CN109486225A - 用于沥青路面的粉末型抗冻材料、缓释防潮膜材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种缓释效果好、实际应用时能与路面材料完全融合不易在搅拌时破坏结构的用于沥青路面的粉末型抗冻材料、缓释防潮膜材料及其制备方法。本发明提供了一种用于沥青路面的粉末型抗冻材料，包括芯材和膜材料：所述芯材组分包括抑冰组分和阻锈剂；所述膜材料组分包括交联型高分子材料、疏水材料。发明提供的用于沥青路面的粉末型抗冻材料的缓释效果十分优异，能够满足四级公路的设计寿命需求，其粒径小，能够完全融入路面材料中，不会因为在路面材料搅拌时导致表膜破裂过早释放出抑冰材料，对融雪盐的抗腐蚀标准好，提供的缓释防潮膜材料对有效成分的缓释效果以及抗潮能力都十分优良，可以作为实用有效的沥青路面添加剂。

Description

用于沥青路面的粉末型抗冻材料、缓释防潮膜材料及其制备 方法

技术领域

本发明属于道路路面防冻除冰技术领域，具体涉及用于沥青路面的粉末型抗冻材料、缓释防潮膜材料及其制备方法。

背景技术

交通运输是国民经济的命脉，对中国现代化建设的进程发展起着无可估量的作用。随着经济的不断进步发展，纵横交错的公路，特别是蓬勃发展的高速公路已经成为了连接各大城市地区的生命线。然而，在我国大部分地区冬季降雪较多，导致路面结冰，使得冬季行车安全受到很大的威胁，不仅如此，长时间降雪还会导致道路封闭，严重影响正常的经济秩序。由此可见，冬季降雪对路面的影响从社会安全和经济稳定性两方面都带来了严重的危害。因此，清楚冬季道路冰雪，维持冬季道路秩序显得尤为重要。

目前国内外普遍采用的冬季除冰雪技术主要以被动除冰技术为主，如撒泼融雪剂、人工扫雪、机械除雪等。这类除雪方式首先在人力资、设备损耗上都需要投入较多的成本，且具有滞后性，不能第一时间防止路面积雪对交通道路带来危害。因此，能够铺装在路面下的具有主动抑冰功能的抗冻材料突显出了独特的优越性。目前，瑞士路丽美和日本马飞龙公司为沥青路面抗冻材料的主要生产商，国内也有部分公司进行了抗冻材料的研发，其作用原理主要是通过将掺有具备降低水冰点功能的盐化物铺设到沥青道路以下，当冬季降雪时，盐化物能够第一时间从路内释放出来，使得道路表面冰点降低，从而极大减缓路面结冰速度，为后续处理赢得充分的时间，提高冬季道路安全性能。

现有国内自主研发的抗冻材料主要以粒径毫米级的颗粒型为主，而颗粒型的抗冻材料存在着以下几点问题：在沥青混拌过程中，颗粒易破碎，导致其原有缓释效果减弱，且对沥青的结构造成影响；在铺设到道路内后，车辆来回的碾压也会导致颗粒的破碎而丧失缓释效果。而粉末型的抗冻材料则不会出现此类问题。因此，粉末型抗冻材料的研发对产品性能的提升有着重要的意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种缓释效果好、实际应用时能与路面材料完全融合不易在搅拌时破坏结构的用于沥青路面的粉末型抗冻材料、缓释防潮膜材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供了一种用于沥青路面的粉末型抗冻材料，包括芯材和膜材料：所述芯材组分包括抑冰组分和阻锈剂；所述膜材料组分包括交联型高分子材料、疏水材料。

针对国内现有颗粒型抗冻材料产品硬度不足导致沥青混拌及铺设到路面内易被碾压破碎导致盐化物过量释放而产品失效的情况，本发明提供了一种防止此类情况发生的粉末型抗冻材料。该材料中，盐化物主要起到降低路面冰点的作用；交联型高分子材料由于其多孔结构，吸附到盐化物表面形成缓释层，并可以通过调节交联型高分子的添加量控制缓释层的缓释效果，实现盐化物释放速率可控；由于盐化物暴露在空气中容易吸潮，特别是氯化钙、氯化镁等盐化物，在空气中极易吸潮，为了防止盐化物的潮解，需要添加有机-无机混合型疏水材料，一方面与盐化物等无机物有更好的相容性，一方面与高分子材料有更好的相容性。

