CN116376451A - 一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料、该材料的制备方法及应用 - Google Patents
一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料、该材料的制备方法及应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料、该材料的制备方法及应用，属于道路预防性养护技术领域，包含以下组分及重量百分比的原料制备组成：石油沥青30‑50份；环保型有机溶剂40‑60份；助剂5‑10份；α‑氰基丙烯酸酯3‑5份；白油5‑10份。该超薄罩面用快固耐灰黏层材料，采用高压无气喷涂洒布车常温洒布，这种快固耐灰黏层材料适用于养护周期较短的预防性养护技术施工中，即使在潮湿、积灰的铣刨面上也能快速固化成膜形成强度，成膜后与上层混合料粘结强度高、柔韧性好，可作为沥青路面预防性养护薄层罩面、磨耗层施工黏层材料使用，是一种性价比高、耐久性好的黏层油。
Description
技术领域
本发明涉及道路预防性养护技术领域，具体为一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料、该材料的制备方法及应用。
背景技术
乳化沥青作为粘结层材料已成功应用到高速公路，但在施工过程中依然存在许多缺陷。比如喷洒乳化沥青后，在后期施工过程中，容易被施工车辆及摊铺机履带粘结带走，影响了沥青路面的粘结效果，加上日益严重的重载、超载等问题，促使沥青路面往往在投入使用不久后就会出现车辙、开裂、层间推移和拥包等严重病害。
虽然后期开发了SBS改性乳化沥青和SBR胶乳改性乳化沥青等聚合物改性沥青，但是用于黏层材料后高温粘结性能不足。目前不粘轮乳化沥青由于具有较好的抗施工损伤性、较高的粘结强度和良好的耐候性而受到越来越多国内外研究人员的关注。不仅在新建项目上作为沥青与沥青之间的粘结层，也在大多数预防性养护项目中的薄层罩面施工中充当黏层。
不粘轮乳化沥青属于水性体系的黏层材料，虽然其破乳速度快，常温条件下在20min内即可表干，但是真正达到实干状态时需要1-2h，冬季条件下甚至需要4h以上才能进行上层混合料的摊铺，严重影响封闭交通的时间。水性体系的黏层材料在路面上存在灰尘时很容易被施工车辆车轮带走，从而失去黏层材料的作用。
本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料、该材料的制备方法及应用，使其更具有实用性，经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料、该材料的制备方法及应用，克服水性体系黏层材料在低温条件下破乳速度慢、积灰界面无法粘结的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料，包括以下按照重量份的原料：石油沥青30-50份，环保型有机溶剂40-60份，助剂5-10份，α-氰基丙烯酸酯3-5份，白油5-10份。
进一步的，所述石油沥青为软化点在90℃-100℃的经硅油表面处理的硬质沥青颗粒。其中，石油沥青是快固耐灰黏层材料主要成膜物质，用量低于30份时黏层材料不能形成完整的膜，用量高于50份时黏层材料粘度过大，施工时喷洒雾化效果不佳；软化点高于90℃是为了夏季高温施工时不粘车轮，低于100℃是为了保证热混合料摊铺时及时熔融，保证与上层混合料的粘结强度；硬质沥青颗粒经过硅油表面处理后与有机溶剂搅拌时能避免结团团聚无法分散的情况出现。
进一步的，所述环保型有机溶剂是不含苯环结构的链烷烃和环烷烃的混合物，沸点在120-140℃。其中，不含苯环的有机溶剂大部分无致毒物质，沸点大于120℃是为了保证存储和运输的安全，沸点低于140℃是为了这类溶剂挥发速度较快，能满足黏层材料快固的要求。
进一步的，所述助剂由如下步骤制备而成：
(1)、常压下，将1mol丙烯酸、1mol端羟基聚丁二烯和1mol甲基丙烯酸三氟乙酯加入装有搅拌器、回流冷凝器、温度计的四口烧瓶中，通上氮气，搅拌升温；
(2)、在步骤(1)的基础上，将温度升高至100℃，加入催化剂BPO，以500r/min搅拌反应4-6h，冷却至室温出料。
