CN106751977A - 高耐热的沥青微裂纹自修复用微胶囊及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于道路修复领域，具体涉及一种高耐热的沥青微裂纹自修复用微胶囊及其制备方法，具体包括以下步骤：1)将插层后的蒙脱土、壁材材料、去离子水搅拌均匀得到蒙脱土溶液；2)将聚苯乙烯‑马来酸酐与去离子水加入碱性调节剂，添加壬基酚聚氧乙烯醚；3)加入沥青再生剂；4)在乳化后的沥青再生剂溶液中缓慢滴加步蒙脱土溶液；5)继续反应，结束制备；将上述微胶囊溶液过滤、干燥后，得到微胶囊粉末。上述微胶囊与沥青混合，在沥青老化过程中产生微裂纹使得微胶囊破裂，沥青再生剂释放对老化沥青进行自修复，从而大大延长沥青的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于道路修复领域，具体涉及一种高耐热的沥青微裂纹自修复用微胶囊及其制备方法。
背景技术
沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的复杂混合物，作为一类非常重要的聚合物工程材料和功能材料被广泛应用于众多领域中。沥青本身为自修复材料，其能对自身结构的破坏进行一定程度的修复，但老化后的沥青其自修复能力将大大减弱。在环境因素及重复荷载作用下，老化沥青内部会产生微裂纹，这些微裂纹或损伤如不能得到及时有效的修复，将引发沥青材料的宏观裂缝并导致结构性的脆性断裂。正是由于沥青这一老化特性，我国每年都会产生数以万吨计的“道路废弃沥青”，这些材料只能当作固体垃圾丢弃和填埋，再生利用率很低。这种粗放的处理方法，不仅占用土地，还污染大气、地下水和土壤，已成一个不可忽视的问题，严重威胁到人们的生产生活，危害公共健康。减缓沥青聚合物的老化进程延长其使用寿命，进而实现沥青循环利用或减少垃圾产生量是亟待解决的环境问题。再生剂的使用是实现老化沥青恢复自修复能力的最有效方法。但当再生剂在老化沥青道路表面使用时，仍存在极大的局限性：液体再生剂不能从老化沥青表面很好地扩散至其内部；再生剂在老化沥青道路表面使用时，沥青道路表面摩擦力将降低，车辆容易发生危险；同时由于道路的封闭，也增加了社会交通成本等。
目前，采用微胶囊包覆沥青再生剂应用于沥青中，可提供沥青的自修复能力。由于微胶囊璧材均为有机物，其耐温等级较低，往往无法满足沥青实际使用时的高温高剪切环境，很容易破碎。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术微胶囊包覆沥青再生剂耐热等级低，不能应用于高温高剪切环境的缺陷，而提供一种高耐热的沥青微裂纹自修复用微胶囊及其制备方法。
为实现本发明的目的，所采用的技术方案为：
一种高耐热的沥青微裂纹自修复用微胶囊制备方法，具体包括以下步骤：
1)将插层后的蒙脱土、壁材材料、去离子水按照1：10-30：90-120的比例在常温下按照200-400转/分钟的速度搅拌均匀得到蒙脱土溶液；
2)将聚苯乙烯-马来酸酐与去离子水按照0.5-5：100比例混合，按照400-600转/分钟的速度搅拌5小时，然后加入碱性调节剂，调节pH值为10-11；继续搅拌2-4小时；在上述溶液中添加壬基酚聚氧乙烯醚0.01份；
