CN114605845A - 一种微胶囊可控固化冷拌环氧沥青及制备方法与应用 - Google Patents

一种微胶囊可控固化冷拌环氧沥青及制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种微胶囊可控固化冷拌环氧沥青及制备方法与应用，用以解决冷拌环氧沥青固化反应速率不可控、施工可操作容留时间短的技术问题。包括A组分和B组分，A组分与B组分的质量比为100：（4‑10）；所述A组分为冷拌环氧沥青，冷拌环氧沥青由以下原料组成：改性沥青、环氧树脂、活性稀释剂、增容剂；所述B组分为微胶囊固化材料，微胶囊固化材料由以下原料组成：高分子壁材、环氧固化剂芯材，高分子壁材均匀包覆环氧固化剂芯材。本发明微胶囊可控固化冷拌环氧沥青用于沥青道路冷拌冷铺工程，具有反应可控固化、施工可操作容留时间适中以及综合路用性能优良的特点。

Description

一种微胶囊可控固化冷拌环氧沥青及制备方法与应用
技术领域
本发明属于道路材料技术领域，具体涉及一种微胶囊可控固化冷拌环氧沥青及制备方法与应用。
背景技术
冷拌环氧沥青作为一种节能环保的路面铺装材料，通过在冷拌沥青中引入可化学反应交联固化的环氧树脂材料，为冷拌沥青提供三维网络骨架结构，显著提升冷拌沥青的整体性和结构强度，解决普通冷拌沥青初始稳定性不足、高温抗车辙性能差的技术难题。冷拌环氧沥青用于道路铺装具有显著的力学强度、耐疲劳性能、高温稳定性以及节能低碳的优势。
然而，冷拌环氧沥青由于热固性环氧树脂的加入，与固化剂混合后即开始发生不可逆的固化反应，当反应达到初凝阶段，其流动性就会受限，造成冷拌环氧沥青混合料摊铺、压实困难，施工可操作性差。冷拌环氧沥青存在固化反应速率不可控，施工可操作容留时间短的技术问题，在我国仍处于实验室研发及小规模推广应用阶段。
因此，调控冷拌环氧沥青固化反应速率，使其匹配施工可操作容留时间要求，解决冷拌环氧沥青固化可控性及施工可操作性问题，具有极其重要的意义。
发明内容
针对冷拌环氧沥青固化反应速率不可控、施工可操作容留时间短的技术问题，本发明提出一种微胶囊可控固化冷拌环氧沥青及制备方法与应用，通过引入微胶囊固化材料调控固化反应速率，实现了冷拌环氧沥青可控固化的目的。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种微胶囊可控固化冷拌环氧沥青，包括A组分和B组分，A组分与B组分的质量比为100：（4-10）；所述A组分为冷拌环氧沥青，冷拌环氧沥青由以下质量份的原料组成：改性沥青100份、环氧树脂5-15份、活性稀释剂8-16份、增容剂1-5份；所述B组分为微胶囊固化材料，微胶囊固化材料由质量比为1：（0.5-2）的高分子壁材和环氧固化剂芯材组成，高分子壁材均匀包覆环氧固化剂芯材。
所述改性沥青为SBS改性沥青、SBR改性沥青、再生橡胶沥青与顺酐化沥青的一种或其组合；所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂与间苯二酚环氧树脂的一种或其组合；所述活性稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚、间苯二酚二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚与环己二醇二缩水甘油醚的一种或其组合；所述增容剂为环氧脂肪酸甲酯、环氧硬脂酸丁酯、环氧大豆油与环氧亚麻油酯的一种或其组合。
所述高分子壁材为聚碳酸酯、聚乳酸、聚砜与聚醋酸乙烯酯的一种或其组合；所述环氧固化剂芯材为二氨基二苯基甲烷、2-乙基咪唑、苯基咪唑中的一种，或二氨基二苯基甲烷、2-乙基咪唑、苯基咪唑中的一种与聚醚胺或低分子量聚酰胺的组合。
微胶囊可控固化冷拌环氧沥青的制备方法，