其中，所述助剂中经羟基封端的聚丁二烯由于具有极低的玻璃化转变温度(达到-40℃)和较长的长链结构，因此具有优异的低温抗裂性和柔韧性，从而改善快固耐灰黏层材料的柔韧性和低温抗裂性；甲基丙烯酸三氟乙酯单体侧链上含有氟原子，电负性高，能够减小黏层材料在灰尘表面中的的表面张力，增强润湿性和渗透性，使得黏层材料在界面有灰尘的情况下快速渗透到基面形成强度。
进一步的，所述端羟基聚丁二烯的分子量为1500-2000，催化剂BPO的量为丙烯酸、端羟基聚丁二烯和甲基丙烯酸三氯乙酯质量之和的1％。
进一步的，由于α-氰基丙烯酸酯存在强烈吸电子基团-CN和-COOR结构，在界面存在微量水的催化剂下容易发生离子聚合，迅速固化放热，加快黏层材料环保型有机溶剂的挥发速度，从而使黏层材料具有快干的特点。
进一步的，所述白油为5#工业白油，一方面起到增塑硬质沥青颗粒从而提高黏层材料柔韧性的作用，另一方面提高有机溶剂对石油沥青的溶解能力。
同时，本发明提供了一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料的制备方法，克服现有黏层材料低温固化慢、成膜较脆、柔韧性差等问题。
一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料的制备方法，由如下步骤制备而得：
S1、助剂制备：常压下，将1mol丙烯酸、1mol端羟基聚丁二烯和1mol甲基丙烯酸三氟乙酯加入装有搅拌器、回流冷凝器、温度计的四口烧瓶中，通上氮气，搅拌升温；将温度升高至100℃，加入适量催化剂BPO，以500r/min搅拌反应4-6h，冷却至室温出料；
S2、将40-60份环保型有机溶剂、5-10份步骤(1)制备的助剂、3-5份α-氰基丙烯酸酯和5-10份白油加入到高速分散机中，在200r/min搅拌速度下搅拌10min；
S3、将高速分散机的搅拌速度逐渐提高至3000r/min，同时将30-50份石油沥青分两次加入到高速分散机中，搅拌2-3h得到快固耐灰黏层材料；
优选的，石油沥青为硬质沥青颗粒，软化点在90-100℃，颗粒表面经硅油表面处理；
优选的，环保型有机溶剂是不含苯环结构的链烷烃和卤代烃的混合物，链烷烃优选为丙烷、戊烷、正丁烷和环己烷；卤代烃优选为二氯甲烷、二氯乙烷和氯甲烷；混合溶剂的沸点在120-140℃。
优选的，端羟基聚丁二烯的分子量为1500-2000，催化剂BPO的量为丙烯酸、端羟基聚丁二烯和甲基丙烯酸三氯乙酯质量之和的1％。
优选的，白油为5#工业白油。
并且，本方案还公开了一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料的应用，所述快固耐灰黏层材料在施工时采用高压无气喷涂洒布车常温洒布，洒布量为0.15kg/m2-0.2kg/m2。
(三)有益效果
1、本发明提供的一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料、该材料的制备方法及应用，相比目前市面上应用较多的水性体系，如不粘轮乳化沥青来说，该黏层材料属于油性体系材料，挥发速度快，渗透能力强。一般超薄罩面施工时都会对原路面进行铣刨，铣刨过程中会有水分和灰尘残留在原路面，且很难被清理干净，应用水性体系的黏层材料时一方面会增加养生时间，另一方面也会由于灰尘原因无法粘结原路面。本发明提出的油性快固耐灰黏层材料疏水性强，渗透能力优异，能够润湿灰尘渗透到原路面起到粘结的作用，黏层材料洒布时采用的是高压无气喷涂的方式，一部分原路面的板结的灰尘也会被气体带起，更加有利于本发明黏层材料与原路面的粘结；超薄罩面施工时无需依赖一体化施工设备，可分布施工，减少工程设备资金的投入；
2、本发明提供的一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料、该材料的制备方法及应用，所用石油沥青是软化点在90℃-100℃的经硅油表面处理的硬质沥青颗粒。与其他黏层材料生产需要140℃以上的高温使沥青熔化不同，本发明的黏层材料是在常温条件下生产，绿色环保；而一般的沥青颗粒在溶剂作用下很容易团聚在一起，最终形成体积较大的沥青块，阻止有机溶剂对沥青颗粒持续的溶解作用，因此，本发明中的硬质沥青颗粒表面经硅油处理，并通过两次投料的方式减少沥青颗粒团聚现象的发生；5#工业白油的加入也进一步增强了有机溶剂对沥青颗粒的溶解性，同时也降低了黏层材料的旋转粘度，有利于黏层材料在施工时具有良好的雾化效果
