CN113072715A - 适用寒冷环境的水性环氧乳化沥青胶结料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用寒冷环境的水性环氧乳化沥青胶结料及其制备方法，该胶结料由A、B、C三组分组成，A组分∶B组分∶C组分=2∶1∶（30～60），其中A组分为水性环氧乳液、增韧剂和消泡剂；B组分为水性固化剂；C组分为阳离子型乳化沥青。本发明采用水性增韧剂，通过物理共混法制备了一种具有较高韧性的水性环氧乳化沥青胶结料，该材料不仅可在常温下使用，还可在‑20℃的负温环境下仍具有优异的柔韧性及抗冲击性能，同时具有良好的拉伸模量及强度。
Description
技术领域
本发明属于道路工程用乳化沥青改性材料技术领域，具体涉及了一种适用寒冷环境的水性环氧乳化沥青胶结料及其制备方法。
背景技术
水性环氧树脂改性乳化沥青是一种新型快速养护修补材料，其主要成分为：水性环氧树脂、固化剂、乳化沥青、水。在水分挥发的过程中，水性环氧树脂也在固化剂作用下逐渐固化，最终与沥青共同形成具有空间网状结构且高强度、高黏附性的固化物，具有类似于环氧沥青的优异性能，且具有良好的流动性，可在常温条件下进行施工。但是，环氧树脂属于一种热固性材料，充分固化后表现出较大的脆性，在低温环境中极易发生脆性断裂，从而限制了其在低温乃至负温环境下的应用。因此，有必要对环氧树脂进行改性，使其在负低温环境下拥有较好的柔韧性，以达到在负低温环境下应用的目的。
环氧树脂的增韧主要有以下三种途径：（1）用橡胶弹性体、热致性液晶聚合物、纳米填料等第二相来增韧改性；毛珊珊通过端羧基丁腈橡胶与纳米SiO2协同增韧环氧树脂。（2）形成半互穿网络型聚合物(Semi-IPN)增韧改性；张玲等利用丙烯酸丁酯以半互穿聚合物网络法制备增韧环氧树脂。（3）通过改变交联网络的化学结构组成，在交联网络中引入“柔性段”增韧。Bao Q.等用含磷菲结构的柔性硅氧烷链（KHDOPO）接枝到环氧树脂大分子上，由于极性磷杂菲基团和柔性硅氧烷链与基质相互作用，提高了环氧树脂的韧性，阻燃性也有所提高。
目前，国内外研究者们对溶剂型环氧树脂进行增韧改性的研究较多，但对水性环氧树脂乳液进行增韧改性的研究较少。此外，溶剂型环氧树脂增韧改性的过程反应时间较长，制备工艺较复杂，且会产生有毒气体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用寒冷环境的水性环氧乳化沥青胶结料及其制备方法。本发明采用水性增韧剂，通过物理共混法制备了一种具有较高韧性的水性环氧乳化沥青胶结料，该材料不仅可在常温下使用，还可在-20℃的负温环境下仍具有优异的柔韧性及抗冲击性能，同时具有良好的拉伸模量及强度。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种适用寒冷环境的水性环氧乳化沥青胶结料，由A、B、C三组分组成，A组分∶B组分∶C组分=2∶1∶（30～60），其中A组分为水性环氧乳液、增韧剂和消泡剂；B组分为水性固化剂；C组分为阳离子型乳化沥青。
本发明进一步说明，所述A组分中，水性环氧乳液与增韧剂的比值为1∶（10～40），消泡剂的掺量为水性环氧乳液的0.1%。
本发明进一步说明，所述A组分中，水性环氧乳液为由环氧树脂E-51经非离子型乳化剂水性化得到，固含量为50%；增韧剂为水性聚氨酯或者硅烷偶联剂。
本发明进一步说明，所述A组分中，消泡剂为有机硅类消泡剂。
本发明进一步说明，所述B组分中，水性固化剂为改性胺类固化剂，固含量为50%。
本发明进一步说明，所述C组分中，乳化沥青类型为阳离子型乳化沥青，固含量为60%，其技术指标根据不同使用条件应满足各项规范。
