CN110435170A - 一种提高杜仲胶形状记忆性能的改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种提高杜仲胶形状记忆性能的改性方法，属于材料改性技术领域，解决目前杜仲胶改性方法单一，形状记忆性能差，结晶温度与沥青路面使用温度范围不匹配，导致杜仲胶利用率低，用于改性沥青时难以提高沥青路面形状记忆性能和自修复功能、减少沥青路面裂缝或缩小裂缝宽度的问题。本发明首先制备具有形状记忆性能的改性杜仲胶，然后将充分反应结束后的杜仲胶模压和赋予形状记忆性能，最后利用相关仪器进行性能研究，确定改性杜仲胶具有最佳形状记忆性能配方。本发明制备的改性杜仲胶，能够改性沥青，使沥青路面具有形状记忆性能。同时，对杜仲胶进行改性，丰富了杜仲胶改性方式，提高了杜仲胶利用率。

Description

一种提高杜仲胶形状记忆性能的改性方法
技术领域
本发明是一种提高杜仲胶形状记忆性能的改性方法，属于材料改性技术领域。
背景技术
近年来，关于杜仲胶应用研究有了较大突破，由于其分子链结构同时具备双键可硫化、有序性、链柔性三大特性，发展潜力巨大。杜仲胶分为天然杜仲胶(EUG)与合成杜仲胶(TPI)，EUG主要来源于杜仲树，中国拥有世界95％以上的杜仲树资源。国内TPI主要来源于个别新材料公司，拥有万吨级反式异戊胶工业化生产装置，能为各项研究提供大量新型优质原材料。20世纪80年代，作为塑料的替代品制备出杜仲胶弹性体。
对杜仲胶改性研究发现，通过硫化、接枝、与过氧化物、气泡交联等改性方式，可以改变杜仲胶本身结晶状态及性能。与其它物质共混时，能够作为改性剂，改善其它物质性能及发展。相关研究表明，根据不同的使用条件而采取不同的硫化、接枝处理工艺，并与基质沥青在适当的外在条件催化下发生反应。通过烯键交联等改善杜仲胶与沥青的相容性，使两者存储稳定，能够达到改性沥青的效果。如硫化杜仲胶可显著改善沥青的低温性能，并且沥青混合料高、低温性能、水稳定性等均表现良好。其低碳环保、适合西部、北部高寒地区对低温性能要求高的特点而使硫化杜仲胶得到极大关注。而接枝杜仲胶，则提高了粘结剂的性能以及橡胶沥青的相容性。当与乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)共同作用改性沥青时，在适当掺量下，接枝杜仲胶加入SBS改性沥青后能提高其高温性能和抗老化性能，且不降低低温性能。
沥青路面在使用过程中，由于环境、荷载等因素共同作用，会产生各种裂缝，同时，国家建设发展，人们出行需要以及物流服务行业发展，导致车流量和重载车辆日益增多，路面出现裂缝破坏，严重影响道路正常行驶，其养护维修也影响日常道路通畅。因此，人们迫切希望沥青路面在使用过程中减少裂缝，当裂缝出现时能够自动缩小裂缝宽度，直至闭合。
近年来，形状记忆材料方面相关研究快速发展，如形状记忆医用接管、空间可展开结构等。形状记忆材料是一种刺激响应型材料，可以“记忆”一种或多种预先设定的形状，在受到热、电、磁、光等外界刺激时，材料能够发生较大的可回复变形。具有可回复变形量大，加工成型容易，回复行为可控性强，成本低等优点，被广泛应用于生物医用材料、航天航空以及自修复等领域。
杜仲胶是典型的一种形状记忆材料，以其为基体的新材料应用开发具有重要现实意义。因此，有研究员希望利用杜仲胶改性沥青，赋予沥青路面形状记忆性能。随着研究发现，采用硫磺或过氧化物交联制得的具有化学交联结构的杜仲胶，在沥青路面使用温度下始终处于结晶状态，具有形状记忆性能。
但是，由于改性方法单一，杜仲胶改性后形状记忆性能差，结晶温度与沥青路面使用温度范围不匹配，导致杜仲胶利用率低，用于改性沥青时难以提高沥青路面形状记忆性能和自修复功能、减少沥青路面裂缝或缩小裂缝宽度。
本发明将提供一种提高杜仲胶形状记忆性能的改性方法，采用N-环己基-2-苯并噻唑亚磺酰胺、过氧化二苯甲酰等作为添加剂与杜仲胶进行共混密炼，采用一定设备、按照一定的步骤和方法制备具有形状记忆性能的改性杜仲胶，使其在沥青路面使用温度范围内具有形状记忆性能。一方面，丰富杜仲胶的改性方法，提高杜仲胶的使用性；另一方面，将其改性沥青，提高沥青改性后形状记忆性能，使沥青路面具有自修复功能，减少沥青路面裂缝。
发明内容
(1)技术问题
本发明目的是提供一种提高杜仲胶形状记忆性能的改性方法，解决目前杜仲胶改性方法单一，改性后形状记忆性能差，结晶温度与沥青路面使用温度范围不匹配，导致杜仲胶利用率低，用于改性沥青时难以提高沥青路面形状记忆性能和自修复功能、减少沥青路面裂缝或缩小裂缝宽度的问题。
(2)技术方案
为了解决目前杜仲胶改性方法单一，改性后形状记忆性能差，结晶温度与沥青路面使用温度范围不匹配，导致杜仲胶利用率低，用于改性沥青时难以提高沥青路面形状记忆性能和自修复功能、减少沥青路面裂缝或缩小裂缝宽度的问题。本发明提供一种提高杜仲胶形状记忆性能的改性方法，其技术方案如下：首先，采用布拉本德塑化密炼机制备形状记忆改性杜仲胶；然后，将反应结束后的杜仲胶模压并测试其相转变温度，之后在烘箱中，利用拉伸装置施加一定拉力赋予杜仲胶形状记忆性能；最后，利用差示扫描量热仪、广角X-射线衍射仪和万能试验机，分别测试改性杜仲胶热性能、结晶性能和形状记忆性能，确定不同比例过氧化二苯甲酰下符合沥青路面使用温度范围条件，具有最佳形状记忆性能的改性杜仲胶，根据试验结果，调整并确定改性杜仲胶的配方。
(3)有益效果
由于我国近年来交通量迅速增加，重载车辆增多，由此产生了各种路面裂缝病害，严重影响了人们出行和道路运营。同时，沥青路面在环境、荷载等因素共同作用下，也会产生各种裂缝，致使路面在使用年限内服务水平下降。沥青路面裂缝产生，需要投入大量资金养护维修，产生的大量废弃沥青混合料也会造成资源浪费和环境污染。
本发明提供一种杜仲胶新型改性方法，提高其形状记忆性能。将其投入沥青，进行改性，能够使沥青路面具有形状记忆性能，在路面温度达到一定程度时，开展的裂缝会自动缩小。不仅能够减少大量维护成本和资源消耗，也能提高交通运输综合效益，加快国家经济发展。同时，杜仲胶是我国特有植物，产源丰富，价格不高，绿色可持续。将其进行改性，即丰富了杜仲胶改性方式，也提高了杜仲胶利用率，推动杜仲胶大产业发展。因此，该项发明具有十分重要意义。
具体实施方式
本发明提供一种提高杜仲胶形状记忆性能的改性方法，具体实施步骤如下：
(1)启动布拉本德塑化密炼机，并预热2min，将送料口及搅拌头温度预热到70℃，设置辊轴转速为50r/min；
(2)将一定量块状杜仲胶分批投入，待杜仲胶加热软化混合均匀后，加入一定量的氧化锌粉末、硬脂酸和防老剂4010NA，在70℃下混炼7min；
(3)把一定量的N-环己基-2-苯并噻唑亚磺酰胺和不同添加量的过氧化二苯甲酰加入到布拉本德塑化密炼机中，设置辊轴转速为80r/min，混炼15min；
(4)将充分反应结束后的杜仲胶剥离，放置于模压机上，设置温度为160℃，压力为15MPa，模压时间40min，制备改性杜仲胶试样；
(5)取出模压试样，自然冷却至室温，利用动态热力学分析仪测试所制备的改性杜仲胶的相转变温度；
(6)将改性杜仲胶试样放入高于相转变温度的烘箱中，利用拉伸装置施加一定拉力使改性杜仲胶试样产生预定的拉应变，保持荷载不变，维持30min后自然降温至室温，卸除荷载，赋予杜仲胶形状记忆性能；
(7)利用差示扫描量热仪、广角X-射线衍射仪和万能试验机，分别测试不同过氧化二苯甲酰比例下制备的改性杜仲胶热性能、结晶性能和形状记忆性能及其与沥青路面使用温度范围的匹配性，确定最佳过氧化二苯甲酰比例，制备具有形状记忆性能的改性杜仲胶。

