CN113354866A - 一种含两个环氧基团的环氧沥青相容剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含两个环氧基团的环氧沥青相容剂，其特征在于分子中含有两个环氧基团和一个油酸长链，采用油酸和丙三醇三缩水甘油醚进行等摩尔反应制备而成，对提高环氧树脂和沥青的相容性效果好，制备过程绿色环保，具有很高的应用价值。

Description

一种含两个环氧基团的环氧沥青相容剂
应用领域
本发明涉及环氧沥青领域，具体涉及一种含两个环氧基团的环氧沥青相容剂。
背景技术
随着我国道路交通事业的发展，跨江、跨海大桥不断兴建。大桥工程建设引发了桥面铺装技术问题。由于桥面铺装有着与普通路面铺装的诸多不同，因此对桥面铺装有更高更严格的性能要求。目前，钢箱梁桥桥面主要有3种铺装材料：浇注式沥青混合料、SMA混合料、环氧沥青混合料。工程实践表明，环氧沥青的力学性能和路用性能最优：强度高、抗疲劳性能优异、耐久性及抗老化性能良好。
环氧沥青是将环氧树脂加入沥青中，经与固化剂发生化学反应，形成不可逆的固化物，从根本上改变了沥青的热塑性，赋予了沥青全新的优良物理力学性质。研究开发高性能环氧沥青，首先要解决沥青与环氧树脂树脂两者的相容性问题。因为环氧树脂是强极性物质(介电常数3.9左右)，而沥青是非极性或弱极性物质(介电常数2.8左右)，两者极性相差大，不能直接混溶在一起，需要一种相容剂(也叫增溶剂)，促进沥青和环氧树脂的相容，避免相互排斥分相离析。
湖北大学周威等将低分子量环氧树脂连接到含有大量十八碳共轭三烯酸的天然桐油分子结构上，制备了一种环保型环氧沥青相容剂(参见文献：周威等.一种高性能环氧沥青增容剂的制备及应用研究[J].湖北大学学报(自然科学版)，2012，34(1)：81-85.)。武汉工程大学陈栋等以E-44型环氧树脂和蓖麻油酸为主要原料制得一种环氧沥青相容剂(参见文献：陈栋.蓖麻油改性环氧沥青的制备及研究[D].武汉工程大学硕士学位论文，2013.)。河北工业大学王丽杰等以乙二醇二缩水甘油醚和十一烯酸为原料合成了一种环氧沥青相容剂(参见文献：王丽杰等.热固性环氧沥青增容剂的合成及应用研究[J].热固性树脂，2015，30(1)：52-56.)。由此可见，采用长链的羧酸和环氧化合物进行反应，形成一端带有极性环氧基团(跟环氧树脂相亲和)，另一端带有饱和或者不饱和的长碳链(与非极性沥青相亲和)，是相容剂结构设计的基本思想。其中，相容剂带有环氧基团后，能够参与环氧树脂的固化反应，固化产品中不会有游离的相容剂析出，有利于环保。
我们注意到，文献所用的长碳链不饱和酸，如桐油酸、十一烯酸、蓖麻油酸均是十分昂贵的原料，不符合经济性原则，其次，所报道的环氧沥青相容剂分子中都只含有一个环氧基团。基于相容剂分子中环氧基团数目(官能度)对环氧树脂交联结构和性能有重大影响，因此，有必要研究开发含两个环氧基团的环氧沥青相容剂。
本发明采用廉价油酸和丙三醇三缩水甘油醚进行等摩尔反应，制备了一种含两个环氧基团的环氧沥青相容剂；同时，采用油酸和丙三醇三缩水甘油醚按照2∶1摩尔比反应，制备了含一个环氧基团的环氧沥青相容剂。通过比较，发现含两个环氧基团的环氧沥青相容剂对促进环氧沥青的相容效果较好。制备过程绿色环保，无排放，具有很高的应用价值。
发明内容
一种含两个环氧基团的环氧沥青相容剂，其特征在于分子中含有两个环氧基团和一个油酸长链，其分子结构为：
Figure BSA0000245147050000021
合成方法是：在圆底烧瓶中加入丙三醇三缩水甘油醚，等摩尔的油酸和催化剂四丁基溴化铵，恒温135℃搅拌反应6h，得到含两个环氧基团的环氧沥青相容剂。
反应方程式如下：
Figure BSA0000245147050000022
用上述类似方法，改变丙三醇三缩水甘油醚和油酸摩尔比为1∶2，则反应得到含一个环氧基团的环氧沥青相容剂，反应方程式如下：
Figure BSA0000245147050000023
