CN116445129A - 一种常温耐拉伸嵌缝材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种常温耐拉伸嵌缝材料及其制备方法和应用。所述常温耐拉伸嵌缝材料包括如下组分，以质量分数计：热塑性树脂2％～20％，矿物油23％～50％，复合聚合物2％～20％，增强剂0.8％～4.0％，第一化合剂0.5％～6％，降粘剂15％～50％。本发明提供的常温耐拉伸嵌缝材料符合现有道路缝隙及构造结构预留缝隙的结构和施工特点，具有优异的高温性能、低温性能、变形恢复能力和非常好的稳定性能，常温可储存一年以上，具有较高的软化点、很强的黏结力和较高的低温拉伸率、低温延度，可对道路缝隙及构造结构预留缝隙进行有效填充修补。

Description

一种常温耐拉伸嵌缝材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种常温耐拉伸嵌缝材料及其制备方法和应用，特别是涉及用于道路缝隙及构造结构预留缝隙的填充修补材料的耐拉伸嵌缝材料及其制备方法和应用。
背景技术
严寒地区道路路面存在冻胀现象，究其原因，与外部水进入路基内部有关，伸缩缝处密封效果不佳以及道路裂缝没有及时修补都是其成因之一。这些道路缝隙和构造预留缝隙的填充修补通常采用各类密封材料，依靠密封材料的弹性来“跟随”由于温度和载荷引起的缝隙宽度变化，通过提高材料的强度、延伸性、耐疲劳等一系列性能以期达到目的，但令人遗憾的是，截至目前这些材料在实际使用效果并不令人满意。原因是多方面的，其一是材料因素，这些产品自身具有很好的性能，但对施工环境条件的要求过高，比如混凝土必须干燥洁净，不能有浮浆；或者必须增加底涂或表面处理，否则会因粘接不好导致界面开裂；环境温度不能过高或过低，否则影响树脂的固化，进而影响树脂基体的性能以及粘接性能等等；其二是施工因素，现场施工时过于随意，表面处理不好或干脆不处理，带水作业，导致密封胶固化不良，粘接不好，难以实现材料性能；其他还有多种因素，使得缝隙实际密封效果较差。
CN109320979B公开了一种提高酸性石料与沥青粘附性的树脂沥青乳液的制备方法及其应用。该方法中将偶联剂、无机填料和水混合，采用超声分散得到无机填料分散液，再加入水性环氧树脂、水性环氧固化剂和乳化沥青，搅拌得到树脂沥青乳液。然后将树脂沥青乳液喷洒至酸性石料表面，烘干后即可获得表面处理的石料。该方法所采用的制备工艺复杂，施工过程中操作繁琐，推广应用具有较大的局限性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种常温耐拉伸嵌缝材料及其制备方法和应用。该常温耐拉伸嵌缝材料符合现有道路缝隙及构造结构预留缝隙的结构和施工特点，具有优异的高温性能、低温性能、变形恢复能力和非常好的稳定性能，常温可储存一年以上，具有较高的软化点、很强的黏结力和较高的低温拉伸率、低温延度，可对道路缝隙及构造结构预留缝隙进行有效填充修补。
本发明提供了一种常温耐拉伸嵌缝材料，所述材料包括如下组分，以质量分数计：
热塑性树脂2％～20％，优选为4％～17％；
矿物油23％～50％，优选为33％～40％；
复合聚合物2％～20％，优选为5％～14％；
增强剂0.8％～4.0％，优选为1.5％～3.2％；
第一化合剂0.5％～6％，优选为1.4％～4.0％；
降粘剂15％～50％，优选为18％～47％。
进一步地，所述复合聚合物包括天然聚合物、合成聚合物和第二化合剂。
进一步地，所述复合聚合物中，天然聚合物、合成聚合物和第二化合剂的质量分数分别为15％～55％、20％～75％、0.1％～25％。
进一步地，所述复合聚合物中的天然聚合物优选为天然橡胶，所述合成聚合物优选为合成橡胶中的一种或几种，所述合成橡胶分子量优选为200000～400000。
进一步地，所述复合聚合物中的第二化合剂为第二硫化剂、第二硫化促进剂、第二防老剂，所述第二硫化剂优选为单质硫、硫化物、一氯化硫、硒、碲、异氰酸酯中的一种或几种，所述第二硫化促进剂优选为醛胺类、胍类、秋兰姆类、噻唑类、二硫代氨基甲酸盐类、黄原酸盐类、硫脲类、次磺酰胺类、金属氧化物中的一种或几种，所述第二防老剂优选为单酚、双酚、多酚、杂环防老剂、亚磷酸酯防老剂的一种或几种。
