CN111978667B - 透水塑胶道路面层用的胶结剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种透水塑胶道路面层用的胶结剂，涉及一种胶结剂，具体包括以下质量份数的组分：苯乙烯101.5～103.5、橡胶组分10.5～12.3、矿物质油1.0～3.5、聚二甲基硅氧烷0.1～0.3、高级脂肪酸金属盐0.01～0.1、分子量调节剂0.02～0.08、聚合起始剂0.03～0.06；橡胶组分，为A橡胶和B橡胶的共混物，A橡胶为高顺聚丁二烯橡胶，B橡胶为低顺聚丁二烯橡胶；高顺聚丁二烯橡胶为结构质量分数93％以上的的顺式‑1,4‑聚丁二烯橡胶；为了解决现有技术中的塑胶道路面胶结剂功能性较少的问题，本发明通过各组分的聚合以及共混能够使胶结剂具有辅助提高路面物理性能的效果，尤其是能够显著提高路面的抗滑值和拉伸强度，增强透水塑胶道路面层的粘结率，增加强度。

Description

透水塑胶道路面层用的胶结剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种胶结剂，更具体地说，它涉及一种用于透水塑胶道路面层的胶结剂。
背景技术
塑胶跑道又称全天候田径运动跑道，它由聚氨酯预聚体、混合聚醚、废轮胎橡胶、EPDM橡胶粒或PU颗粒、颜料、助剂、填料组成。塑胶跑道具有平整度好、抗压强度高、硬度弹性适当、物理性能稳定的特性，有利于运动员速度和技术的发挥，有效地提高运动成绩，降低摔伤率。塑胶跑道是由聚氨酯橡胶等材料组成的，具有一定的弹性和色彩，具有一定的抗紫外线能力和耐老化力是国际上公认的最佳全天候室外运动场地坪材料；
随着技术的发展塑胶路面不再局限于运动场，而广泛运用于城市一般道路，塑胶跑道一般都需要具有透水透气性，大部分透水透气塑胶道路一般采用胶结剂混合EPDM橡胶颗粒喷施的方式作为路面层，胶结剂多采用PU胶，具体可分为单组分或双组份；
例如申请号为201711258112.7，名称为的中国专利“一种环保双组份聚氨酯塑胶跑道胶黏剂的制备方法”公开了“本发明公开了一种环保双组份聚氨酯塑胶跑道胶黏剂，包括A组份和B组份。其中A组份为一定异氰酸根质量分数的聚氨酯预聚体，由聚醚多元醇和二苯基甲烷二异氰酸酯制得；B组份由三官能度醇类交联剂和三羟甲基丙烷按一定比例混合，加入填料、阻燃剂、偶联剂、色浆，调整至合适粘度，经剪切、研磨、真空脱水之后密封保存。本发明制备的聚氨酯塑胶跑道胶黏剂无毒、无溶剂、不含增塑剂、不含甲苯二异氰酸酯和胺类扩链剂，具有环保、物理性能优异的特点。A组份和B组份按1 ~ 5：1的比例混合后，加入A组份质量分数0.01% ~ 0.1%的环保催干剂，可用于透气型、复合型、混合型、全塑型塑胶跑道施工”；
诸如上述的PU胶虽然能够完成路面铺设，但是主要还是依靠EPDM橡胶颗粒保证路面的物理性能，尤其是抗滑值，胶结剂的功能性较少。
发明内容
本发明提供一种能够提高路面抗滑值的透水塑胶道路面层用的胶结剂，解决相关技术中胶结剂的功能性较少的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种透水塑胶道路面层用的胶结剂，包括以下质量份数的组分：
苯乙烯101.5～103.5、橡胶组分10.5～12.3、矿物质油1.0～3.5、聚二甲基硅氧烷0.1～0.3、高级脂肪酸金属盐0.01～0.1、分子量调节剂0.02～0.08、聚合起始剂0.03～0.06；
橡胶组分，为A橡胶和B橡胶的共混物，A橡胶为高顺聚丁二烯橡胶，B橡胶为低顺聚丁二烯橡胶。
通过采用上述技术方案，本发明通过各组分的聚合以及共混能够使胶结剂具有辅助提高路面物理性能的效果，尤其是能够显著提高路面的抗滑值和拉伸强度。解决现有技术中的塑胶道路面胶结剂功能性较少的问题。
