CN108314352B

CN108314352B - 彩色路面封层材料及其制备方法、用途和制得的彩色路面

Info

Publication number: CN108314352B
Application number: CN201810089108.0A
Authority: CN
Inventors: 张玉峰; 赵蔚; 刘超; 郭朝阳; 杨成龙; 闫瑾
Original assignee: Cats Highway Engineering Technology Beijing Co ltd; Jiangsu Xierma Road Environmental Protection Material Co ltd; China Academy of Transportation Sciences
Current assignee: Cats Highway Engineering Technology Beijing Co ltd; Jiangsu Xierma Road Environmental Protection Material Co ltd; China Academy of Transportation Sciences
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2020-09-04
Anticipated expiration: 2038-01-30
Also published as: CN108314352A

Abstract

本发明涉及一种彩色路面封层材料及其制备方法、用途和制得的彩色路面，所述彩色路面封层材料包含：3‑11重量％的石油树脂；10‑27重量％的橡胶油；1‑5重量％的聚合物改性剂；1‑3重量％的乳化剂；18‑45重量％的水；2‑6重量％的具有纳米粒子的无机粉体；4‑8重量％的颜料；和45‑60重量％的砂砾或15‑25重量％的橡胶颗粒。所述彩色路面封层材料及其制备方法不仅能够实现均匀且长期稳定的纳米增强效果，避免沥青在高温下流动变形而出现的纳米粒子团聚现象，而且由无机粉体的特殊类型带来的额外功能可以得到最大化发挥。

Description

彩色路面封层材料及其制备方法、用途和制得的彩色路面

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种彩色路面封层材料及其制备方法、用途和制得的彩色路面。

背景技术

随着国民经济和科技水平的不断发展，人们生活水平和消费水平不断提高，对于公共交通区域的地面如城市慢行道、公交车道、十字路口、公园、学校、体育场、住宅小区及旅游公路自行车道等等，都要求越来越高，不仅需要这些道路的地面满足综合性要求，还需要考虑施工成本，同时还要考虑施工后的美观程度，以提高城市的整体形象。

近年来，彩色路面因其绚丽多变的色彩，显著的交通警示作用，越来越受到交通建设管理者的青睐。目前常用的两种彩色路面材料分为热拌彩色沥青混合料类和双组分聚合物拌合彩色陶粒类，其中，热拌彩色沥青混合料，可以完成采用现有的沥青热拌站和摊铺碾压设备，具有机械化程度高，施工速度快的特点，可实现大面积施工的特点，但因为石料本身多为黑色或褐色，彩色全部依靠薄薄的一层彩色沥青油膜来实现，往往一年内就会被部分磨掉，露出黑色的石料，看起来脏乎乎的一片，非常影响市容市貌；同时，其摊铺厚度大，材料成本也很高。双组分聚合物拌合彩色陶粒类，多采用人工涂敷&撒布或人工拌合&摊铺的形式成型，具有人工使用高、施工速度慢的特点，不适合大面积使用，同时胶结料为热固型材料，冬季一旦开裂，在夏季该裂缝也无法愈合，雨水进入后极易出现路面脱空整片剥落的现象；同时，为了保证施工和易性，双组分聚合物中含有大量的有机溶剂，彩色路面铺装后将逐步从路面中挥发出来，也就是雾霾的主要贡献物——VOC，大面积使用后将严重影响空气质量。

为了使路面具有彩色外观，还有一种方式是使用彩色路面封层材料对路面进行喷涂。现有喷涂材料主要包含沥青、乳化剂、增粘剂和颜料等成分。但是现有的彩色路面封层材料存在污染环境、强度不足、耐候性差、高温下容易劣化、低温下容易开裂等各种问题，在应用中受到极大限制。取决于彩色路面封层材料的应用场所的温度条件，希望封层材料具有优良的高温抗粘性质和低温抗开裂性质；另外，为了克服冬季雨雪天气下路面容易结冰和车辆尾气污染环境的问题，还希望封层材料具有抗凝冰效果和降解尾气效果。如何在满足上述性能的同时提高封层材料的强度使其具有最佳的耐磨性也是本领域技术人员一直关注的课题。因此目前需要一种能够解决现有技术的上述问题的封层材料及其制备方法。