本发明进一步说明，所述C组分中，阳离子型乳化沥青由基质沥青、乳化剂、稳定剂经胶体磨剪切制得。
本发明进一步说明，所述C组分中，基质沥青∶乳化剂∶稳定剂的质量比为100∶3∶1。
本发明进一步说明，基质沥青标号为70#，乳化剂为十二烷基磺酸钠，稳定剂为氯化钠。
本发明还提供了一种适用寒冷环境的水性环氧乳化沥青胶结料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，先在烧杯中按比例加入A组分中的水性环氧乳液与增韧剂，开启机械搅拌器对其进行搅拌，在搅拌过程中，加入适量的水以控制其粘度，加入消泡剂消除气泡；
步骤二，向另一个烧杯中加入称量好的B组分，搅拌均匀；
步骤三，然后将制备好的A组分与B组分混合均匀；
步骤四，再在40℃的条件下配制皂液，在130℃的条件下开启胶体磨剪切基质沥青与皂液的混合物，剪切90s后得到C组分；
步骤五，按比例称量C组分加入到步骤三中混合好的A组分和B组分中，开启机械搅拌器搅拌30min，即可得到水性环氧乳化沥青胶结料。
本发明的水性环氧乳化沥青胶结料的应用环境，如应用在北方低温寒区的道路预养护工程中。
在本发明中，水性环氧乳化沥青胶结料共A、B、C三组分组成。当三组分开始混合时，体系中的水分从界面表面蒸发，界面表面首先因为B组分与A组分的固化反应形成结构产物；随着界面下层水分的继续蒸发，水性环氧乳化沥青胶结料内部开始发生固化反应，并且乳液粒子紧密堆积，A组分与B组分生成穿插于体系中的环氧骨架结构，C组分穿插于环氧骨架当中；最后体系内的水分完全蒸发，体系中形成均相结构。由于A组分固化后具有较大的刚度，因此水性环氧乳化沥青可以在高温情况下抵抗较大的荷载，且本发明制备的水性环氧树脂经增韧改性后具有良好的柔韧性，这也使得环氧骨架结构在寒冷环境下不受破坏，保持较高强度。
本发明的优点：
（1）水性环氧乳液、增韧剂、水性固化剂均对环境无污染，属于绿色环保产品。
（2）采用物理共混的方法增韧水性环氧乳液，其增韧方法简单易行，且在制备工程中无有毒气体的挥发。
（3）该水性环氧乳化沥青胶结料在破乳固化后具有良好的柔韧性，在负低温环境下，不易发生断裂。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明。
实施实例1：
先在烧杯中按比例加入A组分中的水性环氧乳液与增韧剂，开启机械搅拌器对其进行搅拌，在搅拌过程中，加入适量的水以控制其粘度，加入消泡剂消除气泡；向另一个烧杯中加入称量好的B组分，搅拌均匀；然后将制备好的A组分与B组分混合均匀；再在40℃的条件下配制皂液，在130℃的条件下开启胶体磨剪切基质沥青与皂液的混合物，剪切90s后得到C组分；最后，按比例称量C组分加入到上述混合好的A组分和B组分中，开启机械搅拌器搅拌30min，即可得到水性环氧乳化沥青胶结料。
所述水性环氧乳化沥青胶结料，其中A组分∶B组分∶C组分的质量比为2∶1∶60；所述A组分中，水性环氧乳液与增韧剂的质量比为1∶10，水性环氧乳液与消泡剂的质量比1000∶1；所述A组分中，增韧剂为水性聚氨酯。
A组分中，水性环氧乳液为由环氧树脂E-51经非离子型乳化剂水性化得到，固含量为50%；消泡剂为有机硅类消泡剂。
B组分中，水性固化剂为改性胺类固化剂，固含量为50%。
C组分中，阳离子型乳化沥青由基质沥青、乳化剂、稳定剂经胶体磨剪切制得。基质沥青∶乳化剂∶稳定剂的质量比为100∶3∶1。基质沥青标号为70#，乳化剂为十二烷基磺酸钠，稳定剂为氯化钠。
实施实例2：
