CN103289425A - 基于相变储热微胶囊的路面温度调节铺面材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于相变储热微胶囊技术的路面温度调节铺面材料的制备方法，制备A部分，制备B部分，将A部分与B部分的质量比为2.0:1-8:1比例混合均匀，即得基于相变储热微胶囊技术的路面温度调节铺面材料。制备的双组份环氧沥青路面温度调节铺面材料，固化速度快速可控，本身具有优异的高低温性能，同时也将微胶囊内的相变储热材料牢固的包覆起来，实现了沥青路面对环境温度的自适应。本发明极大的改善了沥青路面的高低温稳定性和疲劳性能，有效的延长了路面的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种路面温度调节材料的制备方法，具体地说是一种用微胶囊密封相变储热物质后加入环氧沥青材料中基于相变储热微胶囊的路面温度调节铺面材料的制备方法。
背景技术
沥青通常用作铺路和防水材料，本质上属于一种热塑性的物质。这种特性表现在用沥青铺设的路面，在夏天高温季节，重载荷作用下路面易出现车辙，在冬天寒冷季节，易出现温缩裂缝。随着极端气候的频繁出现和公路交通量的激增，对铺装材料的温度稳定性提出了更高的要求。因此，目前大多数高等级铺面普遍采用改性沥青。
沥青改性的方法较多，总的来看，国内外多是用聚合物改性沥青的。聚合物改性沥青主要有两种，一种是热塑性的沥青，它们能很大程度上改善沥青的高低温性能；另一种是热固性的环氧树脂改性沥青，它们从根本上改变了沥青的热塑性使得沥青的高低温性能有了质的飞跃。但是，这两种途径都受到成本制约，且无法在已建成路面上使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于相变储热微胶囊的路面温度调节铺面材料的制备方法，本发明采用了微胶囊技术将相变温度较低的材料，密封后添加到沥青材料中，配合相变温度较高的材料，加入到快速固化的双组份环氧沥青中形成环氧沥青温度调节材料中，得到的材料喷洒在现有沥青铺面表面。该环氧沥青层迅速固化后牢固的粘附在原有沥青铺面上作为温度调节层使用，具有高强度、高延伸率、耐疲劳性能优异、能有效降低路面温度敏感性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于相变储热微胶囊技术的路面温度调节铺面材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1）制备A部分
将升温到90-140℃的脱水后的基质沥青加入反应器，加入沥青质量的2-20%的马来酰亚胺或其衍生物，待压力稳定后，通入N2，使总的压力保持在0.25-1MPa，反应3-6小时后，缓慢泄压至0.1MPa；而后逐渐降温到100-110℃加入预先升温至90-100℃预混合均匀的A组分的其它物料，最后再通过胶体磨高速分散机械分散，得到A组分，A部分的质量组成为：马来酰亚胺改性沥青40-84份、脂肪胺5-10份、聚酰胺15-35份、相容剂1-15份；
2）制备B部分
40℃-80℃下，将微胶囊通过搅拌均匀分散在环氧树脂中得到B组分；B部分的质量组成为：环氧树脂55-85份、内包相变储热材料的微胶囊15-45份；
3）将A部分与B部分的质量比为2.0:1-8:1比例混合均匀，即得基于相变储热微胶囊技术的路面温度调节铺面材料。
本发明中，所述的马来酰亚胺改性沥青是用马来酰亚胺及其衍生物与基质沥青反应制得。所述的基质沥青可以是石油沥青、氧化沥青、煤沥青或湖沥青。可以选取其中的一种或者几种的混合物。
所述的脂肪胺指含有3个以上活泼氢的脂肪胺，可以是多烯多胺、聚亚甲基二胺类，也可以是C5馏分对应的二胺和不饱和脂肪族二胺，还可以是含有芳香环的二胺。可以选取其中的一种或者几种的混合物。
所述的聚酰胺可以是低分子量聚酰胺树脂及其改性树脂，较好的是40℃粘度在3，000-80，000mPa.s之间，胺值在50mgKOH/g-500mgKOH/g之内的低分子量聚酰胺树脂，优选40℃粘度在5，000-50，000mPa.s之内，胺值在150mgKOH/g-300mgKOH/g之内的聚酰胺树脂，如京川9650、Versamid 140和富士化成2154、215X等。既可以选取其中的一种，也可以选取其中几种的混合物。
