CN108070193A - 一种用于彩色沥青路面的嵌缝材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于彩色沥青路面的嵌缝材料及其制备方法。该嵌缝材料包括如下组分，以质量分数计：石油树脂5%～20%、相容剂55%～76%、聚合物8%～25%、硫化剂0.05%～4.0%、偶联剂0.1%～4.0%、还原剂0.05%～2.0%、防老剂0.2%～3.0%。本发明的嵌缝材料具有优异的高温性能、低温性能和变形恢复能力，具有较高的软化点、很强的黏结力和较高的低温拉伸率、低温延度，并且嵌缝材料可以与彩色颜料很好地拌和，拌合后可对出现裂缝的彩色沥青路面进行有效修补。

Description

一种用于彩色沥青路面的嵌缝材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种嵌缝材料及其制备方法，特别是一种用于彩色沥青路面的嵌缝材料及其制备方法。
背景技术
彩色沥青路面改善了普通沥青路面黑色的单调性，可以与周围的建筑、景观相互搭配、协调，具有明显的景观效应。彩色沥青作为具有美化环境的铺路材料已经进入了实验推广阶段，多个城市已尝试采用彩色沥青混凝土铺设城市道路，如上海、北京、天津、长沙 、沈阳和厦门等城市。此外，彩色沥青对交通的组织和管理作用日益得到人们的重视。不同颜色的沥青路面，可以提高驾驶员的识别效果，而且还能使驾驶员的注意力更加集中，从而起到诱导车流、安全行车、使交通管理直观化的作用。
彩色沥青路面会出现与公路沥青路面相同或类似的病害，如随着紫外线、雨水等外界因素影响，彩色路面很容易出现裂缝等病害。一旦出现裂缝等病害，水就会通过裂缝渗透到路面的基层中去，导致路面基层的破坏，大幅度损害彩色路面的使用寿命。
由于公路沥青路面的裂缝一般采用特殊的嵌缝材料进行修补。嵌缝材料不同于公路沥青路面和彩色沥青路面使用的沥青或改性沥青，具有非常特殊的要求：
（1）高温使用性能优良，在夏天高温情况下，不会产生流动、泛油及被车辆带走现象；（2）低温使用性能优良，在冬天低温情况下，不会变脆、脱落现象，能够承受路面裂缝处低温扩张的应力，不会被压裂；（3）弹性恢复性能好，能够承受裂缝伸缩带来的应变，具有非常高的弹性恢复率；（4）由于嵌缝材料需要在热融状态下灌入裂缝，这样就不能在其中添加石料来增强抗压强度或自支撑能力，与添加有加入石料的常规公路沥青不相同，因此，嵌缝材料必须在常温下保持较高的抗压强度或自支撑能力，以具有较高承载能力；（5）必须具有很强的黏结力，这样嵌缝材料可将裂缝粘接起来，不会重复出现裂缝。
现有公路沥青路面的嵌缝材料分为两种类型，第一类为冷用沥青类材料，包括液体沥青、溶剂型改性液体沥青、改性与非改性乳化沥青等；第二类为热用沥青类材料，包括改性沥青、沥青橡胶、橡胶改性沥青、低模量橡胶改性沥青等。但现有公路沥青路面的嵌缝材料中均添加有沥青，致使嵌缝材料变成黑色，即使添加彩色颜料也是呈黑色状态，对彩色路面的裂缝进行修改后，会严重影响美观效果，而且现有的沥青嵌缝材料或难以与彩色颜料拌和，或与彩色颜料拌和后，会影响其修补效果，嵌缝材料整体性能下降，影响使用寿命。
综上，彩色沥青路面受外界环境的影响必然会出现裂缝等病害，而裂缝的修补需要特殊要求的嵌缝材料，但现有的嵌缝材料又不能满足彩色沥青路面的要求，因此彩色路面裂缝修补的一直还处空白，在一定程度上抑制了彩色路面的推广。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于彩色沥青路面的嵌缝材料及其制备方法。该嵌缝材料具有优异的高温性能、低温性能和变形恢复能力，具有较高的软化点、很强的黏结力和较高的低温拉伸率、低温延度，并且嵌缝材料可以与彩色颜料很好地拌和，拌合后可对出现裂缝的彩色沥青路面进行有效修补。
本发明提供了一种用于彩色沥青路面的嵌缝材料，所述嵌缝材料包括如下组分，以质量分数计：石油树脂5%～20%、相容剂55%～76%、聚合物8%～25%、硫化剂0.05%～4.0%、偶联剂0.1%～4.0%、还原剂0.05%～2.0%、防老剂0.2%～3.0%。
所述石油树脂为C5石油树脂和C9石油树脂的混合物，其中，C5石油树脂和C9石油树脂的重量比例为1：（0.5～4.0）。所述石油树脂的色度为6～19。