B组分的制备：将高分子壁材和环氧固化剂芯材溶解或分散于二氯甲烷溶剂中形成油相，将表面活性剂和分散剂溶解或分散于水中形成水相，将油相滴加入水相并搅拌形成油/水乳液；采用溶剂挥发法除去油/水乳液中油相微液滴中的二氯甲烷溶剂，油相微液滴转化为固体微球，离心分离后获得微胶囊固化材料；
A组分的制备：将改性沥青加热至完全熔融，加入环氧树脂、活性稀释剂、增容剂，剪切搅拌制得冷拌环氧沥青。在使用的过程中，需要先将A组分与B组分进行混合。
所述B组分的制备中高分子壁材、环氧固化剂芯材与二氯甲烷的质量比为1：（0.5-2）：（30-50）；所述水相中表面活性剂、分散剂与水的质量比为1：（0.5-1）：（80-120）；所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、月桂醇硫酸钠与直链烷基苯磺酸钠的一种或其组合，所述分散剂为明胶、聚乙烯醇与脂肪醇聚氧乙烯醚的一种或其组合；所述形成油/水乳液条件为：油相滴加入水相速率60-120滴/min，油相与水相体积比（20-50）：100，温度为10-30℃。
所述B组分的制备中油/水乳液中二氯甲烷溶剂挥发法条件为：油/水乳液的温度为30-45℃，搅拌速率400-800rpm，时间为4-8h。
所述B组分的制备中微胶囊固化材料为直径5-60μm的球形材料，高分子壁材均匀包覆环氧固化剂芯材。
所述A组分的制备中加热熔融温度为90-130℃、剪切搅拌速率为1000-2000rpm、时间为10-30min。
微胶囊可控固化冷拌环氧沥青的应用，将A组分冷拌环氧沥青与B组分微胶囊固化材料搅拌混合，制得微胶囊可控固化冷拌环氧沥青，然后将其与集料搅拌混合制备微胶囊可控固化冷拌环氧沥青混合料，应用于沥青道路冷拌冷铺工程领域。
所述微胶囊固化材料与冷拌环氧沥青的质量比为100：（4-10），搅拌速率为500-1000rpm、时间2-8min；所述微胶囊可控固化冷拌环氧沥青与集料油石比4-8%，级配AC-13，拌和温度30-60℃。
本发明的有益效果：
（1）微胶囊固化材料制备过程中，随着二氯甲烷溶剂的挥发，油相微液滴中的高分子成分逐渐向外部迁移形成高分子壁材，环氧固化剂滞留内部形成芯材，微胶囊固化材料为具有壁芯结构的球形材料，实现环氧固化剂的包覆。
（2）本发明微胶囊固化材料内均匀包覆环氧固化剂，使用过程中，根据“相似相溶”原理，其高分子壁材可在环氧冷拌沥青轻质油分作用下溶胀或缓慢溶解，缓释环氧固化剂。另外，环氧固化剂采用反应活性较低的中温固化剂或其与常温固化剂的组合，可减缓/调控固化反应速率。在物理缓释以及化学反应活性双重调控作用下，解决冷拌环氧沥青固化反应不可控、施工可操作容留时间短的技术难题。
（3）本发明活性稀释剂为双官能度的缩水甘油醚类，在稀释冷拌环氧沥青的同时参与环氧树脂固化交联反应，提升冷拌环氧沥青固化强度和稳定度；改性沥青中SBR、SBS、再生橡胶或顺酐链段等柔性成分，可改善冷拌环氧沥青“钢性有余，柔韧性不足”的缺陷。
（4）本发明微胶囊可控固化冷拌环氧沥青混合料在沥青道路冷拌冷铺工程的应用，施工可操作容留时间4-8h，养生期2-5天，马歇尔稳定度15.4-26.9kN，动稳定度1850-3260次/mm，具有反应可控固化、施工可操作性佳、综合路用性能优良的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1微胶囊固化材料的SEM图片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种微胶囊可控固化冷拌环氧沥青，包括A组分冷拌环氧沥青和B组分微胶囊固化材料，A组分与B组分的质量比为100：4；冷拌环氧沥青由以下质量份的原料组成：100份SBS改性沥青、8份乙二醇二缩水甘油醚、5份双酚A型环氧树脂、1份环氧脂肪酸甲酯增容剂；B组分微胶囊固化材料的壁材为聚碳酸酯，芯材为二氨基二苯基甲烷，壁材与芯材的质量比为2：1。
上述微胶囊可控固化冷拌环氧沥青的制备方法如下：