3、本发明提供的一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料、该材料的制备方法及应用，助剂中经羟基封端的聚丁二烯由于具有极低的玻璃化转变温度(达到-40℃)和较长的长链结构，因此具有优异的低温抗裂性和柔韧性，从而改善快固耐灰黏层材料的柔韧性和低温抗裂性；甲基丙烯酸三氟乙酯单体侧链上含有氟原子，电负性高，能够减小黏层材料在灰尘表面中的的表面张力，增强润湿性和渗透性，使得黏层材料在界面有灰尘的情况下快速渗透到基面形成强度，改善黏层材料在灰尘界面的粘结强度，减小施工现场的不利条件对超薄罩面施工的影响。
4、本发明提供的一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料、该材料的制备方法及应用，所用α-氰基丙烯酸酯由于其存在强烈吸电子基团-CN和-COOR结构，在界面存在微量水的催化剂下容易发生离子聚合，迅速固化放热，加快黏层材料环保型有机溶剂的挥发速度，从而使黏层材料具有快干的特点。在预防性养护工程中的薄层罩面施工中，原路面病害处置、黏层撒布和混合料摊铺往往在同一时间进行，因此没有充足的时间供黏层材料养生，本发明的黏层材料具有快干的特点，洒布结束后15min即可摊铺热混合料，有利于减少施工周期，提前开放交通，缓解交通压力。
具体实施方式
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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
一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料的制备方法，由如下步骤制备而得：
(1)助剂制备：常压下，将1mol丙烯酸、1mol分子量为1500的端羟基聚丁二烯和1mol甲基丙烯酸三氟乙酯加入装有搅拌器、回流冷凝器、温度计的四口烧瓶中，通上氮气，搅拌升温；将温度升高至100℃，加入适量催化剂BPO，以500r/min搅拌反应4h，冷却至室温出料。
(2)将60份沸点为120℃的正丁烷、环己烷和二氯乙烷的混合物环保型有机溶剂、10份步骤(1)制备的助剂、3份α-氰基丙烯酸酯和10份白油加入到高速分散机中，在200r/min搅拌速度下搅拌10min。
(3)将高速分散机的搅拌速度逐渐提高至3000r/min，同时将50份软化点为100℃经硅油表面处理的硬质沥青颗粒分两次加入到高速分散机中，搅拌2h得到快固耐灰黏层材料。
实施例2
一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料的制备方法，由如下步骤制备而得：
(1)助剂制备：常压下，将1mol丙烯酸、1mol分子量为2000的端羟基聚丁二烯和1mol甲基丙烯酸三氟乙酯加入装有搅拌器、回流冷凝器、温度计的四口烧瓶中，通上氮气，搅拌升温；将温度升高至100℃，加入适量催化剂BPO，以500r/min搅拌反应6h，冷却至室温出料。
(2)将40份沸点为130℃的丙烷、环己烷和二氯甲烷的混合物环保型有机溶剂、5份步骤(1)制备的助剂、5份α-氰基丙烯酸酯和5份白油加入到高速分散机中，在200r/min搅拌速度下搅拌10min。
(3)将高速分散机的搅拌速度逐渐提高至3000r/min，同时将30份软化点为90℃经硅油表面处理的硬质沥青颗粒分两次加入到高速分散机中，搅拌3h得到快固耐灰黏层材料。
实施例3
一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料的制备方法，由如下步骤制备而得：
(1)助剂制备：常压下，将1mol丙烯酸、1mol分子量为1800的端羟基聚丁二烯和1mol甲基丙烯酸三氟乙酯加入装有搅拌器、回流冷凝器、温度计的四口烧瓶中，通上氮气，搅拌升温；将温度升高至100℃，加入适量催化剂BPO，以500r/min搅拌反应5h，冷却至室温出料。
(2)将50份沸点为140℃的丙烷、戊烷和氯甲烷的混合物环保型有机溶剂、7份步骤(1)制备的助剂、4份α-氰基丙烯酸酯和8份白油加入到高速分散机中，在200r/min搅拌速度下搅拌10min。
(3)将高速分散机的搅拌速度逐渐提高至3000r/min，同时将40份软化点为95℃经硅油表面处理的硬质沥青颗粒分两次加入到高速分散机中，搅拌2.5h得到快固耐灰黏层材料。
实施例4
一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料的制备方法，由如下步骤制备而得：