进一步地，所述复合聚合物中的第二硫化剂、第二硫化促进剂和第二防老剂的质量比为(1.0～2.8)：(0.5～1.3)：(0.6～1.4)。
进一步地，所述热塑性树脂的色度为6～16，优选为脂环族树脂。
进一步地，所述矿物油为天然石油生产的矿物油，为环烷烃与链烷烃混合物。所述矿物油的饱和分含量不大于35％，优选为15％～30％(以质量计)。所述矿物油的100℃粘度为50～60000mm2/s，倾点小于30℃，稠环芳烃质量含量小于5％。
进一步地，所述增强剂优选为玻璃纤维、石棉、硼纤维、陶瓷纤维、芳酰胺纤维、不锈钢纤维中的一种或几种。
进一步地，所述第一化合剂为第一硫化剂、第一硫化促进剂和第一防老剂。其中，第一硫化剂、第一硫化促进剂、第一防老剂的质量比为1：(0.5～1.0)：(0.1～1.5)。
进一步地，所述第一化合剂中，所述第一硫化剂优选为单质硫、硫化物、一氯化硫、硒、碲、异氰酸酯中的一种或几种，所述第一硫化促进剂优选为醛胺类、胍类、秋兰姆类、噻唑类、二硫代氨基甲酸盐类、黄原酸盐类、硫脲类、次磺酰胺类、金属氧化物中的一种或几种，所述第一防老剂优选为单酚、双酚、多酚、杂环防老剂、亚磷酸酯防老剂的一种或几种。
进一步地，所述降粘剂选自汽油、柴油、煤油、溶剂油中的一种或几种。
本发明第二方面提供了上述耐拉伸嵌缝材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备复合聚合物；
(2)将热塑性树脂加入到矿物油中进行溶化，然后加入复合聚合物进行溶胀，并经过高速剪切形成胶结料；
(3)将步骤(2)所述的胶结料加入第一防老剂，然后进行第一搅拌，再高速剪切，然后加入第一硫化剂和第一硫化促进剂，进行第二搅拌，然后加入增强剂，进行第三搅拌，再高速剪切，得到中间体；
(4)在步骤(3)所述的中间体中加入矿物油和降粘剂制得的混合液，进行搅拌，得到所述的常温耐拉伸嵌缝材料。
进一步地，步骤(1)所述的复合聚合物的制备方法，包括如下步骤：
将天然聚合物与合成聚合物共同塑炼，之后加入第二化合剂进行混炼，待物料分散均匀且具有适合的可塑性，得到所述的聚合物。
进一步地，步骤(1)所述的复合聚合物的制备方法中，优选地，天然聚合物、合成聚合物和第二化合剂的质量分数分别为15％～55％、20％～75％、0.1％～25％。
进一步地，步骤(1)所述的复合聚合物的制备方法中，所述天然聚合物在与合成聚合物混合之前，可以先经过塑炼，所述塑炼可以采用本领域的常规技术，如使用开炼机、密炼机和挤出机等进行塑炼，塑炼温度为120℃～160℃，时间为5min～30min，速比为1.0～1.3。
进一步地，所述复合聚合物中的第二化合剂为第二硫化剂、第二硫化促进剂和第二防老剂。
进一步地，步骤(1)所述的复合聚合物的制备方法中，所述第二化合物为第二硫化剂、第二硫化促进剂和第二防老剂的质量比为(0.7～1.5)：(0.2～1.1)：(0.3～1.2)。
进一步地，步骤(2)中，优选的，热塑性树脂、矿物油、复合聚合物的质量比为(0.3～1.5)：(0.4～2.1)：(2.7～5.2)。
进一步地，步骤(2)中，所述溶化的温度为140℃～170℃，时间为60min～90min；所述溶胀的温度为120℃～190℃，时间为60min～90min。
进一步地，步骤(2)中，所述高速剪切的转速为1000r/min～10000r/min。
进一步地，步骤(3)中，第一硫化剂、第一硫化促进剂、第一防老剂的质量比为1：(0.5～1.0)：(0.1～1.5)。
进一步地，步骤(3)中，所述第一次搅拌的温度为150℃～160℃，时间为60min～90min，搅拌的转速为50r/min～150r/min。
进一步地，步骤(3)中，所述第二次搅拌的温度为170℃～180℃，时间为4～10h，搅拌的转速为300r/min～800r/min。