进一步的，上述用于沥青路面的粉末型抗冻材料中，所述抑冰组分为盐化物，所述盐化物为氯化钠、氯化钙、氯化镁、醋酸钾、甲酸钠、醋酸钙镁中的一种或多种混合。

进一步的，上述用于沥青路面的粉末型抗冻材料中，所述交联型高分子材料包括交联高分子及其对应的固化剂。

进一步优选的，上述用于沥青路面的粉末型抗冻材料中，所述交联型高分子材料为改性聚氨酯及其固化剂、改性环氧树脂及其固化剂、改性聚醚多元醇及其固化剂中的一种或多种混合。

进一步优选的，上述用于沥青路面的粉末型抗冻材料中，所述的疏水材料包括如下重量份组分：聚醚二醇20-30份、羟丙基甲基纤维素10-20份、硅酸钙20-30份、二氧化硅20-50份。

进一步优选的，上述用于沥青路面的粉末型抗冻材料中，所述的阻锈剂包括如下重量组分：磷酸二氢锌10-20份、钨酸钠10-20份、硫脲10-20份，葡萄糖酸钠20-70份。

进一步的，上述用于沥青路面的粉末型抗冻材料包括如下重量份组分：750-850份抑冰组分、阻锈剂5-6份、80-100份交联型高分子材料、疏水材料80-100份。交联型高分子材料即线形或支链形大分子间以化学键交联而成，许多大分子经交联键合成为一个整体。

进一步的，上述用于沥青路面的粉末型抗冻材料的粒径为75-100μm。

本发明还提供一种用于沥青路面的缓释防潮膜材料，其组成同如上所述的用于沥青路面的粉末型抗冻材料中的膜材料组成。

此外，本发明还提供一种如上所述的用于沥青路面的粉末型抗冻材料的制备方法，包括步骤：

S1.将盐化物研磨成粒径不大于75μm的粉末颗粒，与阻锈剂共混；

S2.在混合物中加入交联型高分子材料，加入量为总添加量的1/2，加热至95±2℃，搅拌共混10-15分钟；

S3.在混合物中加入疏水材料，加入量为总添加量的1/2，保持温度共混5-10分钟；

S4.重复步骤S2及步骤S3，将剩余的交联型高分子材料与疏水材料加入共混物，混拌均匀；

S5.混拌后静置冷却，筛分，得到应用于沥青路面的缓释型粉末型抗冻材料。

本发明提供的用于沥青路面的粉末型抗冻材料的缓释效果十分优异，能够满足四级公路的设计寿命需求，其粒径小，能够完全融入路面材料中，不会因为在路面材料搅拌时导致表膜破裂过早释放出抑冰材料，对融雪盐的抗腐蚀标准好，提供的缓释防潮膜材料对有效成分的缓释效果以及抗潮能力都十分优良，可以作为实用有效的沥青路面添加剂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例中抗冻材料的碳钢腐蚀率的测试结果；

图2为本发明实施例中抗冻材料的缓释性能测试结果；

图3为本发明实施例中抗冻材料的有效成分的吸潮率测试结果；

图4为本发明一实施例提供的粉末型抗冻材料滴入水滴后的实物图。

具体实施方式

下面结合图1至图4以及具体的实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，本发明所记载的实施例仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

若无特殊说明，实施例中的百分比均为质量百分比。

实施例1

(1)取氯化钙800g，研磨成粒径≤75μm的粉末，并加入磷酸二氢锌1g、钨酸钠1g、硫脲1g，葡萄糖酸钠3g，混拌均匀后预热至85℃。

(2)将40g丙烯酸酯类改性聚醚多元醇在100℃下预热5分钟，取20g加入上述混合物中，使加热搅拌器中温度保持95℃，混拌15分钟，再加入20g固化剂，混拌10分钟后形成裹附在粉末周围的改性聚氨酯层。