3)在步骤2)得到的聚苯乙烯-马来酸酐溶液中加入沥青再生剂，其比例为1：1-3，以2500-3500转/分钟的速度搅拌乳化15-25分钟；
4)在步骤3得到的乳化后的沥青再生剂溶液中缓慢滴加步骤1)得到的蒙脱土溶液，乳化沥青再生剂溶液与蒙脱土溶液的质量比例为1-3：3-1，滴加速度为0.2-1ml/分钟，搅拌速度400-600转/分钟；滴加完成三分之一质量后，以2℃/分钟的速度缓慢升高温度，升温至45-55℃，升温的同时缓慢滴加其余的三分之二蒙脱土溶液；当温度升至目标温度后，以0.1毫升/分钟的速度滴加有机酸调节pH值为10；同时以2℃/分钟的速度缓慢升高温度至80-100℃；
5)继续反应1-2小时后，停止加热；温度自然将至室温，搅拌速度保持250-350转/分钟继续反应4-5小时，结束制备；将上述微胶囊溶液过滤、干燥后，得到微胶囊粉末。
所述的壁材材料为：蜜胺树脂、甲基改性蜜胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂中的一种。
所述的壁材材料为聚合度100-500的甲基化蜜胺树脂。
所述的插层后的蒙脱土采用下述方式制备：把钠基蒙脱土加入去离子水中，其质量比例为2-10：100，高速搅拌形成悬浊液，加入插层剂，插层剂与蒙脱土的质量比为1：10-20，使蒙脱土沉淀析出转变为插层后的蒙脱土，经过固液分离、洗涤后，真空干燥备用。
所述的插层剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基氯化铵、溴化十六烷基吡啶中的一种。
本发明还包括一种所述的制备方法制备的高耐热的沥青微裂纹自修复用微胶囊；所述的微胶囊的热分解温度可达250-300℃之间，单一微胶囊的破裂强度可达3.0-3.5MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种高耐热的沥青微裂纹自修复用微胶囊制备及其方法，微胶囊璧材与插层纳米蒙脱土形成的复合材料，芯材为沥青再生剂；钠基蒙脱土通过插层剂实现有机化插层，形成纳米片层结构；制备过程中通过控制pH值，控制滴定速度及搅拌速度，可得到一种搞耐热等级的沥青微裂纹自修复用户微胶囊粉末。上述微胶囊与沥青混合，在沥青老化过程中产生微裂纹使得微胶囊破裂，沥青再生剂释放对老化沥青进行自修复，从而大大延长沥青的使用寿命。
附图说明
图1为本发明所制备的微胶囊的扫描电镜照片。
图2为本发明所制备的为胶囊加热至300摄氏度保持10分钟后，仍保持稳定性能的扫描电镜照片。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，结合实施例对本发明作出进一步的说明。
实施例1：制备插层的蒙脱土：把钠基蒙脱土加入去离子水中，其质量比例为2：100，高速搅拌形成悬浊液，加入插层剂十六烷基三甲基溴化铵，插层剂与蒙脱土的质量比为1：10，使蒙脱土沉淀析出转变为插层后的蒙脱土，经过固液分离、洗涤后，真空干燥备用。
实施例2：