(1)助剂制备：常压下，将1mol丙烯酸、1mol分子量为1700的端羟基聚丁二烯和1mol甲基丙烯酸三氟乙酯加入装有搅拌器、回流冷凝器、温度计的四口烧瓶中，通上氮气，搅拌升温；将温度升高至100℃，加入适量催化剂BPO，以500r/min搅拌反应4h即可，冷却至室温出料。
(2)将45份沸点为125℃的正丁烷、二氯甲烷和二氯乙烷的混合物环保型有机溶剂、9份步骤(1)制备的助剂、5份α-氰基丙烯酸酯和6份白油加入到高速分散机中，在200r/min搅拌速度下搅拌10min。
(3)将高速分散机的搅拌速度逐渐提高至3000r/min，同时将35份软化点为94℃经硅油表面处理的硬质沥青颗粒分两次加入到高速分散机中，搅拌3h得到快固耐灰黏层材料。
实施例5
一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料的制备方法，由如下步骤制备而得：
(1)助剂制备：常压下，将1mol丙烯酸、1mol分子量为1900端羟基聚丁二烯和1mol甲基丙烯酸三氟乙酯加入装有搅拌器、回流冷凝器、温度计的四口烧瓶中，通上氮气，搅拌升温；将温度升高至100℃，加入适量催化剂BPO，以500r/min搅拌反应6h，冷却至室温出料。
(2)将55份沸点为135℃的丙烷、正丁烷和氯甲烷的混合物环保型有机溶剂、8份步骤(1)制备的助剂、3份α-氰基丙烯酸酯和9份白油加入到高速分散机中，在200r/min搅拌速度下搅拌10min。
(3)将高速分散机的搅拌速度逐渐提高至3000r/min，同时将38份软化点为97℃经硅油表面处理的硬质沥青颗粒分两次加入到高速分散机中，搅拌2h得到快固耐灰黏层材料。
根据《水泥混凝土桥面水性环氧沥青防水粘结层施工技术规范》(DB32/T2285-2012)测试粘结层材料在不同基面上的粘结强度。
实施例1-5与对比实施例中不粘轮乳化沥青、聚合物改性乳化沥青粘结强度测试结果如下表所示：
由上表可见，本发明制造出的快固耐灰黏层材料，其相对于现有粘层材料来说，表干和实干均固化快、粘结强度大。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料，其特征在于，包括以下按照重量份的原料：石油沥青30-50份，环保型有机溶剂40-60份，助剂5-10份，α-氰基丙烯酸酯3-5份，白油5-10份。
2.根据权利要求1所述的一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料，其特征在于，所述石油沥青为软化点在90℃-100℃的经硅油表面处理的硬质沥青颗粒。
3.根据权利要求2所述的一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料，其特征在于，所述环保型有机溶剂是不含苯环结构的链烷烃和环烷烃的混合物，沸点在120-140℃。
4.根据权利要求3所述的一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料，其特征在于，所述助剂由如下步骤制备而成：
(1)、常压下，将1mol丙烯酸、1mol端羟基聚丁二烯和1mol甲基丙烯酸三氟乙酯加入装有搅拌器、回流冷凝器、温度计的四口烧瓶中，通上氮气，搅拌升温；
(2)、在步骤(1)的基础上，将温度升高至100℃，加入催化剂BPO，以500r/min搅拌反应4-6h。
5.根据权利要求4所述的一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料，其特征在于，所述端羟基聚丁二烯的分子量为1500-2000，催化剂BPO的量为丙烯酸、端羟基聚丁二烯和甲基丙烯酸三氯乙酯质量之和的1％。
6.根据权利要求5所述的一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料，其特征在于：所述白油为5#工业白油。
7.根据权利要求6所述的一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料的制备方法，其特征在于，将石油沥青、环保型有机溶剂、助剂、α-氰基丙烯酸酯以及白油混合在一起，在常温下由高速分散机搅拌2h，得到快固耐灰黏层材料。
8.根据权利要求7所述的一种超薄罩面用快固耐灰黏层材料的应用，其特征在于，所述快固耐灰黏层材料在施工时采用高压无气喷涂洒布车常温洒布，洒布量为0.15kg/m2-0.2kg/m2。
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