所述相容剂为常减压蒸馏过程得到的馏分油、精制芳烃油、橡胶填充油、脱沥青油、催化裂化油浆中的一种或几种。
所述相容剂的100℃的粘度为30～1500mm2/s。
所述相容剂中饱和分和芳香分含量之和大于或者等于70wt%。
所述聚合物为SBS、SBR、EVA等中的一种或多种，所述聚合物分子量优选为100000～300000。
所述偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸化合物中的一种或几种。所述硅烷类偶联剂优选为乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、过氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷中的一种或几种，所述钛酸酯类偶联剂优选为钛酸四异丙酯和/或钛酸四丁酯，所述铝酸化合物优选为二硬酯酰氧异丙基铝酸酯等。
所述还原剂为(C6H5)3P、LiAlH4、硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、碳化二亚胺、氯化亚锡、草酸、硼氢化钾、硼氢化钠、乙醇中的一种或几种。
所述防老剂可以是防老剂D、防老剂RD、防老剂124、防老剂MB和防老剂DNP中的一种或多种。
所述硫化剂可以为含硫的硫化剂，也可以为无硫的硫化剂，一般可以选自ⅥA族的单质及其氯化物，也可以是其它具有硫化作用的有机化合物，优选为单质硫、一氯化硫、硒、碲、异氰酸酯中的一种或几种。
本发明还提供了一种如上述的用于彩色沥青路面的嵌缝材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
将石油树脂加入到相容剂中进行溶化，然后加入聚合物进行溶胀，再经过第一高速剪切使石油树脂、相容剂以及聚合物形成稳定的胶结料，之后依次加入偶联剂、还原剂、防老剂进行第一搅拌，在第一搅拌后进行第二高速剪切，然后加入硫化剂，再进行第二搅拌，得到所述嵌缝材料。
所述溶化的温度为100℃～150℃，时间为40 min～60min；所述溶胀的温度为150℃～170℃，时间为30 min～60min。
所述第一搅拌的温度为165℃～180℃，时间为30 min～60min。
所述第二搅拌的温度为170℃～180℃，时间为4 h～10h。
所述第一高速剪切和第二高速剪切可以采用本领域的常规技术，如使用胶体磨进行高速剪切，胶体磨进行高速剪切的次数可以为1-5次。本发明前后进行第一高速剪切和第二高速剪切，可以使物料形成稳定的体系，消除较大颗粒的聚集。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）本发明通过调整石油树脂、相容剂和聚合物的含量并添加硫化剂、偶联剂、还原剂和防老剂，使嵌缝材料具有优异的高温性能、低温性能和变形恢复能力，具有较高的软化点、很强的黏结力和较高的低温拉伸率、低温延度，达到嵌缝材料特殊的指标要求，从而避免使用基质沥青原料造成的遮掩色彩问题，可与各种彩色颜料进行拌合并呈现所需的色彩，从而可用修补各种颜色的彩色路面的裂缝。
再者，本发明的嵌缝材料可以与红、黄、绿、蓝等多种颜色的颜料进行很好地拌和，拌合后不会造成嵌缝材料的使用性能的大幅下降，对彩色路面的裂缝达到很好的修补性能和修补效果。
（2）本发明的硫化剂、偶联剂产生相互配合作用，使聚合物上的化学键发生聚合、接枝等化学反应，使聚合物分子上原有的短侧链与其他分子上的活性化学键结合，使石油树脂、相容剂之间能形成稳定的网状胶体结构，使本发明产品的性能更稳定。同时，硫化剂与偶联剂产生相互配合作用，还可以控制上述化学反应的速度，避免了单一大量使用硫化剂造成的反应体系中物料的聚合度急剧增加，分子量过大，使得物料无法均匀分散，最终导致产品暴聚，堵塞管线，影响生产的问题。
（3）由于本发明的化学反应需要在165～180℃的较高温度下进行，聚合物所占比例越高反应时间越长，长时间的高温会使聚合物及石油树脂严重老化，影响产品的低温使用性能。本发明通过还原剂和防老剂产生相互配合作用，在165～180℃温度进行反应时，可以保护聚合物和石油树脂，避免出现高温老化的问题。