把钠基蒙脱土加入去离子水中，其质量比例为5：100，高速搅拌形成悬浊液，加入插层剂十二烷基氯化铵，插层剂与蒙脱土的质量比为1：15，使蒙脱土沉淀析出转变为插层后的蒙脱土，经过固液分离、洗涤后，真空干燥备用。
实施例3：
把钠基蒙脱土加入去离子水中，其质量比例为10：100，高速搅拌形成悬浊液，加入插层剂十六烷基三甲基溴化铵，插层剂与蒙脱土的质量比为1：20，使蒙脱土沉淀析出转变为插层后的蒙脱土，经过固液分离、洗涤后，真空干燥备用。
实施例4：
1)将实施例1得到的蒙脱土、聚合度100-500的甲基化蜜胺树脂、去离子水按照1：10：90的比例在常温下按照200转/分钟的速度搅拌均匀得到蒙脱土溶液；
2)将聚苯乙烯-马来酸酐与去离子水按照质量比0.5：100比例混合，按照400转/分钟的速度搅拌5小时，然后加入碱性调节剂NaOH溶液(5.0wt.％)，调节pH值为10；继续搅拌2小时；在上述溶液中添加壬基酚聚氧乙烯醚0.01份；
3)在步骤2)得到的聚苯乙烯-马来酸酐溶液中加入沥青再生剂，其比例为1：1，以2500转/分钟的速度搅拌乳化15分钟；
4)在步骤3得到的乳化后的沥青再生剂溶液中缓慢滴加步骤1)得到的蒙脱土溶液，乳化沥青再生剂溶液与蒙脱土溶液的质量比例为1：3，滴加速度为0.2ml/分钟，搅拌速度4000转/分钟；滴加完成三分之一质量后，以2℃/分钟的速度缓慢升高温度，升温至45℃，升温的同时缓慢滴加其余的三分之二蒙脱土溶液；当温度升至目标温度后，以0.1毫升/分钟的速度滴加有机酸乙酸溶液(10.0wt.％)调节pH值为10；同时以2℃/分钟的速度缓慢升高温度至80℃；
5)继续反应1小时后，停止加热；温度自然将至室温，搅拌速度保持250转/分钟继续反应4-5小时，结束制备；将上述微胶囊溶液过滤、干燥后，得到微胶囊粉末。
所制备的微胶囊的热分解温度可达250℃,单一微胶囊的破裂强度可达3.0MPa.
实施例5：
1)将实施例2得到的插层后的蒙脱土、壁材材料聚甲基丙烯酸甲酯树脂、去离子水按照1：30：120的比例在常温下按照400转/分钟的速度搅拌均匀得到蒙脱土溶液；
2)将聚苯乙烯-马来酸酐与去离子水按照5：100比例混合，按照600转/分钟的速度搅拌5小时，然后加入碱性调节剂，调节pH值为10-11；继续搅拌4小时；在上述溶液中添加壬基酚聚氧乙烯醚0.01份；
3)在步骤2)得到的聚苯乙烯-马来酸酐溶液中加入沥青再生剂，其比例为1：3，以3500转/分钟的速度搅拌乳化25分钟；
4)在步骤3得到的乳化后的沥青再生剂溶液中缓慢滴加步骤1)得到的蒙脱土溶液，乳化沥青再生剂溶液与蒙脱土溶液的质量比例为3：1，滴加速度为1ml/分钟，搅拌速度600转/分钟；滴加完成三分之一质量后，以2℃/分钟的速度缓慢升高温度，升温至55℃，升温的同时缓慢滴加其余的三分之二蒙脱土溶液；当温度升至目标温度后，以0.1毫升/分钟的速度滴加有机酸调节pH值为10；同时以2℃/分钟的速度缓慢升高温度至100℃；
5)继续反应2小时后，停止加热；温度自然将至室温，搅拌速度保持350转/分钟继续反应5小时，结束制备；将上述微胶囊溶液过滤、干燥后，得到微胶囊粉末。
所制备的微胶囊的热分解温度可达270℃,单一微胶囊的破裂强度可达3.2MPa.