进一步地，所述A橡胶和B橡胶的混合比为1~3:7~9。
进一步地，所述高顺聚丁二烯橡胶为结构质量分数93%以上的顺式-1,4-聚丁二烯橡胶。
进一步地，所述低顺聚丁二烯橡胶为结构质量分数35~40%的顺式-1,4-聚丁二烯橡胶。
进一步地，所述矿物质油为常温下具有54 ~ 76cSt的黏度的石蜡油。
进一步地，所述聚合起始剂为4-甲基苯甲酸叔丁酯。
进一步地，所述分子量调节剂为脂肪族硫醇。
根据本发明的另一个方面，提供了一种透水塑胶道路面层用的胶结剂的制备方法，包括以下步骤：
将苯乙烯101.5～103.5份、橡胶组分10.5～12.3份、矿物质油1.0～3.5份、聚二甲基硅氧烷0.1～0.3份和第一溶剂混合，室温下以200～400rpm的速率搅拌6～7h后，加入高级脂肪酸金属盐0.01～0.1份、分子量调节剂0.02～0.08份、聚合起始剂0.03～0.06份后再以200～400rpm的速率搅拌5～6h，形成原料胶液；
将所述的原料胶液送入第一反应器内，在95～115℃、0.6～1.2MPa、搅拌速度为50～150rpm的条件下进行接枝聚合反应至聚合产物中固体含量为20～35%；然后送入第二反应器， 在115～130℃、0.6～1.2MPa、搅拌速度为50～150rpm的条件下继续反应至聚合产物中固体含量为35～50%；最后送至第三反应器，在135～155℃、0.6～1.2MPa、搅拌速度为10～50rpm条件下反应至聚合产物中固体含量为55～70%；
聚合产物加入第二溶剂制得透水塑胶道路面层用的胶结剂。
进一步地，所述第一溶剂为芳香烃或脂肪烃，所述芳香烃选自甲苯和/或乙苯；所述脂肪烃选自正戊烷、正已烷和/或环己烷。
进一步地，所述第二溶剂为甲苯或丙酮等有机溶剂。
本发明的有益效果在于：
本发明通过各组分的聚合以及共混能够使胶结剂具有辅助提高路面物理性能的效果，尤其是能够显著提高路面的抗滑值和拉伸强度。
本发明的石蜡油组分能够显著的提高面层的拉伸强度和抗滑值；
本发明的聚二甲基硅氧烷组分能够显著的提高面层的拉伸强度；
本发明通过分子量调节剂的控制胶结剂的重均分子量（150000～170000）能够使面层获得合适的垂直变形、断裂伸长率、冲击吸收率，增强透水塑胶道路面层的粘结率，增加强度。
具体实施方式
现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，并非是对权利要求书中所阐述的保护范围、适用性或者示例的限制。可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。例如，所描述的方法可以按照与所描述的顺序不同的顺序来执行，以及各个步骤可以被添加、省略或者组合。另外，相对一些示例所描述的特征在其它例子中也可以进行组合。
本发明提供了透水塑胶道路面层用的胶结剂，包括苯乙烯、橡胶组分、矿物质油、聚二甲基硅氧烷、高级脂肪酸金属盐、分子量调节剂和聚合起始剂；
作为苯乙烯，可选其他类似同族化合物代替，例如α-甲基苯乙烯、乙基苯乙烯等；
作为橡胶组分，为A橡胶和B橡胶的共混物，A橡胶为高顺聚丁二烯橡胶，B橡胶为低顺聚丁二烯橡胶，A橡胶和B橡胶的混合比为1～3:7～9；
高顺聚丁二烯橡胶选择结构质量分数93%以上的顺式-1,4-聚丁二烯橡胶；
低顺聚丁二烯橡胶选择结构质量分数35～40%的顺式-1,4-聚丁二烯橡胶；
作为矿物质油，为常温下具有54～76cSt的黏度的石蜡油；重量份数为1.0～3.5，低于1.0影响流动性，高于3.5影响稳定性；
作为聚二甲基硅氧烷，常温下具有5000～10000cSt的黏度，采用上海易恩化学技术有限公司的产品，货号：R003935-2.5L；