B组分的制备：将聚碳酸酯壁材、二氨基二苯基甲烷芯材与二氯甲烷按质量比为1：0.5：30溶解于二氯甲烷溶剂中形成油相，将十二烷基硫酸钠、明胶与水按质量比为1：0.8：80溶解于水中形成水相。在温度10℃，将20ml油相以60滴/min加入100ml水相中搅拌形成油/水乳液。油/水乳液在温度30℃、搅拌速率800rpm、时间8h条件下，采用溶剂挥发法除去油/水乳液中油相微液滴中的二氯甲烷溶剂，油相微液滴转化为固体微球，离心分离后获得微胶囊固化材料（B组分）。微胶囊固化材料为5-30μm的球形材料，壁材与芯材质量比为2：1，聚碳酸酯内均匀包覆二氨基二苯基甲烷固化剂（如图1所示）。
A组分的制备：将100份SBS改性沥青于90℃加热至完全熔融，加入8份乙二醇二缩水甘油醚、5份双酚A型环氧树脂、1份环氧脂肪酸甲酯增容剂，1000rpm速率下剪切混合30min，制得冷拌环氧沥青A组分。
上述微胶囊可控固化冷拌环氧沥青的应用：
将4份微胶囊固化材料B组分加入100份冷拌环氧沥青A组分中，500rpm搅拌混合8min，获得微胶囊可控固化冷拌环氧沥青。微胶囊可控固化冷拌环氧沥青与集料油石比8%、级配AC-13、拌和温度60℃条件下，制备微胶囊可控固化冷拌环氧沥青混合料应用于沥青道路冷拌冷铺工程。其施工可操作容留时间4h，养生期2天，马歇尔稳定度15.4kN，动稳定度1850次/mm。
实施例2
一种微胶囊可控固化冷拌环氧沥青，包括A组分冷拌环氧沥青和B组分微胶囊固化材料，A组分与B组分的质量比为100：6；冷拌环氧沥青由以下质量份的原料组成：100份SBR改性沥青、10份间苯二酚二缩水甘油醚、8份双酚F型环氧树脂、2份环氧硬脂酸丁酯增容剂；B组分微胶囊固化材料的壁材为聚乳酸，芯材为聚醚胺与2-乙基咪唑的组合，壁材与芯材的质量比为1：1。
上述微胶囊可控固化冷拌环氧沥青的制备方法如下：
B组分的制备：将聚乳酸壁材、聚醚胺与2-乙基咪唑组合芯材与二氯甲烷按质量比为1：1：40溶解或分散于二氯甲烷溶剂中形成油相，将月桂醇硫酸钠、聚乙烯醇与水按质量比为1：0.5：90溶解或分散于水中形成水相。在温度20℃，将30ml油相以80滴/min加入100ml水相中搅拌形成油/水乳液。油/水乳液在温度35℃、搅拌速率600rpm、时间6h条件下，采用溶剂挥发法除去油/水乳液中油相微液滴中的二氯甲烷溶剂，油相微液滴转化为固体微球，离心分离后获得微胶囊固化材料（B组分）。微胶囊固化材料为10-40μm的球形材料，壁材与芯材质量比为1：1，聚乳酸壁材内均匀包覆聚醚胺与2-乙基咪唑复合固化剂。
A组分的制备：将100份SBR改性沥青于100℃加热至完全熔融，加入10份间苯二酚二缩水甘油醚、8份双酚F型环氧树脂、2份环氧硬脂酸丁酯增容剂，1400rpm速率下剪切混合20min，制得冷拌环氧沥青的A组分。
上述微胶囊可控固化冷拌环氧沥青的应用：
将6份胶囊固化材料B组分加入100份冷拌环氧沥青A组分中，600rpm搅拌混合6min，获得微胶囊可控固化冷拌环氧沥青。微胶囊可控固化冷拌环氧沥青与集料油石比6%、级配AC-13、拌和温度55℃条件下，制备微胶囊可控固化冷拌环氧沥青混合料应用于沥青道路冷拌冷铺工程。其施工可操作容留时间6h，养生期3天，马歇尔稳定度20.8kN，动稳定度2540次/mm。
实施例3
一种微胶囊可控固化冷拌环氧沥青，包括A组分冷拌环氧沥青和B组分微胶囊固化材料，A组分与B组分的质量比为100：8；冷拌环氧沥青由以下质量份的原料组成：100份再生橡胶沥青13份聚丙二醇二缩水甘油醚、12份双酚A型环氧树脂、4份环氧大豆油增容剂；B组分微胶囊固化材料的壁材为聚砜，芯材为低分子量聚酰胺与苯基咪唑的组合，壁材与芯材的质量比为1：2。
上述微胶囊可控固化冷拌环氧沥青的制备方法如下：