上述对背景技术的陈述仅是为了方便对本发明技术方案(使用的技术手段、解决的技术问题以及产生的技术效果等方面)的深入理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的发明人在研究中发现，在将无机粉体分散在沥青中从而实现增强作用的情况下，由于沥青在高温下流动变形会导致无机粉体不断出现团聚现象因此失去增强效果。为了解决无机粉体由于沥青流动变形而导致的团聚问题，本发明的发明人发现，当使用具有纳米粒子的无机粉体结合根据本发明的特殊泥浆乳化工艺将纳米粒子固定在沥青微粒中制得纳米乳化沥青，然后基于纳米乳化沥青制备的封层材料不仅能够实现均匀且长期稳定的纳米增强效果，避免沥青在高温下流动变形而出现的纳米粒子团聚现象，而且由无机粉体的特殊类型带来的额外功能(抗凝冰功能、降解尾气功能)可以得到最大化发挥，另外通过调节封层材料中石油树脂、橡胶油和聚合物改性剂的比例，可以获得封层材料的高温抗粘效果和低温抗开裂效果，使其能够满足应用地区的气候条件要求。

本发明的一个方面提供一种彩色路面封层材料，所述彩色路面封层材料包含：3-11重量％的石油树脂；10-27重量％的橡胶油；1-5重量％的聚合物改性剂；1-3重量％的乳化剂；18-45重量％的水；2-6重量％的具有纳米粒子的无机粉体；4-8重量％的颜料；和45-60重量％的砂砾或15-25重量％的橡胶颗粒。

在一个优选的实施方案中，所述纳米粒子具有20-100nm范围内的粒径，纳米粒子在无机粉体中的含量范围为30-100重量％。

在一个优选的实施方案中，无机粉体选自钠基蒙脱土、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、粉末型抗凝冰剂的一种或几种。

在一个优选的实施方案中，石油树脂、橡胶油和聚合物改性剂的含量分别为5-7重量％、10-13.5重量％和1.5-3.0重量％，当满足该含量范围时，彩色路面封层材料可以实现高温抗粘效果。

在一个优选的实施方案中，石油树脂、橡胶油和聚合物改性剂的含量分别为3-5重量％、13-17重量％和1-2重量％，当满足该含量范围时，彩色路面封层材料可以实现低温抗开裂效果。

本发明的另一个方面提供一种彩色路面封层材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：a)混合石油树脂、橡胶油和聚合物改性剂，剪切发育后获得浅色沥青；b)混合一部分具有纳米粒子的无机粉体和水并进行搅拌，然后降低搅拌速度伴随搅拌加入乳化剂并加热，获得皂液；c)将步骤a)中获得的浅色沥青和步骤b)中获得的皂液加入高速剪切机获得浅色乳化沥青；d)在浅色乳化沥青中伴随搅拌加入剩余部分的无机粉体和水，待无机粉体和水全部加入后继续搅拌，获得泥浆型浅色乳化沥青；e)在泥浆型浅色乳化沥青中伴随搅拌加入颜料以及砂砾或橡胶颗粒，获得彩色路面封层材料，其中所述方法中使用的每种成分的含量如上文中所述。

在一个优选的实施方案中，步骤a)中的混合在130-180℃的温度下进行，获得的浅色沥青保持在130-150℃的温度下。

在一个优选的实施方案中，在步骤b)中，以具有纳米粒子的无机粉体的总重量计，先将40-60重量％的具有纳米粒子的无机粉体加入水中并且以1000-1500rpm的搅拌速度搅拌3-5h，然后加入乳化剂，搅拌速度调整为100-200rpm，搅拌20-40min，同时将混合液加热至60-80℃的温度。

在一个优选的实施方案中，在步骤c)中，剪切温度为65-85℃，剪切机转速为2000-4000rpm，剪切时间为15-30min。

在一个优选的实施方案中，在步骤d)中，待无机粉体和水全部加入后继续搅拌5-15min，搅拌温度为65-85℃，搅拌速度为100-200rpm。

在一个优选的实施方案中，在步骤e)中，搅拌温度为55-85℃，搅拌速度为50-100rpm。

本发明的另一方面提供根据本发明的彩色路面封层材料用于制备彩色路面的用途。

本发明的另一方面提供根据本发明的彩色路面封层材料制得的彩色路面。

具体实施方式

本发明的发明构思包括多个具体的实施方案，不同的实施方案各有技术上或应用上的侧重，不同的实施方案可以组合搭配，以满足不同的应用场景，解决不同的应用需求。因此，下述对具体实施方案的描述不应理解为对本发明意欲保护的技术方案的限定。

下文将借助于实施例描述本发明的优选实施方案：

使用的材料：

·石油树脂：古马隆树脂(颜色为黄色或黄褐色、软化点80-90℃)或C9树脂(颜色为黄色或黄褐色、软化点80-90℃)，例如古马隆PR-90(淄博宁松化工有限公司)；

