CN114276559B - 一种沥青路面预养护磨耗层用水性环氧树脂乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沥青路面预养护磨耗层用水性环氧树脂乳液及其制备方法。该方法利用“环氧树脂/多元醇二缩水甘油醚‑胺加成物”对聚醚多胺进行加成扩链，引入具有脂肪族多元醇二缩水甘油醚的长链分子结构的支链，制备出阳离子增韧型水性环氧乳化剂，然后利用该乳化剂制备出水性环氧树脂乳液。本发明制备的乳液在阳离子型乳化沥青中能最大程度的发挥固化加筋作用，提升磨耗层稀浆混合料的耐磨耗性能；同时，乳液中引入了能在乳化沥青体系中稳定分散的双官能度活性稀释剂——脂肪族多元醇二缩水甘油醚，改善了改性乳化沥青混合料成型后环氧树脂固化物柔韧性不足，收缩率大的问题，能有效解决磨耗层混合料开裂、提升其抗冷热冲击性能。

Description

一种沥青路面预养护磨耗层用水性环氧树脂乳液及其制备 方法

技术领域

本发明属于道路工程建设领域，具体涉及一种沥青路面预养护磨耗层用水性环氧树脂乳液及其制备方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，中国的公路总里程数飞速增加，公路布局逐渐完善。沥青路面因其抗压性好、弹性和塑性变形能力更高、耐磨性佳、行驶感觉优异、一次成型即时使用等优势，被广泛应用于公路建设中。现阶段汽车保有量的指数增加，极端气候的不断出现，且超载现象的不断发生，随着路龄的增加，路面易出现车辙、裂纹、集料松动等病害。特别是雨天夜间行驶，车辙处易积水，龙门架上的探照灯照射下形成强光反射，司机易因看不清路面情况而发生事故。

针对此类问题，沥青路面预防性养护技术应运而生。微表处磨耗层技术是现阶段较为理想的预养护手段，但仍存在抗剪切破坏能力差、低温性能不足等问题。现阶段为了改善其缺陷，主要通过聚合物改性剂对乳化沥青胶结料加以改性。通用的是SBR胶乳改性乳化沥青。在实际应用中，SBR改性乳化沥青的蒸发残留物有优异的低温粘韧性能，但对微表处混合料的高温性能、抗车辙性能提升不明显。

为了克服现阶段磨耗层混合料高温及抗车辙性能欠佳的不足，国内外科研人员开始研究水性环氧乳化沥青胶结材料，其优势在于兼具水性环氧树脂材料热稳定性佳、粘结力强和乳化沥青的柔韧性、与原路面的相容性好等特点。缺点是，市面上的水性环氧树脂体系多用于涂料领域，多为耐水性能优异的非离子型体系，因此与常规预养护磨耗层所用的阳离子型乳化沥青的相容性不佳，乳化沥青体系中环氧树脂分子与对应固化剂分子不能充分接触发生固化反应，造成了改性剂的浪费，也影响了改性乳化沥青稀浆混合料粘结强度的提升；且环氧树脂固化物刚性太强柔韧性不佳，且收缩率明显，其改性乳化沥青混合料成型后经过车辆的反复荷载容易产生裂缝，继而对所附沥青路面造成水损的威胁。

发明内容

为了有效解决目前水性环氧树脂体系与阳离子型乳化沥青相容性不佳、水性环氧体系的固化体系柔韧性不佳、收缩率明显等问题，本发明开发了一种沥青路面预养护磨耗层用水性环氧树脂乳液及其制备方法。该方法利用“环氧树脂/多元醇二缩水甘油醚-胺加成物”对聚醚多胺进行加成扩链，引入具有脂肪族多元醇二缩水甘油醚的长链分子结构的支链，制备出阳离子增韧型水性环氧乳化剂，利用该乳化剂制备出养护磨耗层用水性环氧树脂乳液。所制备的乳液在阳离子型乳化沥青中能最大程度的发挥固化加筋作用，提升磨耗层稀浆混合料的耐磨耗性能；同时，所制备的乳液中引入了能在乳化沥青体系中稳定分散的双官能度活性稀释剂——脂肪族多元醇二缩水甘油醚，该活性稀释剂由于环氧基团的存在，参与环氧树脂固化反应，进而改善了改性乳化沥青混合料成型后环氧树脂固化物柔韧性不足，收缩率大的问题，能有效解决磨耗层混合料开裂、提升其抗冷热冲击性能。