进一步地，步骤(3)中，所述第三次搅拌的温度为160℃～170℃，时间为1～5h，搅拌的转速为100r/min～300r/min。
进一步地，步骤(4)中矿物油与步骤(2)中矿物油的质量比是1：(1～4)。
进一步地，步骤(4)中，矿物油和降粘剂的质量比为1：1～1：7。
进一步地，步骤(4)中，制备矿物油和降粘剂的混合液的混合温度为60℃～80℃，混合时间为20min～40min。
进一步地，步骤(4)中，所述搅拌的温度为80℃～100℃，时间为1h～5h，搅拌的转速为50r/min～150r/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过调整热塑性树脂、矿物油、聚合物的含量并添加化合剂、增强剂，使耐拉伸材料具有优异的高温性能、低温性能、变形恢复能力、非常好的稳定性能，常温可储存一年以上，具有较高的软化点、很强的黏结力和较高的低温拉伸率、低温延度，同时具有较强的形变跟随能力，从而避免由于较大温差造成的胶结料从缝隙表面粘结处脱落，使缝隙具有较好的防水性能，增加道路的使用寿命，减少维修频次。
(2)本发明聚合物通过调整天然聚合物与合成聚合物的含量并添加化合剂塑炼，可去除聚合物中的杂质，增加聚合物的可塑性和柔性，提高聚合物的抗拉伸性能，改善聚合物的抗老化能力，并可根据实际使用性能需求，通过工艺过程调整聚合物性能。
(3)本发明的天然聚合物与合成聚合物配合使用并添加化合剂，使聚合物上(指的是两种聚合物)的化学键发生聚合、交联、接枝等化学反应，使聚合物分子上原有的短侧链与其它分子上的活性化学键结合，使热塑性树脂、矿物油之间能形成稳定的网状胶体结构，使本发明产品的性能更稳定。
(4)本发明中的矿物油可以增强聚合物的柔韧性，提高产品的低温抗裂性能。
(5)由于热塑性树脂长时间高温加热会出现老化，影响产品性能，本发明采用80℃左右即可成液态的矿物油，并在100℃～160℃溶化热塑性树脂和在120℃～180℃下溶胀聚合物，这样即可快速、充分地完成溶化和溶胀，又可以避免热塑性树脂的老化及矿物油中分散相的挥发；在150℃～160℃下进行第一次搅拌，可逐渐释放出活性化学键，便于控制反应速度，平稳完成聚合、交联、接枝等反应；在170℃～180℃下进行第二次搅拌，可以使物料体系中的活性基团和化学键完全反应，避免后续对材料性能产生持续影响；在160℃～170℃下进行第三次搅拌，可以使物料体系更加均匀稳定，避免出现分层、凝胶等不利情况。
(6)本发明使用的矿物油和降粘剂均为石油产品，与热塑性树脂和聚合物具有很好的相容性，保证了常温耐拉伸材料的均匀性，使常温耐拉伸材料具有较好的和易性合储存稳定性。
(7)本发明将矿物油分两部分加入，分别制备成均相体系和混合溶液，有利于聚合、交联等化学反应的进行，并且有助于降低降粘剂的闪点，避免在操作过程中发生火灾等危险。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明的技术方案和效果。实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
将天然聚合物在开炼机中塑炼，再与合成聚合物共同塑炼，之后加入第二化合剂进行混炼，待物料分散均匀且具有适合的可塑性，即得到复合聚合物，其原料名称、配比和型号如下表1。
表1复合聚合物的原料名称、配比和型号
在反应釜中加入矿物油和热塑性树脂，加热至110℃，使之全部溶化，时间为30min。再加入复合聚合物搅拌均匀后进行溶胀，溶胀的温度为140℃，时间为60min。将全部混合物料通过转速为3000转/分钟的高剪切30min，然后加入第一化合剂(第一防老剂)进行第一次搅拌90min。第一次搅拌结束后，全部混合物料通过转速为3000转/分钟的高剪切30min，再加入第一化合剂(第一硫化剂)和第一化合剂(第一硫化促进剂)进行第二次搅拌10h。第二次搅拌结束后，加入增强剂进行第三次搅拌5h，即得到耐拉伸材料中间体。本实施例配制的耐拉伸材料中间体，其原料名称、配比和型号如下表2。
表2耐拉伸材料中间体的原料名称、配比和型号