·橡胶油：环烷基橡胶油，其环烷烃重量含量不小于40％，芳香烃重量含量不大于2％，100℃下的运动粘度为8-12mm²/s，例如环烷基橡胶油KN4010(新疆克拉玛依)；

·聚合物改性剂：线型SBS(苯乙烯:丁二烯＝30:70)，例如SBS4303(燕山石化)；

·乳化剂：阴离子乳化剂，例如阴离子表面活性剂LAS-80(滁州市苏源化工有限公司)；

·水：纯净水；

·无机粉体：钠基蒙脱土(200目，膨胀容>35ml/g，安吉县益国膨润土厂)，纳米二氧化硅(平均粒径30nm，比表面积600m²/g，北京德科岛金科技有限公司)、纳米碳酸钙(平均粒径20nm，比表面积30-60m²/g，北京德科岛金科技有限公司)、纳米二氧化钛(金红石型，平均粒径60nm，比表面积20-60m²/g，北京德科岛金科技有限公司)、粉末型抗凝冰剂(硅氧烷浓缩物内包裹氯化钙)(缓释型，0.075mm通过率>75％，24h水溶液溶解损失<5％，中公高科养护科技股份有限公司)；

·颜料：铁红BBN(天津市正中宏华化工有限公司)；

·砂砾：0-3mm红色石英砂(灵寿县中岳矿产品加工厂)；

·橡胶颗粒：江苏腾达体育设施材料有限公司。

实施例1：高温抗粘型封层材料的制备

实施例1的封层材料的制备配方如下表1所示

表1：

实施例1的封层材料的制备方法如下：

按照表1中显示的用量，在160℃的温度下混合石油树脂、橡胶油和聚合物改性剂，剪切发育后获得浅色沥青并且将其保持在150℃的温度下；先将50％无机粉体(钠基蒙脱土和纳米碳酸钙各50％)加入水中，以1400rpm的搅拌速度搅拌5h，然后加入乳化剂，搅拌速度调整为120rpm搅拌30min，同时将混合液加热至80℃的温度获得皂液；将浅色沥青和皂液加入高速剪切机(FLUKO FM200)(80℃，2000rpm，25min)获得浅色乳化沥青，在浅色乳化沥青中加入剩余部分的无机粉体和水获得泥浆型浅色乳化沥青，然后加入颜料和砂砾获得高温抗粘型封层材料。

实施例2：低温抗开裂型封层材料的制备

实施例2的封层材料的制备配方如下表2所示

表2：

实施例2的封层材料的制备方法如下：

按照表2中显示的用量，在150℃的温度下混合石油树脂、橡胶油和聚合物改性剂，剪切发育后获得浅色沥青并且将其保持在140℃的温度下；先将60％无机粉体(钠基蒙脱土和纳米二氧化硅各60％)加入水中，以1400rpm的搅拌速度搅拌4h，然后加入乳化剂，搅拌速度调整为150rpm搅拌15min，同时将混合液加热至70℃的温度获得皂液；将浅色沥青和皂液加入高速剪切机(FLUKO FM200)(70℃，2000rpm，25min)获得浅色乳化沥青，在浅色乳化沥青中加入剩余部分的无机粉体和水获得泥浆型浅色乳化沥青，然后加入颜料和砂砾获得低温抗开裂型封层材料。

实施例3：抗凝冰型封层材料的制备

实施例3的封层材料的制备配方如下表3所示

表3：

实施例3的封层材料的制备方法如下：

按照表3中显示的用量，在160℃的温度下混合石油树脂、橡胶油和聚合物改性剂，剪切发育后获得浅色沥青并且将其保持在140℃的温度下；先将全部的钠基蒙脱土加入水中，以1400rpm的搅拌速度搅拌5h，然后加入乳化剂，搅拌速度调整为120rpm搅拌20min，同时将混合液加热至70℃的温度获得皂液；将浅色沥青和皂液加入高速剪切机(FLUKOFM200)(70℃，2000rpm，25min)获得浅色乳化沥青，在浅色乳化沥青中加入全部的粉末型抗凝冰剂和水获得泥浆型浅色乳化沥青，然后加入颜料和砂砾获得抗凝冰型封层材料。