本发明所述的沥青路面预养护磨耗层用水性环氧树脂乳液的制备方法为：

1)将10-30质量份阳离子增韧型水性环氧乳化剂加入至47-81质量份双酚A型环氧树脂和7.2-30质量份脂肪族多元醇二缩水甘油醚中得到混合液A，于65-75℃条件下高速机械搅拌，搅拌速度为2500-4000rpm，然后将54-124质量份去离子水置于恒压滴定漏斗中，向混合液A中逐滴滴入，滴加速度为4-8质量份/min，滴加完全后继续反应30-60min，制得固含量为45-65％的沥青路面预养护磨耗层用水性环氧树脂乳液，环氧当量为320-780。

步骤1)中所述的阳离子增韧型水性环氧乳化剂的制备方法为：

(1)在通N₂气保护的多口烧瓶中加入60-77质量份双酚A型环氧树脂和9-30质量份脂肪族多元醇二缩水甘油醚，于40-60℃下机械搅拌混匀得到混合液B；将22-30质量份二乙醇胺加入40-80质量份乙醇中预溶解，然后置于恒压滴液漏斗中，在65-75℃水浴加热条件下逐滴滴加至混合液B中，1-1.5h内滴加完，继续机械搅拌2-3h；

(2)将5-15质量份聚醚胺D230加入40-60质量份乙醇中，置于通N₂气保护的多口烧瓶中，于40-60℃下机械搅拌混匀得到混合液C，将步骤(1)得到的产物置于恒压滴液漏斗中逐滴滴加至混合液C中，滴加速度为2-4质量份/min，滴加完成后于60-70℃条件下继续机械搅拌2-3h；

(3)将步骤(2)得到的产物降温至45-55℃，然后向其中滴加15-25质量份冰乙酸，搅拌反应0.5-1h后旋蒸除去乙醇，即得到阳离子增韧型水性环氧乳化剂。

所述的双酚A型环氧树脂为环氧树脂E-51和/或E44。

所述的脂肪族多元醇二缩水甘油醚为1,6-己二醇二缩水甘油醚和/或聚丙二醇二缩水甘油醚。

步骤(1)中使双酚A型环氧树脂和脂肪族多元醇二缩水甘油醚全部或尽可能多的形成一端保留环氧基团未开环反应，另一端与二乙醇胺的仲胺发生开环加成反应引入亲水链段的结构。步骤(2)中使环氧树脂/多元醇二缩水甘油醚-胺加成物剩余一端的环氧基团与D230中端伯胺全部四个活泼氢发生开环加成反应。步骤(3)中使所有反应生成的叔胺基团中和成盐，得到的阳离子增韧型水性环氧树脂乳化剂的端部四个支链，其中三个支链具备双酚A型环氧树脂主链分子结构；另一支链具备脂肪族多元醇二缩水甘油醚的主链分子结构，或少数两个支链具备双酚A型环氧树脂的主链分子结构；另外两支链具备脂肪族多元醇二缩水甘油醚的主链分子结构。

本发明的优势在于：

1.该方法所制备的水性环氧树脂乳液为阳离子型，因为乳化剂分子中存在多处弱酸中和的季胺盐阳离子基团，被乳化的环氧树脂分子及脂肪族多元醇二缩水甘油醚分子因乳化剂分子附着而带正电荷，掺入预养护磨耗层所用的阳离子慢裂快凝乳化沥青体系中，根据电荷同性相斥作用，环氧树脂分子及脂肪族多元醇二缩水甘油醚分子分散于乳化沥青颗粒间，不会影响乳化沥青体系的稳定性；同时环氧树脂分子自身也不会发生团聚造成沉积分层，能最大限度发挥改性作用。此外，磨耗层混合料所用的集料多为石灰岩、玄武岩等碱性石料，亦能提升乳化沥青与集料的粘附性。

2.该方法所制备的水性环氧乳液有效成分中含有占固体质量约20％的脂肪族多元醇二缩水甘油醚。在所制备的阳离子增韧型水性环氧树脂乳化剂分子接入脂肪族多元醇二缩水甘油醚的分子链段，根据“相似相容”定律，提升了该乳化剂和微溶于水的环氧固化体系活性增韧剂脂肪族多元醇二缩水甘油醚的结构相似性。在掺入阳离子乳化沥青使用中，微溶于水的多元醇二缩水甘油醚亦能稳定分散；因其分子中的可挠性脂肪主链具有弹性亦可自由旋转，且两端具备的环氧基团亦能参与固化反应，能极大的提高环氧固化物的柔韧性，降低固化物收缩率，改善水性环氧改性乳化沥青磨耗层混合料的抗裂性能。