(3)将20g聚醚二醇、10g羟丙基甲基纤维素、20g硅酸钙以及50g二氧化硅混合均匀，作为疏水添加剂。取50g加入上述混合物中，混拌10分钟使其均匀混合。

(4)重复步骤(2)和步骤(3)，即把剩余的20g丙烯酸酯类改性聚醚多元醇、20g对应固化剂、50g疏水添加剂依次加入混合体系中。

(5)混合均与后冷却至常温，筛分取粒径75-100μm的成品，得到以氯化钙为主要抑冰成分的粉末型抗冻材料。

实施例2

(1)取氯化钠800g，研磨成粒径≤75μm的粉末，并加入磷酸二氢锌2g、钨酸钠1g、硫脲1g，葡萄糖酸钠2g，混拌均匀后预热至85℃。

(2)将50g改性环氧树脂在70℃下预热5分钟，取25g加入上述混合物中，使加热搅拌器中温度保持80℃，混拌15分钟，再加入15g咪唑类固化剂，混拌10分钟后形成裹附在粉末周围的改性环氧树脂层。

(3)将20g聚醚二醇、10g羟丙基甲基纤维素、20g硅酸钙以及30g二氧化硅混合均匀，作为疏水添加剂。取40g加入上述混合物中，混拌10分钟使其均匀混合。

(4)重复步骤(2)和步骤(3)，即把剩余的25g改性环氧树脂、15g咪唑类固化剂、40g疏水添加剂依次加入混合体系中。

(5)混合均与后冷却至常温，筛分取粒径75-100μm的成品，得到以氯化钠为主要抑冰成分的粉末型抗冻材料。

实施例3

(1)取氯化镁800g，研磨成粒径≤75μm的粉末，并加入磷酸二氢锌1g、钨酸钠1g、硫脲2g，葡萄糖酸钠2g，混拌均匀后预热至85℃。

(2)将30g三甘油脂肪酸酯类改性聚醚多元醇在100℃下预热5分钟，取15g加入上述混合物中，使加热搅拌器中温度保持95℃，混拌15分钟，再加入15g对应固化剂，混拌10分钟后形成裹附在粉末周围的改性聚氨酯层。

(3)将20g聚醚二醇、10g羟丙基甲基纤维素、20g硅酸钙以及40g二氧化硅混合均匀，作为疏水添加剂。取45g加入上述混合物中，混拌10分钟使其均匀混合。

(4)重复步骤(2)和步骤(3)，即把剩余的15g三甘油脂肪酸酯类改性聚醚多元醇、15g对应固化剂、45g疏水添加剂依次加入混合体系中。

(5)混合均与后冷却至常温，筛分取粒径75-100μm的成品，得到以氯化镁为主要抑冰成分的粉末型抗冻材料。

本发明的应用于沥青路面的缓释型粉末型抗冻材料的碳钢腐蚀率测定依据GB/T18175-2000《水处理剂缓蚀性能的测定》的试验方法和条件对实施例1至实施例3提供的粉末型抗冻材料，氯化钙、氯化镁、氯化钠纯样以及纯水进行测定。测定结果如表1所示。

表1 碳钢腐蚀率对比

样品名	平均碳钢腐蚀率(mm/a)
		实施例1	0.036
实施例2	0.023
		实施例3	0.043
氯化钙	0.223
		氯化钠	0.391
氯化镁	0.462
		纯水	0.059

由表1我们可以看到，实施例1至实施例3提供的抗冻材料对碳钢腐蚀率较纯盐化物下降了10倍以上，均能达到要求最高的北京地方标准DB11/T161-2012《融雪剂》对融雪盐的抗腐蚀标准，甚至比纯水的碳钢腐蚀率更低，如图1所示。

本发明的应用于沥青路面的缓释型粉末型抗冻材料添加了交联型高分子材料，能够起到缓释膜的作用，使得盐化物能够缓慢释放，延长抗冻材料的使用寿命，降低无效释放。实验参考HG/T3931-2007缓控释肥料行业标准的试验方法，对实施例1至实施例3提供的粉末型抗冻材料在沥青试件中24h内的释放进行测定，观测其缓释效果，结果如图2所示(图中实验案例1即为实施例1，以此类推)。

