CN106189298B - 一种乳化沥青改性剂及其制备方法 - Google Patents

一种乳化沥青改性剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种乳化沥青改性剂及其制备方法，属于道路建筑材料领域。本发明的技术方案要点为：一种乳化沥青改性剂，由以下重量百分配比的原料制备而成：聚氨酯A组分4%～20%，聚氨酯B组分5%～25%，引发剂0.15%～0.4%，扩链剂0.4%～4%，氮掺杂石墨烯0.02%～0.2%，中和剂0.3%～1.5%，稀释剂10%～20%，余量为去离子水。本发明还公开了该乳化沥青改性剂的制备方法。本发明利用氮掺杂石墨烯结构上的掺杂氮原子具有的反应活性，与聚氨酯A组分和聚氨酯B组分发生聚合反应生成具有水溶性的石墨烯/聚氨酯复合物，本发明提供的乳化沥青改性剂综合了石墨烯和聚氨酯的物理化学性能优势，将此材料应用于改性乳化沥青，能够显著增强乳化沥青的路用性能。

Description

一种乳化沥青改性剂及其制备方法
技术领域
本发明属于道路建筑材料技术领域，具体涉及一种乳化沥青改性剂及其制备方法。
背景技术
随着高速公路交通运输量的急剧增加，以及车辆重载、超载等现象日益严重，交通条件对沥青路面的使用要求不断提高。乳化沥青是一种常用的路面建设和养护材料，具有节省能源、环保安全、用途广泛和使用方便等优点，然而其路用性能仍然受到破乳后沥青材料的限制，即存在沥青的感温性和力学性能需要改进的技术问题。由于普通乳化沥青很难满足现代道路建设的发展需求，对乳化沥青进行改性也就成为了沥青材料研究发展的必然趋势。
聚氨酯是一种重要的高聚物，它以优良的性能、多种产品形态、简便的成型工艺而广泛应用于各行各业。出于环保要求以及使用工艺特点，水性聚氨酯近年来得到了广泛的应用和发展。水性聚氨酯以水为基本介质，不仅基本具备了传统聚氨酯材料的性能，而且具有环境友好和操作加工方便等优点。
石墨烯是由sp2杂化的碳原子构成的二维层状碳单质，具有奇妙的特性和优异的性能，迅速成为物理、化学、材料、能源、生命科学和信息技术等领域的前沿研究热点。利用石墨烯制备石墨烯/聚合物复合材料是石墨烯最具前景的应用之一，仅需添加少量的石墨烯，即可显著提高聚合物材料的力学、热学等性能。为了提高石墨烯的电子性能和化学活性，一些对石墨烯进行掺杂修饰的产物也逐渐得到研究应用。氮掺杂石墨烯就是掺杂氮原子存在于石墨烯晶格结构中的一种材料，掺杂氮原子具有一定的化学性质，因此氮掺杂石墨烯既保留了石墨烯的力学性能，又具有反应所需的化学活性，有望在诸多领域中得到应用。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种乳化沥青改性剂及其制备方法，该乳化沥青改性剂有效提高了乳化沥青的路用性能，本发明利用氮掺杂石墨烯结构上的掺杂氮原子具有的反应活性，在合适的工艺条件下，与聚氨酯A组分和聚氨酯B组分发生聚合反应生成具有水溶性的石墨烯/聚氨酯复合物，本发明提供的乳化沥青改性剂综合了石墨烯和聚氨酯的物理化学性能优势，将此材料应用于改性乳化沥青，能够显著增强乳化沥青的路用性能。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种乳化沥青改性剂，其特征在于由以下重量百分配比的原料制备而成：
聚氨酯A组分 4%～20%，
聚氨酯B组分 5%～25%，
引发剂 0.15%～0.4%，
扩链剂 0.4%～4%，
氮掺杂石墨烯 0.02%～0.2%，
中和剂 0.3%～1.5%，
稀释剂 10%～20%，
余量为去离子水；
其中聚氨酯A组分为甲苯二异氰酸甲酯、二苯甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4 ,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯或二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种，