3.阳离子增韧型水性环氧树脂乳化剂的制备工艺简单，无需催化剂添加，机械搅拌转速合理可控且反应温度适中，比较容易扩大生产。

具体实施方式

结合具体实施例，进一步阐述本发明的内容，但以下实施例不用于限制本发明的范围。对于本领域的技术人员、施工人员基于本发明所进行的实验及没有创造性的方案修改和变动，都应包括在本发明保护的范围。

实施例1：

1、乳化剂的制备：

称取67g双酚A环氧树脂E-51和9g 1,6-己二醇二缩水甘油醚加入四口烧瓶中，将四口烧瓶放置于50℃水浴锅中，在通N₂保护条件下机械搅拌15min混匀，设定机械搅拌转速为400rpm；称取25.2g二乙醇胺预溶于50g无水乙醇中用玻璃棒手动搅拌15min至溶液无拉丝现象后置入恒压滴定漏斗，将水浴锅温度升至65℃保持30min，后将机械搅拌转速调至800rpm，并开启恒压滴定漏斗旋钮，向四口烧瓶中逐滴滴入二乙醇胺乙醇溶液，1h内滴加完，继续机械搅拌3h后出料，制得无色透明粘稠状液体，为“环氧树脂/多元醇二缩水甘油醚-胺加成物”乙醇溶液，常温冷却备用；

称取9.2g聚醚胺D230加入30g无水乙醇中置入通N₂气保护的四口烧瓶中，于50℃水浴下机械搅拌15min至混匀，搅拌转速为400rpm；将上述得到的“环氧树脂/多元醇二缩水甘油醚-胺加成物”乙醇溶液置入恒压滴定漏斗，将水浴锅温度升至60℃保持30min，后将机械搅拌转速调至600rpm，并调节恒压滴定漏斗开关，保证滴加速度为3-4g/min，继续恒温机械搅拌反应3h，随后将水浴温度设定在50℃，搅拌转速调回至400rpm降温搅拌1h，然后将19.2g冰乙酸置入恒压滴定漏斗逐滴滴入，10min内滴完，继续搅拌反应30min后旋蒸掉乙醇溶剂后出料，制得淡黄色的阳离子增韧型水性环氧乳化剂。冷却后为结晶状固体，加热至60℃以上可恢复流动性。

2、水性环氧树脂乳液制备：

称取14g阳离子增韧型水性环氧树脂乳化剂、74g双酚A型环氧树脂E51和12g 1,6-己二醇二缩水甘油醚置于N₂气保护的四口烧瓶中，于70℃条件下高速机械搅拌，搅拌速度为2500rpm，将100g去离子水置入恒压滴定漏斗中，逐滴滴入，滴加速度为6ml/min，滴加完全后继续反应1h，制得固含量为50％的沥青路面预养护磨耗层用水性环氧树脂乳液。

实施例2：

1、乳化剂的制备：

称取68.3g双酚A环氧树脂E-44和29.4g聚丙二醇二缩水甘油醚加入四口烧瓶中，将四口烧瓶放置于50℃水浴锅中，在通N₂保护条件下机械搅拌15min混匀，设定机械搅拌转速为400rpm；称取25.2g二乙醇胺预溶于50g无水乙醇中用玻璃棒手动搅拌15min至溶液无拉丝现象后置入恒压滴定漏斗，将水浴锅温度升至70℃保持30min，后将机械搅拌转速调至1000rpm，并开启恒压滴定漏斗旋钮，向四口烧瓶逐滴滴入二乙醇胺乙醇溶液，1h内滴加完，继续机械搅拌3h后出料，制得无色透明粘稠状液体，为“环氧树脂/多元醇二缩水甘油醚-胺加成物”乙醇溶液，常温冷却备用；