先在烧杯中按比例加入A组分中的水性环氧乳液与增韧剂，开启机械搅拌器对其进行搅拌，在搅拌过程中，加入适量的水以控制其粘度，加入消泡剂消除气泡；向另一个烧杯中加入称量好的B组分，搅拌均匀；然后将制备好的A组分与B组分混合均匀；再在40℃的条件下配制皂液，在130℃的条件下开启胶体磨剪切基质沥青与皂液的混合物，剪切90s后得到C组分；最后，按比例称量C组分加入到上述混合好的A组分和B组分中，开启机械搅拌器搅拌30min，即可得到水性环氧乳化沥青胶结料。
所述水性环氧乳化沥青胶结料，其中A组分∶B组分∶C组分的质量比为2∶1∶60；所述A组分中，水性环氧乳液与增韧剂的质量比为1∶40，水性环氧乳液与消泡剂的质量比1000∶1；所述A组分中，增韧剂为水性聚氨酯。
A组分中，水性环氧乳液为由环氧树脂E-51经非离子型乳化剂水性化得到，固含量为50%；消泡剂为有机硅类消泡剂。
B组分中，水性固化剂为改性胺类固化剂，固含量为50%。
C组分中，阳离子型乳化沥青由基质沥青、乳化剂、稳定剂经胶体磨剪切制得。基质沥青∶乳化剂∶稳定剂的质量比为100∶3∶1。基质沥青标号为70#，乳化剂为十二烷基磺酸钠，稳定剂为氯化钠。
实施实例3：
先在烧杯中按比例加入A组分中的水性环氧乳液与增韧剂，开启机械搅拌器对其进行搅拌，在搅拌过程中，加入适量的水以控制其粘度，加入消泡剂消除气泡；向另一个烧杯中加入称量好的B组分，搅拌均匀；然后将制备好的A组分与B组分混合均匀；再在40℃的条件下配制皂液，在130℃的条件下开启胶体磨剪切基质沥青与皂液的混合物，剪切90s后得到C组分；最后，按比例称量C组分加入到上述混合好的A组分和B组分中，开启机械搅拌器搅拌30min，即可得到水性环氧乳化沥青胶结料。
所述水性环氧乳化沥青胶结料，其中A组分∶B组分∶C组分的质量比为2∶1∶60；所述A组分中，水性环氧乳液与增韧剂的质量比为1∶10，水性环氧乳液与消泡剂的质量比1000∶1；所述A组分中，增韧剂为硅烷偶联剂。
A组分中，水性环氧乳液为由环氧树脂E-51经非离子型乳化剂水性化得到，固含量为50%；消泡剂为有机硅类消泡剂。
B组分中，水性固化剂为改性胺类固化剂，固含量为50%。
C组分中，阳离子型乳化沥青由基质沥青、乳化剂、稳定剂经胶体磨剪切制得。基质沥青∶乳化剂∶稳定剂的质量比为100∶3∶1。基质沥青标号为70#，乳化剂为十二烷基磺酸钠，稳定剂为氯化钠。
实施实例4：
先在烧杯中按比例加入A组分中的水性环氧乳液与增韧剂，开启机械搅拌器对其进行搅拌，在搅拌过程中，加入适量的水以控制其粘度，加入消泡剂消除气泡；向另一个烧杯中加入称量好的B组分，搅拌均匀；然后将制备好的A组分与B组分混合均匀；再在40℃的条件下配制皂液，在130℃的条件下开启胶体磨剪切基质沥青与皂液的混合物，剪切90s后得到C组分；最后，按比例称量C组分加入到上述混合好的A组分和B组分中，开启机械搅拌器搅拌30min，即可得到水性环氧乳化沥青胶结料。
所述水性环氧乳化沥青胶结料，其中A组分∶B组分∶C组分的质量比为2∶1∶60；所述A组分中，水性环氧乳液与增韧剂的质量比为1∶40，水性环氧乳液与消泡剂的质量比1000∶1；所述A组分中，增韧剂为硅烷偶联剂。
A组分中，水性环氧乳液为由环氧树脂E-51经非离子型乳化剂水性化得到，固含量为50%；消泡剂为有机硅类消泡剂。
B组分中，水性固化剂为改性胺类固化剂，固含量为50%。
C组分中，阳离子型乳化沥青由基质沥青、乳化剂、稳定剂经胶体磨剪切制得。基质沥青∶乳化剂∶稳定剂的质量比为100∶3∶1。基质沥青标号为70#，乳化剂为十二烷基磺酸钠，稳定剂为氯化钠。
根据JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，利用直接加热法获取实例实例1～4的水性环氧乳化沥青蒸发残留物，并对其在-20℃的条件下，以5mm/min的拉伸速度进行拉伸试验，试验结果见表1。