所述的相容剂可以是石油炼化中糠醛段的抽出油，过氧化氢异丙苯分解馏出的酚醛渣油，松油系橡胶油，煤焦油系橡胶油，也可以是石蜡基、环烷基或芳烃基等石油系橡胶油。较优的选择是石油炼化中的糠醛段抽出油和石油系橡胶油。既可以选取其中的一种，也可以选取其中几种的混合物。
所述微胶囊的制备方法不限，但同环氧树脂相容性良好，且耐热温度在80℃以上。微胶囊内含的相变储热材料是固-液或固-固相变温度-10℃-10℃和/或30℃-60℃之间的两种相变材料（或复合物），其中相变温在30℃-60℃相变储热材料是在之间的相变材料，可以是石蜡、脂肪酸、聚乙二醇、聚氧乙烯及其改性物如脂肪醇聚氧乙烯醚等；其中相变温在-10℃-10℃相变储热材料是在之间的相变材料，可以是乙二醇、甘油、低分子量聚乙二醇等。
通过调整A部分的各组分的比例可改变环氧沥青材料的性能以满足不同条件下的不同要求。
本发明将低温相变储热材料以微胶囊的形式封装后配合中温相变储热材料，分散在快速固化的双组份环氧沥青的环氧组分中，高速混合后，喷洒在现有沥青铺面表面。该环氧沥青层迅速固化后牢固的粘附在原有沥青铺面上作为温度调节层使用。
本发明首先将基质沥青进行功能化改性，如图1，图2所示，使其本身成为一种环氧树脂的固化剂；然后加入优选的胺类固化剂相变储热材料，得到环氧沥青A组分，在环氧树脂中加入压力敏感的包含相变储热材料的微胶囊得到环氧沥青B组分。这样制备的双组份环氧沥青，固化速度较快且可控、产物性能可调，本身具有优异的高低温性能，既可以满足作为铺面磨耗层使用，同时也将相变储热材料牢固的包覆与其中，实现了对环境温度的调节。
环氧沥青在固化反应后形成了一种三维立体的网络结构，这种三维立体的互穿网络结构为它的高强度、高弹性提供了理论依据。内含相变储热材料微胶囊的加入，使得该环氧沥青磨耗层作为储热层有效降低了下层沥青路面的温度敏感性，因此，从两个方面延长了沥青路面的使用寿命。
使用时，将升温到要求温度的A、B两部分按要求比例混合均匀，即得本发明的高性能热固性环氧沥青材料，可在一定时间内喷洒在路面或钢板上作为环氧沥青粘结层材料；若再按照一定的油石比（一般高性能热固性环氧沥青材料与石料的比为4.0:100-9.3:100，）拌入集料，即可在一定时间内铺装在路面上并压实。
本发明的路面温度调节铺面材料既有高的强度，又有好的柔韧性，还可以根据不同的要求提供相应的操作时间；还可随意调整满足不同性能要求，储存稳定性好，相应的环氧沥青混凝土耐疲劳性能优异，在铺装完成后能迅速开放交通，适用于高速公路及道桥等要求较高的场合，也可用于城市干道、公共汽车停靠站及机场道面。
本发明采用了微胶囊技术将相变温度较低的材料，如乙二醇、甘油等，密封后添加到沥青材料中，配合相变温度较高的材料，如石蜡、甘油、（聚）乙二醇、聚氧乙烯醚及其改性物等，加入到快速固化的双组份环氧沥青中形成环氧沥青温度调节材料，直接喷洒在路面上或加入适当集料作为路面的温度调节层使用。本方法极大的改善了沥青路面的高低温稳定性和疲劳性能，有效的延长了路面的使用寿命。
附图说明
图1是马来酰亚胺改性沥青的机理示意图。
图2是N-苯基马来酰亚胺改性沥青的机理示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进一步说明，但是实施例均不是对本发明的限制。
实施例1
将升温到100℃的石油沥青（产地：单家寺）57份（质量，下同）加入反应器，加入马来酰亚胺1.14份，升温到135℃，待压力稳定后，通入N2，使总的压力保持在0.25MPa，反应4小时后，缓慢泄压至0.1MPa。而后逐渐降温到110℃，加入三乙烯四胺24份，后程序升温到135℃反应2小时。然后加入预先升温至120℃的京川9650，16.2份、环烷基橡胶油5份，预混合30分钟；然后再通过胶体磨高速分散得到A部分，最后按2.0:1比例加入B部分环氧树脂（E-51，无锡树脂厂，其中微胶囊质量：环氧树脂质量=20:80且微胶囊芯材为1:1的乙二醇和聚乙二醇2000）混合均匀。此材料可以作为铺装的粘结层或普通沥青路面的温度自适应表层使用。
实施例2
将升温到120℃的石油沥青（产地：单家寺）57份（质量，下同）加入反应器，加入马来酰亚胺1.14份，升温到130℃，待压力稳定后，通入N2，使总的压力保持在0.25MPa，反应4小时后，缓慢泄压至0.1MPa。而后逐渐降温到110℃，加入二苯基二胺基辛二烯13.2份，后程序升温到130-135℃反应2小时。然后加入预先升温至90-140℃的京川9650，21.5份、酚醛渣油5份，预混合30分钟；然后再通过胶体磨高速分散得到A部分，最后按6.8:1比例加入B部分环氧树脂（E-44，无锡树脂厂，其中微胶囊质量：环氧树脂质量=20:80且微胶囊芯材为1:1的乙二醇和OP-10）混合均匀。此材料可以作为铺装的粘结层或普通沥青路面的温度自适应表层使用。