Claims (1)

1.一种提高杜仲胶形状记忆性能的改性方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：
(1)启动布拉本德塑化密炼机，并预热2min，将送料口及搅拌头温度预热到70℃，设置辊轴转速为50r/min；
(2)将一定量块状杜仲胶分批投入，待杜仲胶加热软化混合均匀后，加入一定量的氧化锌粉末、硬脂酸和防老剂4010NA，在70℃下混炼7min；
(3)把一定量的N-环己基-2-苯并噻唑亚磺酰胺和不同添加量的过氧化二苯甲酰加入到布拉本德塑化密炼机中，设置辊轴转速为80r/min，混炼15min；
(4)将充分反应结束后的杜仲胶剥离，放置于模压机上，设置温度为160℃，压力为15MPa，模压时间40min，制备改性杜仲胶试样；
(5)取出模压试样，自然冷却至室温，利用动态热力学分析仪测试所制备的改性杜仲胶的相转变温度；
(6)将改性杜仲胶试样放入高于相转变温度的烘箱中，利用拉伸装置施加一定拉力使改性杜仲胶试样产生预定的拉应变，保持荷载不变，维持30min后自然降温至室温，卸除荷载，赋予杜仲胶形状记忆性能；
(7)利用差示扫描量热仪、广角X-射线衍射仪和万能试验机，分别测试不同过氧化二苯甲酰比例下制备的改性杜仲胶热性能、结晶性能和形状记忆性能及其与沥青路面使用温度范围的匹配性，确定最佳过氧化二苯甲酰比例，制备具有形状记忆性能的改性杜仲胶。
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