B组分的制备：将聚砜壁材、低分子量聚酰胺与苯基咪唑组合芯材与二氯甲烷按质量比为1：2：40溶解或分散于二氯甲烷溶剂中形成油相，将直链烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚与水按质量比为1：1：100溶解或分散于水中形成水相。在温度30℃，将40ml油相以100滴/min加入100ml水相中搅拌形成油/水乳液。油/水乳液在温度40℃、搅拌速率500rpm、时间5h条件下，采用溶剂挥发法除去油/水乳液中油相微液滴中的二氯甲烷溶剂，油相微液滴转化为固体微球，离心分离后获得微胶囊固化材料（B组分）。微胶囊固化材料为20-50μm的球形材料，壁材与芯材质量比为1：2，聚砜壁材内均匀包覆低分子量聚酰胺与苯基咪唑复合固化剂。
A组分的制备：将100份再生橡胶沥青于120℃加热至完全熔融，加入13份聚丙二醇二缩水甘油醚、12份双酚A型环氧树脂、4份环氧大豆油增容剂，1700rpm速率下剪切混合20min，制得冷拌环氧沥青A组分。
（3）上述微胶囊可控固化冷拌环氧沥青的应用：
将8份微胶囊固化材料B组分加入100份冷拌环氧沥青A组分中，800rpm搅拌混合4min，获得微胶囊可控固化冷拌环氧沥青。微胶囊可控固化冷拌环氧沥青与集料油石比4%、级配AC-13、拌和温度40℃条件下，制备微胶囊可控固化冷拌环氧沥青混合料应用于沥青道路冷拌冷铺工程。其施工可操作容留时间6h，养生期4天，马歇尔稳定度23.2kN，动稳定度2970次/mm。
实施例4
一种微胶囊可控固化冷拌环氧沥青，包括A组分冷拌环氧沥青和B组分微胶囊固化材料，A组分与B组分的质量比为100：10；冷拌环氧沥青由以下质量份的原料组成：100份顺酐化沥青、16份环己二醇二缩水甘油醚、15份间苯二酚环氧树脂、5份环氧亚麻油酯增容剂；B组分微胶囊固化材料的壁材为聚醋酸乙烯酯，芯材为低分子量聚酰胺与二氨基二苯基甲烷的组合，壁材与芯材的质量比为1：1。
上述微胶囊可控固化冷拌环氧沥青的制备方法如下：
B组分的制备：将聚醋酸乙烯酯壁材、低分子量聚酰胺与二氨基二苯基甲烷组合芯材与二氯甲烷按质量比为1：1：50溶解或分散于二氯甲烷溶剂中形成油相，将十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇与水按质量比为1：0.5：120溶解或分散于水中形成水相。在温度30℃，将50ml油相以120滴/min加入100ml水相中搅拌形成油/水乳液。油/水乳液在温度45℃、搅拌速率400rpm、时间4h条件下，采用溶剂挥发法除去油/水乳液中油相微液滴中的二氯甲烷溶剂，油相微液滴转化为固体微球，离心分离后获得微胶囊固化材料（B组分）。微胶囊固化材料为30-60μm的球形材料，壁材与芯材质量比为1：1，聚醋酸乙烯酯壁材内均匀包覆低分子量聚酰胺与二氨基二苯基甲烷复合固化剂。
A组分的制备：将100份顺酐化沥青于130℃加热至完全熔融，加入16份环己二醇二缩水甘油醚、15份间苯二酚环氧树脂、5份环氧亚麻油酯增容剂，2000rpm速率下剪切混合10min，制得冷拌环氧沥青A组分。
上述微胶囊可控固化冷拌环氧沥青的应用：
将10份微胶囊固化材料B组分加入100份冷拌环氧沥青A组分中，1000rpm搅拌混合2min，获得微胶囊可控固化冷拌环氧沥青。微胶囊可控固化冷拌环氧沥青与集料油石比5%、级配AC-13、拌和温度30℃条件下，制备微胶囊可控固化冷拌环氧沥青混合料应用于沥青道路冷拌冷铺工程。其施工可操作容留时间8h，养生期5天，马歇尔稳定度26.9kN，动稳定度3260次/mm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微胶囊可控固化冷拌环氧沥青，其特征在于：包括A组分和B组分，A组分与B组分的质量比为100：（4-10）；所述A组分为冷拌环氧沥青，冷拌环氧沥青由以下质量份的原料组成：改性沥青100份、环氧树脂5-15份、活性稀释剂8-16份、增容剂1-5份；所述B组分为微胶囊固化材料，微胶囊固化材料由质量比为1：（0.5-2）的高分子壁材和环氧固化剂芯材组成，高分子壁材均匀包覆环氧固化剂芯材。