实施例4：降解尾气型封层材料的制备

实施例4的封层材料的制备配方如下表4所示

表4：

实施例4的封层材料的制备方法如下：

按照表4中显示的用量，在160℃的温度下混合石油树脂、橡胶油和聚合物改性剂，剪切发育后获得浅色沥青并且将其保持在140℃的温度下；先将60％无机粉体(钠基蒙脱土和纳米二氧化硅各60％)加入水中，以1400rpm的搅拌速度搅拌5h，然后加入乳化剂，搅拌速度调整为120rpm搅拌15min，同时将混合液加热至75℃的温度获得皂液；将浅色沥青和皂液加入高速剪切机(FLUKO FM200)(75℃，2000rpm，25min)获得浅色乳化沥青，在浅色乳化沥青中加入剩余部分的无机粉体和水获得泥浆型浅色乳化沥青，然后加入颜料和砂砾获得降解尾气型封层材料。

实施例5：弹性封层材料的制备

实施例5的封层材料的制备配方如下表5所示

表5：

实施例5的封层材料的制备方法如下：

按照表5中显示的用量，在160℃的温度下混合石油树脂、橡胶油和聚合物改性剂，剪切发育后获得浅色沥青并且将其保持在140℃的温度下；先将60％无机粉体(钠基蒙脱土和纳米碳酸钙各60％)加入水中，以1400rpm的搅拌速度搅拌5h，然后加入乳化剂，搅拌速度调整为120rpm搅拌15min，同时将混合液加热至75℃的温度获得皂液；将浅色沥青和皂液加入高速剪切机(FLUKO FM200)(75℃，2000rpm，25min)获得浅色乳化沥青，在浅色乳化沥青中加入剩余部分的无机粉体和水获得泥浆型浅色乳化沥青，然后加入颜料和橡胶颗粒获得弹性封层材料。

对比例1：普通封层材料的制备

对比例1的封层材料的制备配方如下表6所示

表6：

对比例1的封层材料的制备方法如下：

按照表6中显示的用量，在160℃的温度下混合石油树脂、橡胶油和聚合物改性剂，剪切发育后获得浅色沥青并且将其保持在140℃的温度下；将乳化剂加入水中，搅拌速度调整为120rpm搅拌20min，皂液温度70℃；将浅色沥青和皂液加入高速剪切机(FLUKO FM200)(70℃，2000rpm，25min)获得浅色乳化沥青，在浅色乳化沥青中加入全部的钠基蒙脱土和纳米碳酸钙和水获得泥浆型浅色乳化沥青，然后加入颜料和砂砾获得普通封层材料。

在实施例1-5和对比例1获得的泥浆型浅色乳化沥青的基础上以如下方式确定其各个性能：

·固含量(单位为重量％)：根据ASTM D2939-03第8部分所述的方法确定；

·残留物灰分(单位为％)：根据ASTM D2939-03第10部分所述的方法确定；

·外观：通过目测确定；

·粘结性和防水性：根据ASTM D2939-03第15部分所述的方法确定；

·耐热性：根据ASTM D2939-03第14部分所述的方法确定；

·柔韧性：根据ASTM D2939-03第16部分所述的方法确定；

·拉拔力(单位为MPa)：根据JC/T 975-2005 6.15部分所述的方法确定；

·耐磨性(单位为kg/m²)：根据JTG E20-2011T0752-2011所述的方法确定，耐磨性试验采用添加砂砾或橡胶粒的封层材料作为样品进行测试；

·冰着力海绵拉拔表现：在车辙试件(尺寸为30×30cm×5cm)上均匀涂刷封层材料，涂刷厚度为0.5kg/m²，干燥时间24h。将海绵吸饱水，置于车辙试件表面，将试件置于规定试验温度的冰柜中(-5℃或-10℃)，保温4h，操作人员对海绵进行拉拔，检查海绵与试件粘结情况；

·尾气降解率(单位为％)：采用汽车尾气/路面材料环境仿真及测试系统进行封层降解吸收汽车尾气效果评价，在车辙试件(尺寸为30×30cm×5cm)上均匀涂刷封层材料，涂刷厚度为0.5kg/m²。每个试件(车辙板)汽车尾气降解能效评价经历1个周期，汽车尾气连续作用0.5个小时(同时接受阳光照射)→阳光照射2个小时→水淋15min→暴露在空气中晾干24个小时；在阳光照射2个小时的前后，进行环境箱内空气成分检测，采用NxO和HCh成分的降低百分比作为降解吸收汽车尾气的效果评价指标。