（4）由于石油树脂长时间高温加热会出现老化，影响产品性能，本发明采用100℃即可成液态的相容剂，并在100℃～150℃溶化石油树脂和在150℃～170℃下溶胀聚合物，这样即可快速、充分地完成溶化和溶胀，又可以避免石油树脂的老化及相容剂中轻组分的挥发，同时在165℃～180℃下进行反应，可快速产生活性的化学键，快速完成聚合物完成聚合、接枝反应，进一步避免石油树脂的老化，并且使聚合、接枝反应更加彻底，产品性质更稳定。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明的技术方案，但这些实施例不能限制本发明。本发明中，wt%为质量分数。
实施例1
在反应釜中加入C5石油树脂、C9石油树脂和相容剂，加热至140℃，使之全部溶化，再加入聚合物搅拌均匀后进行溶胀，溶胀的温度为170℃，时间为40min，再通过转速为3000转/分钟的胶体磨1次，然后加入偶联剂、还原剂、防老剂D（N-苯基-2-萘胺）搅拌30分钟，再通过转速为3000转/分钟的胶体磨2次，之后加入硫化剂，在170℃的产品罐中搅拌8小时，即得嵌缝材料。本实施例各原料的名称、规格型号和配比如下表1，所得产品的性能见表6。
表1 嵌缝材料的原料名称、配比和型号
原料类别 具体名称 规格型号 质量分数，%
石油树脂1 C5 色度6 1
石油树脂2 C9 色度19 4
相容剂 脱沥青油 相容剂100℃粘度为100-150mm2/s，其中饱和分含量19wt%，芳香分含量53wt% 64
聚合物 SBS 分子量26万左右 20
偶联剂 KH550 液态 3.4
还原剂 (C6H5)3P 固态晶体 1.7
防老剂 防老剂D 粉状 2.5
硫化剂 单质硫 粉状 3.4
实施例2
在反应釜中加入石油树脂和相容剂，加热至125℃，使之全部溶化，再加入聚合物搅拌均匀后进行溶胀，溶胀的温度为170℃，时间为40min，再通过转速为3000转/分钟的胶体磨1次，然后加入偶联剂、还原剂、防老剂RD（2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体）搅拌60分钟，通过转速为3000转/分钟的胶体磨2次，之后加入硫化剂，在175℃的产品罐中搅拌8小时，即得嵌缝材料。本实施例各原料的名称、规格型号和配比如下表2，所得产品的性能见表6。
表2 嵌缝材料的原料名称、配比和型号
原料类别 具体名称 规格型号 质量分数，%
石油树脂1 C5 色度6 10
石油树脂2 C9 色度15 5
相容剂 橡胶填充油 100℃的粘度300-450mm2/s，其中饱和分含量16wt%，芳香分含量55wt% 72
聚合物 SBS 分子量12万左右 12
偶联剂 KH570 液态 0.2
还原剂 (C6H5)3P 固态晶体 0.1
防老剂 防老剂RD 粉状 0.5
硫化剂 一氯化硫 固态 0.2
实施例3
在反应釜中加入石油树脂和相容剂，加热至130℃，使之全部溶化，再加入聚合物搅拌均匀后进行溶胀，溶胀的温度为170℃，时间为40min，再通过转速为3000转/分钟的胶体磨1次，然后加入偶联剂、还原剂、防老剂搅拌均匀，待反应结束后通过转速为3000转/分钟的胶体磨2次，之后加入硫化剂1和硫化剂2，在170℃的产品罐中搅拌8小时，即得嵌缝材料。本实施例各原料的名称、规格型号和配比如下表3，所得产品的性能见表6。
表3 嵌缝材料的原料名称、配比和型号
原料类别 具体名称 规格型号 质量分数，%
石油树脂1 C5 色度19 5
石油树脂2 C9 色度7 7
相容剂 精制芳烃油 100℃的粘度800-850mm2/s，其中饱和分含量20wt%，芳香分含量56wt% 62
聚合物 SBS 分子量12万左右 18
偶联剂 KR12 液态 2
还原剂 LiAlH4 固体 1
防老剂 防老剂RD 粉状 2
硫化剂1 单质硫 粉状 1
硫化剂2 异氰酸酯 液态 2
对比例1
在反应釜中加入石油树脂和相容剂，加热至150℃，使之全部溶化，再加入聚合物SBS搅拌均匀，通过转速为3000转/分钟的胶体磨1次，然后加入降粘剂、活化剂搅拌均匀，待反应结束后通过转速为3000转/分钟的胶体磨2次，之后再加入烃类混合物，搅拌均匀，即得彩色路面材料。本对比例配制彩色路面材料，其原料名称、配比和型号如下表4，所得产品的性能见表6。