实施例6：
1)将实施例1得到的蒙脱土、聚合度100-500的甲基化蜜胺树脂、去离子水按照1：20：100的比例在常温下按照300转/分钟的速度搅拌均匀得到蒙脱土溶液；
2)将聚苯乙烯-马来酸酐与去离子水按照2：100比例混合，按照500转/分钟的速度搅拌5小时，然后加入碱性调节剂，调节pH值为10；继续搅拌3小时；在上述溶液中添加壬基酚聚氧乙烯醚0.01份；
3)在步骤2)得到的聚苯乙烯-马来酸酐溶液中加入沥青再生剂，其比例为1：2，以3000转/分钟的速度搅拌乳化20分钟；
4)在步骤3得到的乳化后的沥青再生剂溶液中缓慢滴加步骤1)得到的蒙脱土溶液，乳化沥青再生剂溶液与蒙脱土溶液的质量比例为1:1，滴加速度为0.5ml/分钟，搅拌速度500转/分钟；滴加完成三分之一质量后，以2℃/分钟的速度缓慢升高温度，升温至50℃，升温的同时缓慢滴加其余的三分之二蒙脱土溶液；当温度升至目标温度后，以0.1毫升/分钟的速度滴加有机酸调节pH值为10；同时以2℃/分钟的速度缓慢升高温度至80℃；
5)继续反应1.5小时后，停止加热；温度自然将至室温，搅拌速度保持300转/分钟继续反应4.5小时，结束制备；将上述微胶囊溶液过滤、干燥后，得到微胶囊粉末。
所制备的微胶囊的热分解温度可达300℃,单一微胶囊的破裂强度可达3.5MPa.图1为本实施例所制备的微胶囊的扫描电镜照片。图2为本实施例所制备的为胶囊加热至300摄氏度保持10分钟后，仍保持稳定性能的扫描电镜照片。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种高耐热的沥青微裂纹自修复用微胶囊制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1)将插层后的蒙脱土、壁材材料、去离子水按照1：10-30：90-120的比例在常温下按照200-400转/分钟的速度搅拌均匀得到蒙脱土溶液；
2)将聚苯乙烯-马来酸酐与去离子水按照0.5-5：100比例混合，按照400-600转/分钟的速度搅拌5小时，然后加入碱性调节剂，调节pH值为10-11；继续搅拌2-4小时；在上述溶液中添加壬基酚聚氧乙烯醚0.01份；
3)在步骤2)得到的聚苯乙烯-马来酸酐溶液中加入沥青再生剂，其比例为1：1-3，以2500-3500转/分钟的速度搅拌乳化15-25分钟；
4)在步骤3得到的乳化后的沥青再生剂溶液中缓慢滴加步骤1)得到的蒙脱土溶液，乳化沥青再生剂溶液与蒙脱土溶液的质量比例为1-3：3-1，滴加速度为0.2-1ml/分钟，搅拌速度400-600转/分钟；滴加完成三分之一质量后，以2℃/分钟的速度缓慢升高温度，升温至45-55℃，升温的同时缓慢滴加其余的三分之二蒙脱土溶液；当温度升至目标温度后，以0.1毫升/分钟的速度滴加有机酸调节pH值为10；同时以2℃/分钟的速度缓慢升高温度至80-100℃；
5)继续反应1-2小时后，停止加热；温度自然将至室温，搅拌速度保持250-350转/分钟继续反应4-5小时，结束制备；将上述微胶囊溶液过滤、干燥后，得到微胶囊粉末。
2.根据权利要求1所述的高耐热的沥青微裂纹自修复用微胶囊制备方法，其特征在于，所述的壁材材料为：蜜胺树脂、甲基改性蜜胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂中的一种。
3.根据权利要求1所述的高耐热的沥青微裂纹自修复用微胶囊制备方法，其特征在于，所述的壁材材料为聚合度100-500的甲基化蜜胺树脂。
4.根据权利要求1所述的高耐热的沥青微裂纹自修复用微胶囊制备方法，其特征在于，所述的插层后的蒙脱土采用下述方式制备：把钠基蒙脱土加入去离子水中，其质量比例为2-10：100，高速搅拌形成悬浊液，加入插层剂，插层剂与蒙脱土的质量比为1：10-20，使蒙脱土沉淀析出转变为插层后的蒙脱土，经过固液分离、洗涤后，真空干燥备用。
5.根据权利要求4所述的高耐热的沥青微裂纹自修复用微胶囊制备方法，其特征在于，所述的插层剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基氯化铵、溴化十六烷基吡啶中的一种。
6.一种权利要求1-5任一项制备方法制备的高耐热的沥青微裂纹自修复用微胶囊；所述的微胶囊的热分解温度可达250-300℃之间，单一微胶囊的破裂强度可达3.0-3.5MPa。
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