实施例1-5和对比例1中获得的实施例的各个性能的检测结果如下表7所示：

表7

根据表7中的检验结果可知，实施例1-5的封层材料在外观、粘结性和防水性、耐热性和柔韧性方面都表现良好，与对比例1相比，纳米粒子优异的增强作用，可以显著提高材料的耐热性、柔韧性、拉拔力和耐磨性。特别地，实施例1的封层材料能够耐受160℃的高温而无凸起和凹陷，实施例2的封层材料能够耐受-20℃的低温而无裂缝，实施例3的封层材料具有显著的抗凝冰效果，实施例4的封层材料具有高达35％的尾气降解率。

以上示例性实施方式所呈现的描述仅用以说明本发明的技术方案，并不想要成为毫无遗漏的，也不想要把本发明限制为所描述的精确形式。显然，本领域的普通技术人员根据上述教导作出很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员便于理解、实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的保护范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。

Claims

1.一种彩色路面封层材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

a)混合石油树脂、橡胶油和聚合物改性剂，剪切发育后获得浅色沥青；

b)以具有纳米粒子的无机粉体的总重量计，混合40-60重量％的具有纳米粒子的无机粉体和水并进行搅拌，然后降低搅拌速度伴随搅拌加入乳化剂并加热，获得皂液；

c)将步骤a)中获得的浅色沥青和步骤b)中获得的皂液加入高速剪切机获得浅色乳化沥青；

d)在浅色乳化沥青中伴随搅拌加入剩余部分的无机粉体和水，待无机粉体和水全部加入后继续搅拌，获得泥浆型浅色乳化沥青；

e)在泥浆型浅色乳化沥青中伴随搅拌加入颜料以及砂砾或橡胶颗粒，获得彩色路面封层材料，

其中所述方法中使用的每种成分的含量为：

3-11重量％的石油树脂；

10-27重量％的橡胶油；

1-5重量％的聚合物改性剂；

1-3重量％的乳化剂；

18-45重量％的水；

2-6重量％的具有纳米粒子的无机粉体；

4-8重量％的颜料；和

45-60重量％的砂砾或15-25重量％的橡胶颗粒，

上述成分的含量总和为100重量％。

2.根据权利要求1所述的彩色路面封层材料的制备方法，其特征在于，步骤a)中的混合在130-180℃的温度下进行，获得的浅色沥青保持在130-150℃的温度下。

3.根据权利要求1所述的彩色路面封层材料的制备方法，其特征在于，在步骤b)中，以具有纳米粒子的无机粉体的总重量计，先将40-60重量％的具有纳米粒子的无机粉体加入水中并且以1000-1500rpm的搅拌速度搅拌3-5h，然后加入乳化剂，搅拌速度调整为100-200rpm，搅拌20-40min，同时将混合液加热至60-80℃的温度。

4.根据权利要求1所述的彩色路面封层材料的制备方法，其特征在于，在步骤c)中，剪切温度为65-85℃，剪切机转速为2000-4000rpm，剪切时间为15-30min。

5.根据权利要求1所述的彩色路面封层材料的制备方法，其特征在于，在步骤d)中，待无机粉体和水全部加入后继续搅拌5-15min，搅拌温度为65-85℃，搅拌速度为100-200rpm。

6.根据权利要求1所述的彩色路面封层材料的制备方法，其特征在于，在步骤e)中，搅拌温度为55-85℃，搅拌速度为50-100rpm。

7.一种彩色路面封层材料，其特征在于，所述彩色路面封层材料由根据权利要求1所述的制备方法制得，并且包含：

3-11重量％的石油树脂；

10-27重量％的橡胶油；

1-5重量％的聚合物改性剂；

1-3重量％的乳化剂；

18-45重量％的水；

2-6重量％的具有纳米粒子的无机粉体；

4-8重量％的颜料；和

45-60重量％的砂砾或15-25重量％的橡胶颗粒。

8.根据权利要求7所述的彩色路面封层材料，其特征在于，所述纳米粒子具有20-100nm范围内的粒径，纳米粒子在无机粉体中的含量范围为30-100重量％。

9.根据权利要求7所述的彩色路面封层材料，其特征在于，无机粉体选自钠基蒙脱土、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、粉末型抗凝冰剂的一种或几种。

10.根据权利要求7所述的彩色路面封层材料，其特征在于，石油树脂、橡胶油和聚合物改性剂的含量分别为5-7重量％、10-13.5重量％和1.5-3.0重量％。

11.根据权利要求7所述的彩色路面封层材料，其特征在于，石油树脂、橡胶油和聚合物改性剂的含量分别为3-5重量％、13-17重量％和1-2重量％。

12.一种根据权利要求7所述的彩色路面封层材料用于制备彩色路面的用途。

13.一种根据权利要求7所述的彩色路面封层材料制得的彩色路面。