从图2中可以看到实施例提供的粉末型抗冻材料中有效抑冰成分的平均释放率约为0.12％/天，则理论上释放至80％的时间为642天，按照全年平均降雨降雪天数为120天计算，则理论寿命可达5-6年。

本发明的应用于沥青路面的缓释型粉末型抗冻材料添加了疏水添加剂，特别针对于在空气中易吸潮的以氯化钙、氯化镁为主要抗凝冰组分的抗冻材料。图3(图中实验案例1即为实施例1，以此类推)为三个实施例提供的粉末型抗冻材料以及纯氯化钙、氯化钠及氯化镁暴露在空气中的吸潮实验，其具体数据如表2所示。具体操作为：将6个样品平铺在表面皿中称重，记下质量m；将样品暴露在空气中，每隔15分钟对6个样品分别称重，记下质量m_t；以(m_t-m)/m对时间t作图，斜率即为样品的吸潮率。

从表2及图3可以看出，疏水添加剂的加入能够非常有效地降低抗冻材料的吸潮率。由图4也可以直观看到，将水滴垂直滴入盛有缓释型粉末型抗冻材料的培养皿中，可以看到水滴不会浸润在材料中，而是形成一个被疏水材料包裹的大水珠浮于材料表面，形成大于90°的接触角。此外，本发明提供的粉末型抗冻材料均能适应180℃高温不变性，可适用于普通沥青生产加工温度。

表2 吸潮率对比

样品	吸潮率(％/h)
		实施例1	0.44
实施例2	0
		实施例3	0.38
氯化钙	4.9
		氯化钠	0
氯化镁	2.9

Claims (10)

1.用于沥青路面的粉末型抗冻材料，其特征在于，包括芯材和膜材料：

所述芯材组分包括抑冰组分和阻锈剂；

所述膜材料组分包括交联型高分子材料、疏水材料。

2.根据权利要求1所述的用于沥青路面的粉末型抗冻材料，其特征在于，

所述抑冰组分为盐化物，所述盐化物为氯化钠、氯化钙、氯化镁、醋酸钾、甲酸钠、醋酸钙镁中的一种或多种混合。

3.根据权利要求1所述的用于沥青路面的粉末型抗冻材料，其特征在于，

所述交联型高分子材料包括交联高分子及其对应的固化剂。

4.根据权利要求3所述的用于沥青路面的粉末型抗冻材料，其特征在于，

所述交联型高分子材料为改性聚氨酯及其固化剂、改性环氧树脂及其固化剂、改性聚醚多元醇及其固化剂中的一种或多种混合。

5.根据权利要求1所述的用于沥青路面的粉末型抗冻材料，其特征在于，

所述的疏水材料包括如下重量份组分：

聚醚二醇20-30份、羟丙基甲基纤维素10-20份、硅酸钙20-30份、二氧化硅20-50份。

6.根据权利要求1所述的用于沥青路面的粉末型抗冻材料，其特征在于，

所述的阻锈剂包括如下重量组分：

磷酸二氢锌10-20份、钨酸钠10-20份、硫脲10-20份，葡萄糖酸钠20-70份。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的用于沥青路面的粉末型抗冻材料，其特征在于，包括如下重量份组分：

750-850份抑冰组分、阻锈剂5-6份、80-100份交联型高分子材料、疏水材料80-100份。

8.根据权利要求1所述的用于沥青路面的粉末型抗冻材料，其特征在于，

粒径为75-100μm。

9.用于沥青路面的缓释防潮膜材料，其特征在于，如权利要求1至8中任意一项所述的用于沥青路面的粉末型抗冻材料中的膜材料组成。

10.根据权利要求1至8中任意一项所述的用于沥青路面的粉末型抗冻材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

S1.将盐化物研磨成粒径不大于75μm的粉末颗粒，与阻锈剂共混；

S2.在混合物中加入交联型高分子材料，加入量为总添加量的1/2，加热至95±2℃，搅拌共混10-15分钟；

S3.在混合物中加入疏水材料，加入量为总添加量的1/2，保持温度共混5-10分钟；

S4.重复步骤S2及步骤S3，将剩余的交联型高分子材料与疏水材料加入共混物，混拌均匀；

S5.混拌后静置冷却，筛分，得到应用于沥青路面的缓释型粉末型抗冻材料。