作为高级脂肪酸金属盐，可选但不限于：高级脂肪酸的钡、镉、铅、钙、镁、锌、锶等金属盐；
作为分子量调节剂，采用脂肪族硫醇。例如十二碳硫醇；
作为聚合起始剂，采用4-甲基苯甲酸叔丁酯，采用北京华威锐科化工有限公司的产品，CAS号:13756-42-8分子式:C12H16O2分子量:192.25；重量份数为0.03～ 0.06，投入量过少，聚合物的拉伸率会下降，冲击性会下降，投入过量的话，聚合反应会急剧上升，无法控制聚合温度，会变得危险
以下将结合具体实施例对本发明进行更详细的描述，然而以下实施例仅限于对本发明的理解，本发明并不仅限于实施例所给出的范围；
实施例1
以重量份数计，
苯乙烯103.5份；
橡胶组分10.5份，为A橡胶和B橡胶的共混物，A橡胶为高顺聚丁二烯橡胶，B橡胶为低顺聚丁二烯橡胶，A橡胶和B橡胶的混合比为1:9；
高顺聚丁二烯橡胶选择结构质量分数93%以上的顺式-1,4-聚丁二烯橡胶；
低顺聚丁二烯橡胶选择结构质量分数35～40%的顺式-1,4-聚丁二烯橡胶；
矿物质油3.5份，为常温下具有54～76cSt的黏度的石蜡油；
聚二甲基硅氧烷0.1份，常温下具有5000～10000cSt的黏度，采用上海易恩化学技术有限公司的产品，货号：R003935-2.5L；
高级脂肪酸金属盐0.01，高级脂肪酸的钡盐；
分子量调节剂0.02份，采用十二碳硫醇；
聚合起始剂0.03份，采用4-甲基苯甲酸叔丁酯，采用北京华威锐科化工有限公司的产品，CAS号:13756-42-8分子式:C12H16O2分子量:192.25；
实施例2
以重量份数计，
苯乙烯102.5份；
橡胶组分11.3份，为A橡胶和B橡胶的共混物，A橡胶为高顺聚丁二烯橡胶，B橡胶为低顺聚丁二烯橡胶，A橡胶和B橡胶的混合比为1:7；
高顺聚丁二烯橡胶选择结构质量分数93%以上的顺式-1,4-聚丁二烯橡胶；
低顺聚丁二烯橡胶选择结构质量分数35～40%的顺式-1,4-聚丁二烯橡胶；
矿物质油2.2份，为常温下具有54～76cSt的黏度的石蜡油；
聚二甲基硅氧烷0.2份，常温下具有5000～10000cSt的黏度，采用上海易恩化学技术有限公司的产品，货号：R003935-2.5L；
高级脂肪酸金属盐0.05，高级脂肪酸的钡盐；
分子量调节剂0.08份，采用十二碳硫醇；
聚合起始剂0.04份，采用4-甲基苯甲酸叔丁酯，采用北京华威锐科化工有限公司的产品，CAS号:13756-42-8分子式:C12H16O2分子量:192.25；
实施例3
以重量份数计，
苯乙烯101.5份；
橡胶组分10.5份，为A橡胶和B橡胶的共混物，A橡胶为高顺聚丁二烯橡胶，B橡胶为低顺聚丁二烯橡胶，A橡胶和B橡胶的混合比为1～3:7～9；
高顺聚丁二烯橡胶选择结构质量分数93%以上的顺式-1,4-聚丁二烯橡胶；
低顺聚丁二烯橡胶选择结构质量分数35～40%的顺式-1,4-聚丁二烯橡胶；
矿物质油1.0份，为常温下具有54～76cSt的黏度的石蜡油；
聚二甲基硅氧烷0.3份，常温下具有5000～10000cSt的黏度，采用上海易恩化学技术有限公司的产品，货号：R003935-2.5L；
高级脂肪酸金属盐0.1，高级脂肪酸的钡盐；
分子量调节剂0.08份，采用十二碳硫醇；
聚合起始剂0.06份，采用4-甲基苯甲酸叔丁酯，采用北京华威锐科化工有限公司的产品，CAS号:13756-42-8分子式:C12H16O2分子量:192.25；
比较例1
以重量份数计，
苯乙烯103.5份；
橡胶组分10.5份，为A橡胶和B橡胶的共混物，A橡胶为高顺聚丁二烯橡胶，B橡胶为低顺聚丁二烯橡胶，A橡胶和B橡胶的混合比为1:9；
高顺聚丁二烯橡胶选择结构质量分数93%以上的顺式-1,4-聚丁二烯橡胶；
低顺聚丁二烯橡胶选择结构质量分数35～40%的顺式-1,4-聚丁二烯橡胶；
