CN107501501A - 具有形状记忆性能的水泥路面聚氨酯嵌缝料制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供具有形状记忆性能的水泥路面嵌缝料制备方法，属于水泥路面材料技术领域，解决目前水泥路面嵌缝料缺少形状记忆性能、难以适应路面接缝宽度变化、已出现开裂、脱落、挤出等耐久性问题。本发明首先采用2，4‑二异氰酸甲苯酯、聚己二酸‑1，4‑丁二醇酯二醇和1，4‑丁二醇制得聚氨酯预聚体；然后，将所制得的聚氨酯材料在高于其转变温度的条件下施加拉荷载到预定的变形后再冷却至室温，卸除荷载，赋予其形状记忆性能；最后，将已预形变后的形状记忆聚氨酯进行表征，确定所制备聚氨酯嵌缝料的最佳配方。本发明制备的形状记忆聚氨酯用作水泥路面嵌缝料，减少环境污染以及现场制备的环境条件限制，延长了水泥路面使用寿命，提高服务品质。

Description

具有形状记忆性能的水泥路面聚氨酯嵌缝料制备方法

技术领域

本发明是具有形状记忆性能的水泥路面聚氨酯嵌缝料制备方法，属于水泥路面材料技术领域。

背景技术

水泥路混凝土路面由于其强度高、扩散载荷能力强、稳定性好、耐久性好等特性，已成为高等级路面的主要铺装类型之一，广泛应用高速公路、机场跑道、港口码头等工程。然而，我国水泥混凝土路面的使用寿命却大大低于预期的现象很突出，尤其以重要交通干道为主，开通3-5年就会出现路面结构性损坏。其中，接缝是水泥混凝土路面结构最薄弱的环节，从我国各地的水泥混凝土路面使用性能调查来看，接缝的损坏相对严重，出现病害的机率大，类型也多，主要是由于人们对于嵌缝料的作用认知和重视程度不够，因此研发新型水泥混凝土路面嵌缝料十分必要。

水泥路面嵌缝料根据其施工方式分为三种：加热施工式嵌缝料、常温施工式嵌缝料和预制密封条。加热施工式嵌缝料在国内外应用广泛，从道路沥青、沥青玛帝脂到沥青橡胶类、聚氯乙烯胶泥类以及高弹性的高分子改性沥青，嵌缝料的原材料也由单一型向复合型发展，性能不断得到提高和完善。常温施工式嵌缝料具有冷施工的特点，简化了施工步骤，降低了劳动强度，节省了能源，并避免了因加热而导致的环境污染。用于水泥混凝土板接缝的常温施工式嵌缝料主要有：聚氨酯类、硅酮类、聚硫类等。据报道，用氯丁橡胶密封的接缝多年内不需修理。但是，在行车车轮的作用下，橡胶条可能会从槽内跳出并绕在滚动的车轮上，从而引发交通事故。所以，在一般道路和干线公路的车行道上不宜采用普通的预制嵌缝条，在低交通量的路段上使用预制嵌缝条比较合适，如停车场、站台等。

近年来，刺激响应性材料、刺激敏感性聚合物等智能型材料研究得到越来越多关注，作为一种重要的刺激响应性聚合物，形状记忆聚合物逐渐成为研究的热点之一。其在较小的环境条件，如温度、电场、声波场、磁场、溶剂的改变下，刺激响应性聚合物显著改善了其属性，如形态，力学性能、光学性质、电学性质等。形状记忆聚合物材料在一定外力条件刺激作用下能够主动产生高达100％的回复变形，因此在智能主动变形结构研究领域显示出巨大潜能。

可见，嵌缝料对水泥混凝土路面建设与使用情况有着直接联系，同时也是路面能够安全顺路投入使用的重要保障，沥青类的材料需要加热熔化后才能施工，加热温度和加热时间都有严格的要求，操作人员控制较难。伴随加热过程会产生有毒气体，污染环境，对人体健康有害。在冬季施工过程中，热沥青遇冷会加速凝固，沥青难以灌入缝中，只能与缝口表面粘结，夏季高温时，由于水泥板膨胀缩小缝隙，也影响灌注，已灌入的嵌缝料也会被挤出，从而污染环境，影响路容。

要维持水泥路面板在接缝处始终处于良好的工作状态，需要研发新型嵌缝材料，使用具有形状记忆功能的嵌缝材料才能很好的解决上述问题，赋予嵌缝料感知并响应外界环境变化的功能，主动适应路面接缝宽度变化，实现自变形、自适应、提高嵌缝料的耐久性。因此，本发明根据水泥路面嵌缝料实际使用性能要求，制备一种具有形状记忆性能的水泥路面嵌缝料，通过赋予其形状记忆性能，更好适应路面接缝宽度变化，起到密封防水的作用，提高水泥路面的耐久性。

发明内容

(1)技术问题

本发明目的是提供一种具有形状记忆性能的水泥路面聚氨酯嵌缝料制备方法。该方法通过溶液预聚法按一定配比将原材料合成制得形状记忆聚氨酯，然后在高于相转变温度的条件下施加外力荷载，赋予样品形状记忆性能，最后通过表征各项热力学性能，确定形状记忆聚氨酯最佳配方，用作水泥路面的嵌缝料，从而解决目前水泥路面嵌缝料缺少形状记忆性能、难以适应路面接缝宽度变化、已出现开裂、脱落、挤出等耐久性问题，从而延长水泥路面使用寿命，提高水泥路面服务质量。