实施例3
将升温到90℃的石油沥青（产地：单家寺）57份（质量，下同）加入反应器，加入马来酰亚胺1.14份，升温到135℃，待压力稳定后，通入N2，使总的压力保持在0.25MPa，反应4小时后，缓慢泄压至0.1MPa。而后逐渐降温到110℃，加入Epikure-180，10.0份，后程序升温到135℃反应3小时。然后加入预先升温至90-140℃的京川9650，15.6份、环烷基橡胶油5份，预混合30分钟；然后再通过胶体磨高速分散得到A部分，最后按4.7:1比例加入B部分（乙烯-苯乙烯-甲基丙烯酸环氧丙酯1：1：1，分子量：2000，其中微胶囊质量：环氧树脂质量=20:80且微胶囊芯材为1:1的甘油和TX-10）混合均匀。此材料可以作为铺装的粘结层或普通沥青路面的温度自适应表层使用。
Claims (7)
1.一种基于相变储热微胶囊技术的路面温度调节铺面材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1）制备A部分
将升温到90-140℃的脱水后的基质沥青加入反应器，加入沥青质量的2-20%的马来酰亚胺或其衍生物，待压力稳定后，通入N2，使总的压力保持在0.25-1MPa，反应3-6小时后，缓慢泄压至0.1MPa；而后逐渐降温到100-110℃加入预先升温至90-100℃预混合均匀的A组分的其它物料，最后再通过胶体磨高速分散机械分散，得到A组分，A部分的质量组成为：马来酰亚胺改性沥青40-84份、脂肪胺5-10份、聚酰胺15-35份、相容剂1-15份；
2）制备B部分
40℃-80℃下，将微胶囊通过搅拌均匀分散在环氧树脂中得到B组分；B部分的质量组成为：环氧树脂55-85份、内包相变储热材料的微胶囊15-45份；
3）将A部分与B部分的质量比为2.0:1-8:1比例混合均匀，即得基于相变储热微胶囊技术的路面温度调节铺面材料。
2.根据权利要求1所述的基于相变储热微胶囊技术的路面温度调节铺面材料的制备方法，其特征在于：所述的基质沥青是石油沥青、氧化沥青、煤沥青或湖沥青。
3.根据权利要求1所述的基于相变储热微胶囊技术的路面温度调节铺面材料的制备方法，其特征在于：所述的脂肪胺指含有3个以上活泼氢的脂肪胺，是多烯多胺、聚亚甲基二胺类，或是C5馏分对应的二胺和不饱和脂肪族二胺，或是含有芳香环的二胺；或者是上述中的一种或者几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的基于相变储热微胶囊技术的路面温度调节铺面材料的制备方法，其特征在于：所述的聚酰胺是低分子量聚酰胺树脂及其改性树脂， 40℃粘度在3，000-80，000mPa.s之内，胺值在50mgKOH/g-500mgKOH/g之内的低分子量聚酰胺树脂中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的基于相变储热微胶囊技术的路面温度调节铺面材料的制备方法，其特征在于：所述的相容剂是石油炼化中糠醛段的抽出油，过氧化氢异丙苯分解馏出的酚醛渣油，松油系橡胶油，煤焦油系橡胶油，或石蜡基、环烷基或芳烃基石油系橡胶油中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的基于相变储热微胶囊技术的路面温度调节铺面材料的制备方法，其特征在于：所述的微胶囊内含的相变储热材料是固-液或固-固相变温度-10℃-10℃和/或30℃-60℃之间的两种相变材料，其中相变温在30℃-60℃相变储热材料是石蜡、脂肪酸、聚乙二醇、聚氧乙烯及其改性物如脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或几种的混合物；其中相变温在-10℃-10℃相变储热材料是乙二醇、甘油、低分子量聚乙二醇中的一种或几种的混合物。
7.根据权利要求1所述的基于相变储热微胶囊技术的路面温度调节铺面材料的制备方法，其特征在于：所述的微胶囊与环氧树脂具有相容性，且耐热温度在80℃以上。
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