在另一反应釜中加入矿物油，加热至60～80℃，再加入降粘剂，并不断搅拌，使矿物油和降粘剂形成均匀稳定的混合液，并向上述得到的耐拉伸材料中间体加入混合液，在100℃下搅拌均匀，最终得到所述常温耐拉伸材料。本实施例配制的常温耐拉伸材料，其原料名称、配比和型号如下表3，所得产品的性能见表10。
表3常温耐拉伸材料的原料名称、配比和型号
实施例2
将天然聚合物在开炼机中塑炼，再与合成聚合物共同塑炼，之后加入第二化合剂进行混炼，待物料分散均匀且具有适合的可塑性，即得到复合聚合物，其原料名称、配比和型号如下表4。
表4复合聚合物的原料名称、配比和型号
在反应釜中加入矿物油和热塑性树脂，加热至120℃，使之全部溶化，时间为30min。再加入复合聚合物搅拌均匀后进行溶胀，溶胀的温度为140℃，时间为60min。将全部混合物料通过转速为3000转/分钟的高剪切30min，然后加入第一化合剂(第一防老剂)进行第一次搅拌90min。第一次搅拌结束后，全部混合物料通过转速为3000转/分钟的高剪切30min，再加入第一化合剂(第一硫化剂和第一硫化促进剂)进行第二次搅拌10h。第二次搅拌结束后，加入增强剂进行第三次搅拌5h，即得到耐拉伸材料中间体。本实施例配制的耐拉伸材料中间体，其原料名称、配比和型号如下表5。
表5耐拉伸材料中间体的原料名称、配比和型号
在另一反应釜中加入矿物油，加热至60～80℃，再加入降粘剂，并不断搅拌，使矿物油和降粘剂形成均匀稳定的混合液，并向上述得到的耐拉伸材料中间体加入混合液，在100℃下搅拌均匀，最终得到所述常温耐拉伸材料。本实施例配制的常温耐拉伸材料，其原料名称、配比和型号如下表6，所得产品的性能见表10。
表6常温耐拉伸材料的原料名称、配比和型号
实施例3
将天然聚合物在开炼机中塑炼，再与合成聚合物共同塑炼，之后加入第二化合剂进行混炼，待物料分散均匀且具有适合的可塑性，即得到复合聚合物，其原料名称、配比和型号如下表7。
表7复合聚合物的原料名称、配比和型号
在反应釜中加入矿物油和热塑性树脂，加热至130℃，使之全部溶化，时间为30min。再加入合成聚合物搅拌均匀后进行溶胀，溶胀的温度为140℃，时间为60min。将全部混合物料通过转速为3000转/分钟的高剪切30min，然后加入第一化合剂(第一防老剂)进行第一次搅拌90min。第一次搅拌结束后，全部混合物料通过转速为3000转/分钟的高剪切30min，再加入第一化合剂(第一硫化剂)和第一化合剂(第一硫化促进剂)进行第二次搅拌10h。第二次搅拌结束后，加入增强剂进行第三次搅拌5h，即得到耐拉伸材料的中间体。本实施例配制的耐拉伸材料中间体，其原料名称、配比和型号如下表8。
表8耐拉伸材料中间体的原料名称、配比和型号
在另一反应釜中加入矿物油，加热至60～80℃，再加入降粘剂，并不断搅拌，使矿物油和降粘剂形成均匀稳定的混合液，并向上述得到的耐拉伸材料中间体加入混合液，在100℃下搅拌均匀，最终得到所述常温耐拉伸材料。本实施例配制的常温耐拉伸材料，其原料名称、配比和型号如下表9，所得产品的性能见表10。
表9常温耐拉伸材料的原料名称、配比和型号
对比例1
本对比例1的原料和方法基本与实施例1相同，不同点在于：没有添加天然橡胶，所得产品的性能见表10。其中，在制备过程中，加入硫化剂、硫化促进剂后，会出现严重的凝胶现象，加入降粘剂后搅拌不均匀，影响产品的使用。
对比例2
本对比例2的原料和方法基本与实施例1相同，不同点在于：聚合物没有经过复合工艺制备，只是将合成聚合物和天然聚合物按照实施例1中的配比加入反应釜中，与反应釜中已经溶化的矿物油和热塑性树脂搅拌均匀后进行溶胀，并且未添加第二化合剂，所得产品的性能见表10。其中，在制备过程中，由于聚合物没有经过复合工艺制备，在加入硫化剂、硫化促进剂后，聚合物分子快速发生接枝、交联等反应，胶体体系不稳定，出现凝胶，加入降粘剂后搅拌不均匀，影响产品的使用。
测试例1
对实施例1-3和对比例1、2和所制得的材料进行测试。针入度是根据GB/T4509方法进行测定，软化点是根据GB/T4507方法进行测定，延度是根据GB/T4508方法进行测定，弹性恢复率是根据SH/T0737方法进行测定，脆点是根据GB/T4510方法进行测定，测试结果见表10。