沥青和环氧树脂的相容性检测，采用显微镜观察法，对沥青、环氧树脂和相容剂混和体系进行观察，测量其中环氧树脂最大液滴的直径：液滴直径越小，体系相容性越好；液滴直径越大，体系相容性越差。具体做法是：在烧杯中称取70#基质沥青、E-51型双酚A环氧树脂和相容剂，在150℃下充分搅拌0.5h，然后把混和液用竹片在60℃的盖玻片上涂抹一层，将涂液后的盖玻片放置在60℃恒温烘箱中，每隔0.5h用显微镜观察测量盖玻片上环氧树脂最大液滴直径。
实验表明，含两个环氧基团的相容剂对提高环氧沥青相容性，效果好于含一个环氧基团的相容剂。
一种含两个环氧基团的环氧沥青相容剂，优选的，当70#基质沥青、E-51型双酚A环氧树脂和含两个环氧基团的环氧沥青相容剂相对质量比为10∶4∶2时，体系在60℃放置2h，环氧树脂液滴最大直径只有0.21mm，体系表现出很好的相容性和稳定性。
附图说明
图1是含两个环氧基团的环氧沥青相容剂分子结构图
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明并不受其限制。
实施例1：在100mL圆底烧瓶中加入丙三醇三缩水甘油醚4.50g，油酸4.89g和催化剂四丁基溴化铵0.37g，恒温135℃搅拌反应6h，得到含两个环氧基团的环氧沥青相容剂。在烧杯中称取70#基质沥青10g、E-51型双酚A环氧树脂4g和含两个环氧基团的相容剂1g，在150℃下充分搅拌0.5h，然后把混和液用竹片在60℃的盖玻片上涂抹一层，将涂液后的盖玻片放置在60℃恒温烘箱中，用显微镜观察测量盖玻片上环氧树脂最大液滴直径，发现0.5h时液滴直径为0.06mm，1h时液滴直径为0.10mm，1.5h时液滴直径为0.15mm，2h时液滴直径为0.24mm。
实施例2：在100mL圆底烧瓶中加入丙三醇三缩水甘油醚4.50g，油酸4.89g和催化剂四丁基溴化铵0.37g，恒温135℃搅拌反应6h，得到含两个环氧基团的环氧沥青相容剂。在烧杯中称取70#基质沥青10g、E-51型双酚A环氧树脂4g和含两个环氧基团的相容剂2g，在150℃下充分搅拌0.5h，然后把混和液用竹片在60℃的盖玻片上涂抹一层，将涂液后的盖玻片放置在60℃恒温烘箱中，用显微镜观察测量盖玻片上环氧树脂最大液滴直径，发现0.5h时液滴直径为0.05mm，1h时液滴直径为0.08mm，1.5h时液滴直径为0.12mm，2h时液滴直径为0.21mm。
对比例1：在烧杯中称取70#基质沥青10g和E-51型双酚A环氧树脂4g，在150℃下充分搅拌0.5h，然后把混和液用竹片在60℃的盖玻片上涂抹一层，将涂液后的盖玻片放置在60℃恒温烘箱中，用显微镜观察测量盖玻片上环氧树脂最大液滴直径，发现0.5h时液滴直径为0.20mm，1h时液滴直径为0.32mm，1.5h时液滴直径为0.48mm，2h时液滴直径为0.70mm。
对比例2：在100mL圆底烧瓶中加入丙三醇三缩水甘油醚4.50g，油酸9.78g和催化剂四丁基溴化铵0.57g，恒温135℃搅拌反应6h，得到含一个环氧基团的环氧沥青相容剂。在烧杯中称取70#基质沥青10g、E-51型双酚A环氧树脂4g和含一个环氧基团的相容剂2g，在150℃下充分搅拌0.5h，然后把混和液用竹片在60℃的盖玻片上涂抹一层，将涂液后的盖玻片放置在60℃恒温烘箱中，用显微镜观察测量盖玻片上环氧树脂最大液滴直径，发现0.5h时液滴直径为0.08mm，1h时液滴直径为0.18mm，1.5h时液滴直径为0.30mm，2h时液滴直径为0.45mm。
实施例3：在100mL圆底烧瓶中加入丙三醇三缩水甘油醚4.50g，油酸4.89g和催化剂四丁基溴化铵0.37g，恒温135℃搅拌反应6h，得到含两个环氧基团的环氧沥青相容剂。在烧杯中称取70#基质沥青10g、E-51型双酚A环氧树脂8g和含两个环氧基团的相容剂1g，在150℃下充分搅拌0.5h，然后把混和液用竹片在60℃的盖玻片上涂抹一层，将涂液后的盖玻片放置在60℃恒温烘箱中，用显微镜观察测量盖玻片上环氧树脂最大液滴直径，发现0.5h时液滴直径为0.08mm，1h时液滴直径为0.14mm，1.5h时液滴直径为0.24mm，2h时液滴直径为0.38mm。