表4 彩色路面材料的原料名称、配比和型号
原料类别 具体名称 规格型号 质量分数，%
石油树脂 C9 色度19 34
相容剂 精制芳烃油 100℃的粘度800-850mm2/s，其中饱和分含量20wt%，芳香分含量56wt% 38
聚合物 SBS 分子量12万左右 6
降粘剂 - 黄色，细度大于80 2.5
活化剂 单质硫 细度大于100 1
烃类混合物 10-22个碳原子的链烷、环烷 液态 18.5
对比例2
将基质沥青加热至150℃，然后加入相容剂和聚合物SBS，搅拌均匀后通过转速为3000转/分钟的胶体磨1次，然后加入硫化剂，在170℃的产品罐中搅拌8小时，即得常规沥青路面的嵌缝材料。本对比例各原料的名称、规格型号和配比如下表5，所得产品的性能见表6。
表5 常规沥青路面的嵌缝材料的原料名称、配比和型号
原料类别 具体名称 规格型号 质量分数，%
沥青 - 90# 55
相容剂 精制芳烃油 100℃的粘度800-850mm2/s，其中饱和分含量20wt%，芳香分含量56wt% 22
聚合物 SBS 分子量12万左右 22
硫化剂 单质硫 粉状 1
对比例3
本对比例3的原料和方法基本与实施例1相同，不同点在于：没有添加偶联剂KH550，所得产品的性能见表6。其中，在制备过程中，加入硫化剂后，物料的聚合度在短时间急剧增加，分子量过大，使得物料无法均匀分散，最终导致产品暴聚，堵塞管线，影响连续生产。
对比例4
本对比例4的原料和方法基本与实施例1相同，不同点在于：没有添加还原剂和防老剂，所得产品的性能见表6。其中，在制备过程中，尤其是在产品罐中搅拌过程中，石油树脂出现老化现象。
测试例1
对实施例1-3和对比例1-4所制得的材料进行测试。针入度是根据GB/T4509方法进行测定，软化点是根据GB/T4507方法进行测定，延度是根据GB/T4508方法进行测定，弹性恢复率是根据SH/T0737方法进行测定，脆点是根据GB/T4510方法进行测定，测试结果见表6。
表6 彩色沥青的嵌缝材料的性能
产品名称 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
25℃针入度，0.1mm 56 89 84 ＞200 67 47 54
软化点，℃ 97.7 89.9 94.5 28.8 94 105.8 98.1
5℃延度，cm 34 66 52 58 52 12 15
弹性恢复，% 96 96 96 37 65 76 71
脆点，℃ -21 -26 -23 ＜-30 -20 -21 -18
流动度，mm 0 2 1 ＞5 0.52 0 0
-10℃拉伸量，mm ≥15 ≥15 ≥15 ≥15 ≥15 ≥15 ≥15
沥青嵌缝填充材料性能指标可以参见JT/T 589- 2004《水泥混凝土路面嵌缝密封材料》，具体如下表7：
表7 加热施工式密封料的性能指标
试验项目 高弹性型
针入度，0.1mm ＜90
弹性（恢复）率，% ≥60
流动度，mm ＜2
拉伸量（-10℃），mm ≥15
从表6中的对比结果来看，对比例1的性能基本不符合标准的技术要求，对比例1只能与石料混合后使用，无法修补小的裂缝；对比例2的性能与本发明的嵌缝材料相当，但是对比例2是以黑色道路沥青为原料，外观为黑色，且添加颜料后也无法改变其颜色，用于彩色路面修补影响外观效果。
本发明的嵌缝材料不仅符合标准的技术要求，而且可以修补各种颜色的彩色路面，具有较强的实用性。
测试例2
对实施例1-3和对比例1和2所制得的材料与颜料拌合。
将实施例1-3和对比例1和2所制得的材料加热至能够流动，分别在其中加入5%氧化铁红，测试性能见表8。
表8
产品名称 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
外观状态 红色固态 红色固态 红色固态 红色粘液 黑色固态
弹性恢复率，% 80 77 83 29 47
脆点，℃ -17 -21 -18 -24 -15
135℃旋转粘度，Pa.s 3.857 3.018 3.362 0.875 3.457