2.根据权利要求1所述的微胶囊可控固化冷拌环氧沥青，其特征在于：所述改性沥青为SBS改性沥青、SBR改性沥青、再生橡胶沥青与顺酐化沥青的一种或其组合；所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂与间苯二酚环氧树脂的一种或其组合；所述活性稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚、间苯二酚二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚与环己二醇二缩水甘油醚的一种或其组合；所述增容剂为环氧脂肪酸甲酯、环氧硬脂酸丁酯、环氧大豆油与环氧亚麻油酯的一种或其组合。
3.根据权利要求1所述的微胶囊可控固化冷拌环氧沥青，其特征在于：所述高分子壁材为聚碳酸酯、聚乳酸、聚砜与聚醋酸乙烯酯的一种或其组合；所述环氧固化剂芯材为二氨基二苯基甲烷、2-乙基咪唑、苯基咪唑中的一种，或二氨基二苯基甲烷、2-乙基咪唑、苯基咪唑中的一种与聚醚胺或低分子量聚酰胺的组合。
4.权利要求1-3任意一项所述微胶囊可控固化冷拌环氧沥青的制备方法，其特征在于，
B组分的制备：将高分子壁材和环氧固化剂芯材溶解或分散于二氯甲烷溶剂中形成油相，将表面活性剂和分散剂溶解或分散于水中形成水相，将油相滴加入水相并搅拌形成油/水乳液；采用溶剂挥发法除去油/水乳液中油相微液滴中的二氯甲烷溶剂，油相微液滴转化为固体微球，离心分离后获得微胶囊固化材料；
A组分的制备：将改性沥青加热至完全熔融，加入环氧树脂、活性稀释剂、增容剂，剪切搅拌制得冷拌环氧沥青。
5.根据权利要求4所述的微胶囊可控固化冷拌环氧沥青的制备方法，其特征在于：所述B组分的制备中高分子壁材、环氧固化剂芯材与二氯甲烷的质量比为1：（0.5-2）：（30-50）；所述水相中表面活性剂、分散剂与水的质量比为1：（0.5-1）：（80-120）；所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、月桂醇硫酸钠与直链烷基苯磺酸钠的一种或其组合，所述分散剂为明胶、聚乙烯醇与脂肪醇聚氧乙烯醚的一种或其组合；所述形成油/水乳液条件为：油相滴加入水相速率60-120滴/min，油相与水相体积比（20-50）：100，温度为10-30℃。
6.根据权利要求4所述的微胶囊可控固化冷拌环氧沥青的制备方法，其特征在于，所述B组分的制备中油/水乳液中二氯甲烷溶剂挥发法条件为：油/水乳液的温度为30-45℃，搅拌速率400-800rpm，时间为4-8h。
7.根据权利要求4所述的微胶囊可控固化冷拌环氧沥青的制备方法，其特征在于：所述B组分的制备中微胶囊固化材料为直径5-60μm的球形材料，高分子壁材均匀包覆环氧固化剂芯材。
8.根据权利要求4所述的微胶囊可控固化冷拌环氧沥青的制备方法，其特征在于：所述A组分的制备中加热熔融温度为90-130℃、剪切搅拌速率为1000-2000rpm、时间为10-30min。
9.权利要求1-3任一项所述的微胶囊可控固化冷拌环氧沥青的应用，其特征在于：将A组分冷拌环氧沥青与B组分微胶囊固化材料搅拌混合，制得微胶囊可控固化冷拌环氧沥青，然后将其与集料搅拌混合制备微胶囊可控固化冷拌环氧沥青混合料，应用于沥青道路冷拌冷铺工程领域。
10.根据权利要求9所述的微胶囊可控固化冷拌环氧沥青的应用，其特征在于：所述微胶囊固化材料与冷拌环氧沥青的质量比为100：（4-10），搅拌速率为500-1000rpm、时间2-8min；所述微胶囊可控固化冷拌环氧沥青与集料油石比4-8%，级配AC-13，拌和温度30-60℃。
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