实施例4：在100mL圆底烧瓶中加入丙三醇三缩水甘油醚4.50g，油酸4.89g和催化剂四丁基溴化铵0.37g，恒温135℃搅拌反应6h，得到含两个环氧基团的环氧沥青相容剂。在烧杯中称取70#基质沥青10g、E-51型双酚A环氧树脂8g和含两个环氧基团的相容剂2g，在150℃下充分搅拌0.5h，然后把混和液用竹片在60℃的盖玻片上涂抹一层，将涂液后的盖玻片放置在60℃恒温烘箱中，用显微镜观察测量盖玻片上环氧树脂最大液滴直径，发现0.5h时液滴直径为0.07mm，1h时液滴直径为0.10mm，1.5h时液滴直径为0.16mm，2h时液滴直径为0.30mm。
对比例3：在烧杯中称取70#基质沥青10g和E-51型双酚A环氧树脂8g，在150℃下充分搅拌0.5h，然后把混和液用竹片在60℃的盖玻片上涂抹一层，将涂液后的盖玻片放置在60℃恒温烘箱中，用显微镜观察测量盖玻片上环氧树脂最大液滴直径，发现0.5h时液滴直径为0.25mm，1h时液滴直径为0.40mm，1.5h时液滴直径为0.64mm，2h时液滴直径为0.96mm。
对比例4：在100mL圆底烧瓶中加入丙三醇三缩水甘油醚4.50g，油酸9.78g和催化剂四丁基溴化铵0.57g，恒温135℃搅拌反应6h，得到含一个环氧基团的环氧沥青相容剂。在烧杯中称取70#基质沥青10g、E-51型双酚A环氧树脂8g和含一个环氧基团的相容剂2g，在150℃下充分搅拌0.5h，然后把混和液用竹片在60℃的盖玻片上涂抹一层，将涂液后的盖玻片放置在60℃恒温烘箱中，用显微镜观察测量盖玻片上环氧树脂最大液滴直径，发现0.5h时液滴直径为0.10mm，1h时液滴直径为0.26mm，1.5h时液滴直径为0.40mm，2h时液滴直径为0.66mm。
实施例1-4和对比例1-4结果汇总于表中。
表 实施例和对比例实验结果汇总
Figure BSA0000245147050000041
由表可见，如果不加相容剂(对比例1和对比例3)，环氧树脂在沥青中会较快析出、凝聚，形成粒径较大的液珠。
由实施例1-2和对比例1比较，以及实施例3-4和对比例3比较可见，含两个环氧基团的环氧沥青相容剂添加后(实施例1-2)，环氧沥青体系在60℃放置同样长的时间，系统内析出的环氧树脂液滴直径明显小于不加相容剂时的液滴直径，说明添加含两个环氧基团的环氧沥青相容剂后，环氧沥青系统的稳定性和相容性大大提高了，含两个环氧基团的环氧沥青相容剂可以明显减缓环氧树脂和沥青的排斥分相。
由实施例2和对比例2比较，以及实施例4和对比例4比较可见，含两个环氧基团的环氧沥青相容剂对提高环氧沥青相容性，效果好于含一个环氧基团的环氧沥青相容剂。
当70#基质沥青、E-51型双酚A环氧树脂和含两个环氧基团的环氧沥青相容剂相对质量比为10∶4∶2时，体系在60℃放置2h，环氧树脂液滴最大直径只有0.21mm，体系表现出很好的相容性和稳定性。

Claims (3)

1.一种含两个环氧基团的环氧沥青相容剂，其特征在于分子中含有两个环氧基团和一个油酸长链，其分子结构为：
Figure FSA0000245147040000011
2.根据权利要求1所述一种含两个环氧基团的环氧沥青相容剂，其合成方法是：在圆底烧瓶中加入丙三醇三缩水甘油醚，等摩尔的油酸和催化剂四丁基溴化铵，恒温135℃搅拌反应6h，得到含两个环氧基团的环氧沥青相容剂。
3.根据权利要求1所述一种含两个环氧基团的环氧沥青相容剂，优选的，70#基质沥青、E-51型双酚A环氧树脂和含两个环氧基团的环氧沥青相容剂相对质量比为10∶4∶2。
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