表1 实施实例1～4中水性环氧乳化沥青蒸发残留物拉伸试验结果
由表1可知，实施实例1～4中，随着增韧剂掺量的增加，水性环氧乳化沥青平均峰值力逐渐提高，峰值力出现位置逐渐变小；实施实例2相较于实施实例1，在-20℃低温下的平均峰值力增加了32.1%
与现有技术相比，上述实施例的水性环氧乳化沥青具有如下优点：（1）水性环氧乳液、增韧剂、水性固化剂均对环境无污染，属于绿色环保产品。（2）采用物理共混的方法增韧水性环氧乳液，其增韧方法简单易行，且在制备工程中无有毒气体的挥发。（3）该水性环氧乳化沥青胶结料在破乳固化后具有良好的柔韧性，在负低温环境下，不易发生断裂。
显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对本发明实施的限定。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举；而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种适用寒冷环境的水性环氧乳化沥青胶结料，其特征在于，由A、B、C三组分组成，A组分∶B组分∶C组分=2∶1∶（30～60），其中A组分为水性环氧乳液、增韧剂和消泡剂；B组分为水性固化剂；C组分为阳离子型乳化沥青。
2.根据权利要求1所述的适用寒冷环境的水性环氧乳化沥青胶结料，其特征在于，所述A组分中，水性环氧乳液与增韧剂的比值为1∶（10～40），消泡剂的掺量为水性环氧乳液的0.1%。
3.根据权利要求1或2所述的适用寒冷环境的水性环氧乳化沥青胶结料，其特征在于，所述A组分中，水性环氧乳液为由环氧树脂E-51经非离子型乳化剂水性化得到，固含量为50%；增韧剂为水性聚氨酯或者硅烷偶联剂。
4.根据权利要求1或2所述的适用寒冷环境的水性环氧乳化沥青胶结料，其特征在于，所述A组分中，消泡剂为有机硅类消泡剂。
5.根据权利要求1所述的适用寒冷环境的水性环氧乳化沥青胶结料，其特征在于，所述B组分中，水性固化剂为改性胺类固化剂，固含量为50%。
6.根据权利要求1所述的适用寒冷环境的水性环氧乳化沥青胶结料，其特征在于，所述C组分中，乳化沥青类型为阳离子型乳化沥青，固含量为60%，其技术指标根据不同使用条件应满足各项规范。
7.根据权利要求1所述的适用寒冷环境的水性环氧乳化沥青胶结料，其特征在于，所述C组分中，阳离子型乳化沥青由基质沥青、乳化剂、稳定剂经胶体磨剪切制得。
8.根据权利要求7所述的适用寒冷环境的水性环氧乳化沥青胶结料，其特征在于，所述C组分中，基质沥青∶乳化剂∶稳定剂的质量比为100∶3∶1。
9.根据权利要求7或8所述的适用寒冷环境的水性环氧乳化沥青胶结料，其特征在于，基质沥青标号为70#，乳化剂为十二烷基磺酸钠，稳定剂为氯化钠。
10.一种如权利要求1所述的适用寒冷环境的水性环氧乳化沥青胶结料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，先在烧杯中按比例加入A组分中的水性环氧乳液与增韧剂，开启机械搅拌器对其进行搅拌，在搅拌过程中，加入适量的水以控制其粘度，加入消泡剂消除气泡；
步骤二，向另一个烧杯中加入称量好的B组分，搅拌均匀；
步骤三，然后将制备好的A组分与B组分混合均匀；
步骤四，再在40℃的条件下配制皂液，在130℃的条件下开启胶体磨剪切基质沥青与皂液的混合物，剪切90s后得到C组分；
步骤五，按比例称量C组分加入到步骤三中混合好的A组分和B组分中，开启机械搅拌器搅拌30min，即可得到水性环氧乳化沥青胶结料。
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