开范围内的单独数值并提供对所附权利要求范围之内的具体实施方案的充分支持。例如，范围“1-9”包括各单独整数如3，以及包含小数点的各数值(或分数)如4.1，其可存在且提供对所附权利要求范围之内的具体实施方案的充分支持。
此处以阐述性方式描述了本发明，应理解的是所用术语的目的就该措辞本性而言是描述性的，而非限制性的。可参照上述教导对本发明进行许多改变和变化。本发明可以以不同于所附权利要求范围之内具体描述的方式实施。
Claims (24)
1.一种复合路面结构，其包含：
基层；和
置于所述基层之上的磨耗层，
所述基层包含集料和弹性体组合物，所述弹性体组合物包含异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性组分的反应产物，
所述异氰酸酯组分包含：
聚合物型异氰酸酯，或
聚合物型异氰酸酯和异氰酸酯预聚物，和
所述异氰酸酯反应性组分包含：
疏水性多元醇，和
扩链剂，其具有至少两个羟基和62-220的分子量。
2.如权利要求1所述的复合路面结构，其中所述基层的所述集料通过所述弹性体组合物而粘结。
3.如权利要求2所述的复合路面结构，其中所述基层为多孔的。
4.如权利要求2所述的复合路面结构，其中所述基层为无孔的。
5.如权利要求1所述的复合路面结构，其中所述基层的所述集料包含岩石。
6.如权利要求5所述的复合路面结构，其中所述集料具有1－100mm的平均直径。
7.如权利要求1所述的复合路面结构，其中所述磨耗层包含与所述基层的集料相同或不同的集料。
8.如权利要求1所述的复合路面结构，其中所述磨耗层包含沥青。
9.如权利要求1所述的复合路面结构，其中所述磨耗层包含混凝土。
10.如权利要求1所述的复合路面结构，其中所述异氰酸酯组分包含所述聚合物型异氰酸酯和所述异氰酸酯预聚物，且所述异氰酸酯预聚物以基于100重量份所述异氰酸酯组分计为25-75重量份的量存在于该异氰酸酯组分中。
11.如权利要求10所述的复合路面结构，其中所述扩链剂以基于100重量份所述异氰酸酯反应性组分计为5-10重量份的量存在于该异氰酸酯反应性组分中。
12.如权利要求1所述的复合路面结构，其中所述疏水性多元醇包含天然油多元醇。
13.如权利要求12所述的复合路面结构，其中所述天然油多元醇为蓖麻油。
14.如权利要求1所述的复合路面结构，其中所述扩链剂包含亚烷基二醇。
15.如权利要求14所述的复合路面结构，其中所述亚烷基二醇为二丙二醇。
16.如权利要求1所述的复合路面结构，其中所述异氰酸酯预聚物包含二苯基甲烷二异氰酸酯与多元醇的反应产物，具有22.9重量％的NCO含量和2-3的平均NCO官能度。
17.如权利要求1所述的复合路面结构，其中所述聚合物型异氰酸酯包含聚合物型二苯基甲烷二异氰酸酯，具有31.5重量％的NCO含量和2-3的平均NCO官能度。
18.如权利要求1所述的复合路面结构，其中所述疏水性多元醇以基于100重量份所述异氰酸酯反应性组分计为80-99重量份的量存在于所述异氰酸酯反应性组分中。
19.如权利要求1所述的复合路面结构，其中所述弹性体组合物以基于100重量份所述基层计为1－10重量份的量存在于所述基层中。
20.一种用复合路面结构铺砌限定孔穴的区域的方法，其中所述复合路面结构如权利要求1所定义，所述方法包括如下步骤：
用基层的弹性体组合物涂覆集料以形成复合材料；
将所述复合材料置于所述孔穴中以在所述区域内形成基层；和
将磨耗组合物施加在基层上以在该区域内形成磨耗层。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述涂覆步骤进一步限定为用弹性体组合物喷涂所述集料。
22.如权利要求20所述的方法，其中所述涂覆步骤进一步限定为在装置中用所述弹性体组合物翻滚涂覆所述集料。
23.如权利要求20所述的方法，其中所述磨耗层是沥青组合物和/或混凝土组合物。
24.如权利要求20所述的方法，其中所述方法进一步包括压实所述复合材料以降低基层的孔隙率。
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