聚二甲基硅氧烷0.1份，常温下具有5000～10000cSt的黏度，采用上海易恩化学技术有限公司的产品，货号：R003935-2.5L；
高级脂肪酸金属盐0.01，高级脂肪酸的钡盐；
分子量调节剂0.02份，采用十二碳硫醇；
聚合起始剂0.03份，采用4-甲基苯甲酸叔丁酯，采用北京华威锐科化工有限公司的产品，CAS号:13756-42-8分子式:C12H16O2分子量:192.25；
比较例2
以重量份数计，
苯乙烯103.5份；
橡胶组分10.5份，为A橡胶和B橡胶的共混物，A橡胶为高顺聚丁二烯橡胶，B橡胶为低顺聚丁二烯橡胶，A橡胶和B橡胶的混合比为1:9；
高顺聚丁二烯橡胶选择结构质量分数93%以上的顺式-1,4-聚丁二烯橡胶；
低顺聚丁二烯橡胶选择结构质量分数35～40%的顺式-1,4-聚丁二烯橡胶；
矿物质油1.0份，为常温下具有54～76cSt的黏度的石蜡油；
高级脂肪酸金属盐0.01，高级脂肪酸的钡盐；
分子量调节剂0.02份，采用十二碳硫醇；
聚合起始剂0.03份，采用4-甲基苯甲酸叔丁酯，采用北京华威锐科化工有限公司的产品，CAS号:13756-42-8分子式:C12H16O2分子量:192.25；
比较例3
以重量份数计，
苯乙烯103.5份；
橡胶组分10.5份，为A橡胶和B橡胶的共混物，A橡胶为高顺聚丁二烯橡胶，B橡胶为低顺聚丁二烯橡胶，A橡胶和B橡胶的混合比为1:9；
高顺聚丁二烯橡胶选择结构质量分数93%以上的顺式-1,4-聚丁二烯橡胶；
低顺聚丁二烯橡胶选择结构质量分数35～40%的顺式-1,4-聚丁二烯橡胶；
矿物质油3.5份，为常温下具有54～76cSt的黏度的石蜡油；
聚二甲基硅氧烷0.1份，常温下具有5000～10000cSt的黏度，采用上海易恩化学技术有限公司的产品，货号：R003935-2.5L；
高级脂肪酸金属盐0.01，高级脂肪酸的钡盐；
分子量调节剂2.0份，采用十二碳硫醇；
聚合起始剂0.03份，采用4-甲基苯甲酸叔丁酯，采用北京华威锐科化工有限公司的产品，CAS号:13756-42-8分子式:C12H16O2分子量:192.25；
实施例与比较例的组分可参照表1；
表1
Figure 797597DEST_PATH_IMAGE001
无论是实施例还是比较例均是采用以下方法测试其效果：
实地实施，在经过防水处理的水泥和沥青地面铺设面层，面层配方为透水塑胶道路面层用的胶结剂与EPDM橡胶颗粒的重量比为1:4，充分混合均匀后加入催干剂CUCAT-PDS，搅拌均匀之后摊铺平整；
常温固化13天后参照国标GB/T14833-2011进行物理性能测试；
测试结果见表2
表2
Figure 255123DEST_PATH_IMAGE002
从上述实验以及表中数据可以确定：
减除矿物油组分的比较例1相较于实施例1拉伸强度明显降低，抗滑值明显降低，垂直变形、断裂伸长率、冲击吸收率变化不明显；
减除聚二甲基硅氧烷的比较例2相较于实施例1拉伸强度明显降低，抗滑值、垂直变形、断裂伸长率、冲击吸收率变化不明显；
分子量调节剂重量份数2的比较例3相较于实施例1拉伸强度、抗滑值、
垂直变形、断裂伸长率、冲击吸收率明显降低；
综上，可见石蜡油影响的胶结剂施工的面层的拉伸强度和抗滑值较为明显，通过上述石蜡油的添加能够显著的提高面层的拉伸强度和抗滑值；
同理，聚二甲基硅氧烷能够显著的提高面层的拉伸强度；
通过分子量调节剂的控制胶结剂的重均分子量（150000～170000）能够影响面层的垂直变形、断裂伸长率、冲击吸收率，合适的重量份的分子量调节剂能够使面层获得合适的垂直变形、断裂伸长率、冲击吸收率；
本实施例还提供一种透水塑胶道路面层用的胶结剂的制备方法：