聚氨酯B组分为聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇、聚己二酸乙二醇、氨丙基三乙氧基硅烷或丙二醇嵌段聚醚中的一种或多种，
引发剂为偶氮二异丁腈或二月桂酸二丁基锡，
扩链剂为乙二胺、甲基二乙醇胺、二乙烯三胺、4 ,4 '-二氨基-3 ,3 '-二氯二苯甲烷、氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷、乙二胺基乙磺酸、二羟甲基丙酸、二羟基半酯或二氨基甲酸中的一种或多种，
中和剂为甲酸、乙酸、乙二酸、盐酸、氨水、三甲胺、三乙基或三乙醇胺，
稀释剂为丙酮、丁酮、甲基乙基酮、二氧六环、N ,N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。
进一步优选，所述的乳化沥青改性剂由以下重量百分配比的原料制备而成：
聚氨酯A组分 6%～8%，
聚氨酯B组分 8%～14%，
引发剂 0.18%～0.4%，
扩链剂 1.5%～3.0%，
氮掺杂石墨烯 0.02%～0.2%，
中和剂 1.1%～1.4%，
稀释剂 12%～15%，
余量为去离子水。
进一步优选，所述的聚氨酯B组分的相对分子质量为1000～3000。
本发明所述的乳化沥青改性剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：
步骤（1）、按照上述重量百分配比分别称取原料，将称取的聚氨酯A组分、聚氨酯B组分、引发剂和稀释剂加入到反应容器中，搅拌混合均匀后升温至70～90℃进行预聚反应，保持1～2h；
步骤（2）、向步骤（1）得到的混合液体中加入氮掺杂石墨烯，然后升温至100～120℃进行聚合反应，保持1～3h；
步骤（3）、将步骤（2）得到的混合溶液降温至60～80℃，加入扩链剂，搅拌3～5h，然后降至室温，继续加入中和剂，搅拌0.5h使得石墨烯/聚氨酯复合物具有亲水性；
步骤（4）、在搅拌的条件下向步骤（3）得到的混合溶液中加入去离子水，然后继续搅拌直至形成均匀乳液，随后旋蒸出稀释剂，最终制得乳化沥青改性剂。
进一步优选，所述的乳化沥青改性剂的制备方法，其特征在于：制备适用于阳离子乳化沥青的乳化剂，其中扩链剂为乙二胺、甲基二乙醇胺、二乙烯三胺、4 ,4 '-二氨基-3 ,3 '-二氯二苯甲烷或氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷中的一种或多种，中和剂为甲酸、乙酸、乙二酸或盐酸。
进一步优选，所述的乳化沥青改性剂的制备方法，其特征在于：制备适用于阴离子乳化沥青的乳化剂，其中扩链剂为乙二胺基乙磺酸、二羟甲基丙酸、二羟基半酯或二氨基甲酸中的一种或多种，中和剂为氨水、三甲胺、三乙基或三乙醇胺。
本发明的技术优势在于：本发明提供的产品乳化沥青改性剂兼具石墨烯和聚氨酯的材料性能优势，是一种石墨烯材料与聚氨酯材料化学复合的产物，而不是简单的物理共混方式所得，因此该产物结构更加稳定，对沥青的协同改性作用更加突出，并且本发明产品具备亲水特性，十分适用于乳化沥青材料的改性工艺。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
按照如下原料和步骤制备乳化沥青改性剂，其原料重量百分比如表1。
表1 乳化沥青改性剂原料组分表
制备方法如下：
（1）将六亚甲基二异氰酸酯、聚四氢呋喃二醇、二月桂酸二丁基锡和丙酮加入到反应容器中，搅拌混合均匀后升温至70℃进行预聚反应，保持1h；（2）向步骤（1）得到的混合溶液加入氮掺杂石墨烯，然后升温至120℃进行聚合反应，保持1h；（3）降温至60℃，加入二羟基半酯，搅拌3h，然后降至室温，继续加入三甲胺，搅拌0.5h使得石墨烯/聚氨酯复合物具有亲水性；（4）边搅拌边加入去离子水，然后继续搅拌直至均匀乳液生成，随后旋蒸出丙酮，最终制得阴离子乳化沥青改性剂。
将制得的阴离子乳化沥青改性剂45g，直接加入1500g固含量为60%的阴离子乳化沥青，测试改性乳化沥青的路用性能指标，测试结果见表3。
实施例2