(2)技术方案

鉴于水泥路面接缝处路面板破坏机理，本发明提供一种具有形状记忆性能的水泥路面聚氨酯嵌缝料制备方法，使其通过感知并响应外界环境温度变化，主动适应路面接缝宽度伸缩，解决嵌缝料开裂，脱落、挤出等耐久性等问题。本发明技术方案如下：首先，将定量的2，4-二异氰酸甲苯酯在120℃的真空条件下脱水1.5h，当温度降至80℃时，在氮气保护下，恒定温度不变加入一定量的聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇搅拌2h，当温度降至70℃时，加入定量的1，4-丁二醇，快速搅拌一段时间，倒入模具静置脱模制得聚氨酯；然后，将所制得的聚氨酯材料在高于其转变温度的高温条件下施加拉荷载，赋予其形状记忆性能；最后，将已预形变后的形状记忆聚氨酯进行表征，确定所制备聚氨酯嵌缝料的最佳配方。本发明制备的形状记忆聚氨酯用于水泥路面嵌缝料，可解决目前常规嵌缝料易出现开裂、脱落、挤出等耐久性问题，延长水泥路面使用寿命，改善其服务品质。

(3)有益效果

伸缩缝作为水泥混凝土路面最为薄弱的环节，大大缩短了水泥混凝土路面的使用寿命，虽然研究学者对目前常用的沥青基嵌缝料进行了各种改性，但是仍然无法较好的满足伸缩缝由于受到路面环境变化影响导致的损坏。采用本发明提供的方法制备的具有形状记忆性能的水泥路面聚氨酯嵌缝料，通过提前制备赋予形状记忆性能的聚氨酯嵌缝料减少了现场制备沥青类材料造成的环境污染，并且改善了现场制备的环境条件限制，可以主动迎合路面接缝处宽度变化，根据路面环境的变化，更好的贴合在水泥板之间，减少嵌缝料开裂、渗水等问题，从而延长水泥路面使用性能，减少维护维修费用。

具体实施方式

本发明提供一种具有形状记忆性能的水泥路面聚氨酯嵌缝料制备方法，具体实施步骤如下：

(1)将一定计算量的聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇投入到配备有温度计、搅拌机、气体进、出口的250ml的四口烧瓶中，在120℃下真空脱水1.5小时，试验过程中真空度始终大于0.095MPa；

(2)当温度降至80℃时，按配比加入一定计算量的2，4-二异氰酸甲苯酯，在氮气保护下，温度稳定在80℃反应2小时，制得形状记忆聚氨酯预聚体；

(3)当温度降至70℃时，向所制得的预聚体中逐滴加入所需量的扩链剂1，4-丁二醇，将电动搅拌棒插入四口烧瓶中，将搅拌端部置于预聚体溶液表面下，以150转/分钟搅拌15分钟；

(4)将充分反应结束后的形状记忆聚氨酯预聚体注入聚四氟乙烯模具中，使其自然冷却至室温，静置24小时使其固化、成型，脱模后制得形状记忆聚氨酯样品，采用动态热力学分析仪测试其相转变温度；

(5)将制得的形状记忆聚氨酯放入在高于其相转变温度的烘箱中，施加一定拉力使其产生预定的拉应变，保持荷载不变，自然降温至室温，卸除荷载，赋予聚氨酯形状记忆性能；

(6)利用差示扫描量热仪、动态热机械分析仪、万能试验机对已预形变形状记忆聚氨酯进行热力学、力学性能、形状记忆效应测试，根据试验结果，调整并确定形状记忆聚氨酯最佳配方，用作水泥路面嵌缝料，提高路面耐久性。

Claims (1)

1.一种具有形状记忆性能的水泥路面聚氨酯嵌缝料制备方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：

(1)将一定计算量的聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇投入到配备有温度计、搅拌机、气体进、出口的250ml的四口烧瓶中，在120℃下真空脱水1.5小时，试验过程中真空度始终大于0.095MPa；

(2)当温度降至80℃时，按配比加入一定计算量的2，4-二异氰酸甲苯酯，在氮气保护下，温度稳定在80℃反应2小时，制得形状记忆聚氨酯预聚体；

(3)当温度降至70℃时，向所制得的预聚体中逐滴加入所需量的扩链剂1，4-丁二醇，将电动搅拌棒插入四口烧瓶中，将搅拌端部置于预聚体溶液表面下，以150转/分钟搅拌15分钟；

(4)将充分反应结束后的形状记忆聚氨酯预聚体注入聚四氟乙烯模具中，使其自然冷却至室温，静置24小时使其固化、成型，脱模后制得形状记忆聚氨酯样品，采用动态热力学分析仪测试其相转变温度；

(5)将制得的形状记忆聚氨酯放入在高于其相转变温度的烘箱中，施加一定拉力使其产生预定的拉应变，保持荷载不变，自然降温至室温，卸除荷载，赋予聚氨酯形状记忆性能；

(6)利用差示扫描量热仪、动态热机械分析仪、万能试验机对已预形变形状记忆聚氨酯进行热力学、力学性能、形状记忆效应测试，根据试验结果，调整并确定形状记忆聚氨酯最佳配方，用作水泥路面嵌缝料，提高路面耐久性。