苯乙烯101.5～103.5份、橡胶组分10.5～12.3份、矿物质油1.0～3.5份、聚二甲基硅氧烷0.1～0.3份、高级脂肪酸金属盐0.01～0.1份、分子量调节剂0.02～0.08份、聚合起始剂0.03～0.06份
将苯乙烯101.5～103.5份、橡胶组分10.5～12.3份、矿物质油1.0～3.5份、聚二甲基硅氧烷0.1～0.3份和第一溶剂混合，室温下以200～400rpm的速率搅拌6～7h后，加入高级脂肪酸金属盐0.01～0.1份、分子量调节剂0.02～0.08份、聚合起始剂0.03～0.06份后再以200～400rpm的速率搅拌5～6h，形成原料胶液；
将所述的原料胶液送入第一反应器内，在95～115℃、0.6～1.2MPa、搅拌速度为50～150rpm的条件下进行接枝聚合反应至聚合产物中固体含量为20～35%；然后送入第二反应器， 在115～130℃、0.6～1.2MPa、搅拌速度为50～150rpm的条件下继续反应至聚合产物中固体含量为35～50%；最后送至第三反应器，在135～155℃、0.6～1.2MPa、搅拌速度为10～50rpm条件下反应至聚合产物中固体含量为55～70%；
聚合产物加入第二溶剂制得胶液产品；或脱挥分离后溶于第二溶剂制得胶液产品。
第一溶剂选自芳香烃或脂肪烃，所述芳香烃选自甲苯和/或乙苯；所述脂肪烃选自正戊烷、正已烷和/或环己烷；
第二溶剂选自甲苯或丙酮等有机溶剂。

Claims (3)

1.一种透水塑胶道路面层用的胶结剂，其特征在于，包括以下质量份数的组分：
苯乙烯101.5～103.5、橡胶组分10.5～12.3、矿物质油1.0～3.5、聚二甲基硅氧烷0.1～0.3、高级脂肪酸金属盐0.01～0.1、分子量调节剂0.02～0.08、聚合起始剂0.03～0.06；
橡胶组分，为A橡胶和B橡胶的共混物，A橡胶为高顺聚丁二烯橡胶，B橡胶为低顺聚丁二烯橡胶；
所述A橡胶和B橡胶的混合比为1~3:7~9；
所述高顺聚丁二烯橡胶为结构质量分数93%以上的顺式-1,4-聚丁二烯橡胶；
所述低顺聚丁二烯橡胶为结构质量分数35~40%的顺式-1,4-聚丁二烯橡胶；
所述矿物质油为常温下具有54 ~ 76cSt的黏度的石蜡油；所述聚合起始剂为4-甲基苯甲酸叔丁酯。
2.根据权利要求1所述的透水塑胶道路面层用的胶结剂，其特征在于，所述分子量调节剂为脂肪族硫醇。
3.根据权利要求1或2所述的一种透水塑胶道路面层用的胶结剂的制备方法，其特征在于，所述的透水塑胶道路面层用的胶结剂的制备方法包括以下步骤：
将苯乙烯101.5～103.5份、橡胶组分10.5～12.3份、矿物质油1.0～3.5份、聚二甲基硅氧烷0.1～0.3份和第一溶剂混合，室温下以200～400rpm的速率搅拌6～7h后，加入高级脂肪酸金属盐0.01～0.1份、分子量调节剂0.02～0.08份、聚合起始剂0.03～0.06份后再以200～400rpm的速率搅拌5～6h，形成原料胶液；
将所述的原料胶液送入第一反应器内，在95～115℃、0.6～1.2MPa、搅拌速度为50～150rpm的条件下进行接枝聚合反应至聚合产物中固体含量为20～35%；然后送入第二反应器， 在115～130℃、0.6～1.2MPa、搅拌速度为50～150rpm的条件下继续反应至聚合产物中固体含量为35～50%；最后送至第三反应器，在135～155℃、0.6～1.2MPa、搅拌速度为10～50rpm条件下反应至聚合产物中固体含量为55～70%；
聚合产物加入第二溶剂制得透水塑胶道路面层用的胶结剂；
所述第一溶剂为芳香烃或脂肪烃，所述芳香烃选自甲苯和/或乙苯；所述脂肪烃选自正戊烷、正已烷和/或环己烷；
所述第二溶剂为甲苯或丙酮有机溶剂。
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