按照如下原料和步骤制备乳化沥青改性剂，其原料重量百分比如表2。
表2 乳化沥青改性剂原料组分表
制备方法如下：
（1）将异佛尔酮二异氰酸酯、聚氧化丙烯二醇、偶氮二异丁腈和二氧六环加入到反应容器中，搅拌混合均匀后升温至90℃进行预聚反应，保持2h；（2）向步骤（1）得到的混合溶液加入氮掺杂石墨烯，然后升温至100℃进行聚合反应，保持3h；（3）降温至80℃，加入4 ,4'-二氨基-3 ,3 '-二氯二苯甲烷，搅拌5h，然后降至室温，继续加入乙酸，搅拌0.5h，使得石墨烯/聚氨酯复合物具有亲水性；（4）边搅拌边加入去离子水，然后继续搅拌直至均匀乳液生成，随后旋蒸出二氧六环，最终制得阳离子乳化沥青改性剂。
将制得的阳离子乳化沥青改性剂45g，直接加入1500g固含量为60%的阳离子乳化沥青，测试改性乳化沥青的路用性能指标，测试结果见表3。
表3 改性乳化沥青性能测试结果
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims (3)

1.一种乳化沥青改性剂的制备方法，其特征在于：利用氮掺杂石墨烯结构上的掺杂氮原子具有的反应活性，在合适的工艺条件下，与聚氨酯A组分和聚氨酯B组分发生聚合反应生成具有水溶性的石墨烯/聚氨酯复合物，使得所述乳化沥青改性剂综合了石墨烯和聚氨酯的物理化学性能优势，能够显著增强乳化沥青的路用性能；
所述乳化沥青改性剂由以下重量百分配比的原料制备而成：
聚氨酯A组分4%～20%，
聚氨酯B组分5%～25%，
引发剂0.15%～0.4%，
扩链剂0.4%～4%，
氮掺杂石墨烯0.02%～0.2%，
中和剂0.3%～1.5%，
稀释剂10%～20%，
余量为去离子水；
其中聚氨酯A组分为二苯甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种，
聚氨酯B组分为聚乙二醇、聚丙二醇、聚己二酸乙二醇、氨丙基三乙氧基硅烷或丙二醇嵌段聚醚中的一种或多种，
引发剂为偶氮二异丁腈或二月桂酸二丁基锡，
扩链剂为乙二胺、甲基二乙醇胺、二乙烯三胺、4 ,4 '-二氨基-3 ,3 '-二氯二苯甲烷、氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷、乙二胺基乙磺酸、二羟甲基丙酸、二羟基半酯中的一种或多种，
中和剂为甲酸、乙酸、乙二酸、盐酸、氨水、三甲胺、三乙醇胺，
稀释剂为丙酮、丁酮、甲基乙基酮、二氧六环、N ,N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮；
所述乳化沥青改性剂的制备方法的具体步骤为：
步骤（1）、按照上述重量百分配比分别称取原料，将称取的聚氨酯A组分、聚氨酯B组分、引发剂和稀释剂加入到反应容器中，搅拌混合均匀后升温至70～90℃进行预聚反应，保持1～2h；
步骤（2）、向步骤（1）得到的混合液体中加入氮掺杂石墨烯，然后升温至100～120℃进行聚合反应，保持1～3h；
步骤（3）、将步骤（2）得到的混合溶液降温至60～80℃，加入扩链剂，搅拌3～5h，然后降至室温，继续加入中和剂，搅拌0 .5h使得石墨烯/聚氨酯复合物具有亲水性；
步骤（4）、在搅拌的条件下向步骤（3）得到的混合溶液中加入去离子水，然后继续搅拌直至形成均匀乳液，随后旋蒸出稀释剂，最终制得乳化沥青改性剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述乳化沥青改性剂由以下重量百分配比的原料制备而成：
聚氨酯A组分6%～8%，
聚氨酯B组分8%～14%，
引发剂0.18%～0.4%，
扩链剂1.5%～3.0%，
氮掺杂石墨烯0.02%～0.2%，
中和剂1.1%～1.4%，
稀释剂12%～15%，
余量为去离子水。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述的聚氨酯B组分的相对分子质量为1000～3000。
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