从表8中数据可以看出，加入颜料后，对比例1和2的弹性恢复率都低于标准要求，而本发明仍然符合要求；从外观上来看，对比例1为红色粘液，弹性恢复率仅为29%，不能直接用于路面裂缝修补，对比例2为黑色固态，不适合用于彩色路面裂缝修补。
测试例3
施工后，本发明实施例1的嵌缝材料能够与裂缝周边紧密粘结，经过实际使用1年的效果未出现任何剥离和断裂的现象，预计使用寿命为5～10年。

Claims (15)

1.一种用于彩色沥青路面的嵌缝材料，其特征在于，所述嵌缝材料包括如下组分，以质量分数计：石油树脂5%～20%、相容剂55%～76%、聚合物8%～25%、硫化剂0.05%～4.0%、偶联剂0.1%～4.0%、还原剂0.05%～2.0%、防老剂0.2%～3.0%。
2.根据权利要求1所述的嵌缝材料，其特征在于：所述石油树脂为C5石油树脂和C9石油树脂的混合物，其中，C5石油树脂和C9石油树脂的重量比例为1：（0.5～4.0）。
3.根据权利要求1或2所述的嵌缝材料，其特征在于：所述石油树脂的色度为6～19。
4.根据权利要求1所述的嵌缝材料，其特征在于：所述相容剂为常减压蒸馏过程得到的馏分油、精制芳烃油、橡胶填充油、脱沥青油、催化裂化油浆中的一种或几种。
5.根据权利要求1或4所述的嵌缝材料，其特征在于：所述相容剂的100℃的粘度为30～1500mm2/s。
6.根据权利要求1或4所述的嵌缝材料，其特征在于：所述相容剂中饱和分和芳香分含量之和大于或者等于70wt%。
7.根据权利要求1所述的嵌缝材料，其特征在于：所述聚合物为SBS、SBR、EVA中的一种或多种，所述聚合物分子量为100000～300000。
8.根据权利要求1所述的嵌缝材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸化合物中的一种或几种；所述硅烷类偶联剂优选为乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、过氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷中的一种或几种，所述钛酸酯类偶联剂优选为钛酸四异丙酯和/或钛酸四丁酯，所述铝酸化合物优选为二硬酯酰氧异丙基铝酸酯。
9.根据权利要求1所述的嵌缝材料，其特征在于：所述还原剂为(C6H5)3P、LiAlH4、硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、碳化二亚胺、氯化亚锡、草酸、硼氢化钾、硼氢化钠和乙醇中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的嵌缝材料，其特征在于：所述防老剂是防老剂D、防老剂RD、防老剂124、防老剂MB和防老剂DNP中的一种或多种。
11.根据权利要求1所述的嵌缝材料，其特征在于：所述硫化剂为单质硫、一氯化硫、硒、碲、异氰酸酯中的一种或几种。
12.一种如权利要求1-11中任意一项所述的用于彩色沥青路面的嵌缝材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
将石油树脂加入到相容剂中进行溶化，然后加入聚合物进行溶胀，再经过第一高速剪切使石油树脂、相容剂以及聚合物形成稳定的胶结料，之后依次加入偶联剂、还原剂、防老剂进行第一搅拌，在第一搅拌后进行第二高速剪切，然后加入硫化剂，再进行第二搅拌，得到所述嵌缝材料。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于：所述溶化的温度为100℃～150℃，时间为40 min～60min；所述溶胀的温度为150℃～170℃，时间为30 min～60min。
14.根据权利要求12或13所述的制备方法，其特征在于：所述第一搅拌的温度为165℃～180℃，时间为30 min～60min。
15.根据权利要求12或13所述的制备方法，其特征在于：所述第二搅拌的温度为170℃～180℃，时间为4 h～10h。
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