称取9.7g聚醚胺D230加入30g无水乙醇中置入通N₂气保护的四口烧瓶中，于50℃水浴下机械搅拌15min至混匀，搅拌转速为400rpm；将上述制得的“环氧树脂/多元醇二缩水甘油醚-胺加成物”乙醇溶液置入恒压滴定漏斗，将水浴锅温度升至65℃保持30min，后将机械搅拌转速调至800rpm，并调节恒压滴定漏斗开关，保证滴加速度为3-4g/min，继续恒温机械搅拌反应3h，随后将水浴温度设定在50℃，搅拌转速调回至400rpm降温搅拌1h，然后将19.5g冰乙酸置入恒压滴定漏斗逐滴滴入，10min内滴完，继续搅拌反应30min后旋蒸掉乙醇溶剂后出料，制得淡黄色的阳离子增韧型水性环氧树脂乳化剂。冷却后为结晶状固体，加热至70℃以上可恢复流动性。

2、水性环氧树脂乳液制备：

称取20g阳离子增韧型水性环氧树脂乳化剂、55.8g双酚A型环氧树脂E44和24.2g聚丙二醇二缩水甘油醚置于N₂气保护的四口烧瓶中，于70℃条件下高速机械搅拌，搅拌速度为2500rpm，将82g去离子水置入恒压滴定漏斗中，逐滴滴入，滴加速度为6ml/min，滴加完全后继续反应1h，制得固含量为55％的预养护磨耗层用水性环氧树脂乳液。

在市场上购买固体含量为50％水性环氧乳液WG827(苏州梅果望)作为对比例，对比例与实施例的综合性能如下：

由CMK-206慢裂快凝乳化剂(漯河天龙)、中海油70#沥青为原料，生产出磨耗层用阳离子乳化沥青(60wt％)备用；

分别将水性环氧乳液WG827、实施例1和实施例2与对应计量的配套水性环氧固化剂搅拌均匀后，外掺加入阳离子乳化沥青制备出水性环氧改性乳化沥青，水性环氧树脂乳液和水性环氧固化剂的固体质量占改性乳化沥青总固体质量的10％。对比例与实施例分别改性乳化沥青的性能如下：

相比对比例，实施例1和2水性环氧树脂乳液配合固化剂改性乳化沥青的筛上剩余量(1.18mm筛)更小，对乳化沥青的体系的影响较小，水性环氧树脂体系及乳化沥青颗粒均未发生团聚；且蒸发残留物的断裂强度(粘结强度)和断裂伸长率明显优于对比例。

Claims (3)

1.一种沥青路面预养护磨耗层用水性环氧树脂乳液的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体步骤为：将10-30质量份阳离子增韧型水性环氧乳化剂加入至47-81质量份双酚A型环氧树脂和7.2-30质量份脂肪族多元醇二缩水甘油醚中得到混合液A，于65-75°C条件下高速机械搅拌，搅拌速度为2500-4000 rpm，然后将54-124质量份去离子水置于恒压滴定漏斗中，向混合液A中逐滴滴入，滴加速度为4-8质量份/min，滴加完全后继续反应30-60min，制得固含量为45-65%的沥青路面预养护磨耗层用水性环氧树脂乳液，环氧当量为320-780；

所述的阳离子增韧型水性环氧乳化剂的制备方法为：

（1）在通N₂气保护的多口烧瓶中加入60-77质量份双酚A型环氧树脂和9-30质量份脂肪族多元醇二缩水甘油醚，于40-60℃下机械搅拌混匀得到混合液B；将22-30质量份二乙醇胺加入40-80质量份乙醇中预溶解，然后置于恒压滴液漏斗中，在65-75°C水浴加热条件下逐滴滴加至混合液B中，1-1.5h内滴加完，继续机械搅拌2-3h；

（2）将5-15质量份聚醚胺D230加入40-60质量份乙醇中，置于通N₂气保护的多口烧瓶中，于40-60℃下机械搅拌混匀得到混合液C，将步骤（1）得到的产物置于恒压滴液漏斗中逐滴滴加至混合液C中，滴加速度为2-4质量份/min，滴加完成后于60-70°C条件下继续机械搅拌2-3h；

（3）将步骤（2）得到的产物降温至45-55°C，然后向其中滴加15-25质量份冰乙酸，搅拌反应0.5-1h后旋蒸除去乙醇，即得到阳离子增韧型水性环氧乳化剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的双酚A型环氧树脂为环氧树脂E-51和/或E44。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的脂肪族多元醇二缩水甘油醚为1,6-己二醇二缩水甘油醚和/或聚丙二醇二缩水甘油醚。