表10常温耐拉伸材料性质
从残留物性能来看，本发明实施例1-3材料的低温性能更好。从稳定性来看，本发明材料可以长期储存，达到一年以上，而对比例1、2只能保持几小时。
测试例2
采用万能材料试验机对实施例1-3和对比例1-2进行拉伸测试，测试结果见表11。
表11耐拉伸材料的拉伸性能
产品名称 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
拉伸强度，MPa 138 153 118 256 249
剥离面积比例，％ 约9 约6 约1 约40 约40
从表11中的对比结果来看，由于实施例1-3的拉伸强度相对较小，表明其内聚力相对较小，材料具有更好的跟随性及粘附性，且抗剥离性更好，不容易出现剥离和断裂的现象。

Claims (14)

1.一种常温耐拉伸嵌缝材料，所述材料包括如下组分，以质量分数计：
热塑性树脂2％～20％；
矿物油23％～50％；
复合聚合物2％～20％；
增强剂0.8％～4.0％；
第一化合剂0.5％～6％；
降粘剂15％～50％。
2.根据权利要求1所述的常温耐拉伸嵌缝材料，其特征在于，所述复合聚合物包括天然聚合物、合成聚合物和第二化合剂。
3.根据权利要求2所述的常温耐拉伸嵌缝材料，其特征在于，所述复合聚合物中，天然聚合物、合成聚合物和第二化合剂的质量分数分别为15％～55％、20％～75％、0.1％～25％。
4.根据权利要求2所述的常温耐拉伸嵌缝材料，其特征在于，所述复合聚合物中的天然聚合物为天然橡胶，所述合成聚合物为合成橡胶中的一种或几种；所述复合聚合物中的第二化合剂为第二硫化剂、第二硫化促进剂、第二防老剂，所述第二硫化剂优选为单质硫、硫化物、一氯化硫、硒、碲、异氰酸酯中的一种或几种，所述第二硫化促进剂优选为醛胺类、胍类、秋兰姆类、噻唑类、二硫代氨基甲酸盐类、黄原酸盐类、硫脲类、次磺酰胺类、金属氧化物中的一种或几种，所述第二防老剂优选为单酚、双酚、多酚、杂环防老剂、亚磷酸酯防老剂的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的常温耐拉伸嵌缝材料，其特征在于，所述复合聚合物中的第二硫化剂、第二硫化促进剂和第二防老剂的质量比为(1.0～2.8)：(0.5～1.3)：(0.6～1.4)。
6.根据权利要求1所述的常温耐拉伸嵌缝材料，其特征在于，所述热塑性树脂的色度为6～16，优选为脂环族树脂；所述矿物油为天然石油生产的矿物油，为环烷烃与链烷烃混合物；所述矿物油的饱和分质量含量不大于35％，优选为15％～30％；所述矿物油的100℃粘度为50～60000mm2/s，倾点小于30℃，稠环芳烃质量含量小于5％；所述增强剂为玻璃纤维、石棉、硼纤维、陶瓷纤维、芳酰胺纤维、不锈钢纤维中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的常温耐拉伸嵌缝材料，其特征在于，所述第一化合剂为第一硫化剂、第一硫化促进剂和第一防老剂；其中，第一硫化剂、第一硫化促进剂、第一防老剂的质量比为1：(0.5～1.0)：(0.1～1.5)。
8.根据权利要求1所述的常温耐拉伸嵌缝材料，其特征在于，所述降粘剂选自汽油、柴油、煤油、溶剂油中的一种或几种。
9.权利要求1-8任一项所述的常温耐拉伸嵌缝材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备复合聚合物；
(2)将热塑性树脂加入到矿物油中进行溶化，然后加入复合聚合物进行溶胀，并经过高速剪切形成胶结料；
(3)将步骤(2)所述的胶结料加入第一防老剂，然后进行第一搅拌，再高速剪切，然后加入第一硫化剂和第一硫化促进剂，进行第二搅拌，然后加入增强剂，进行第三搅拌，再高速剪切，得到中间体；
(4)在步骤(3)所述的中间体中加入矿物油和降粘剂制得的混合液，进行搅拌，得到所述的常温耐拉伸嵌缝材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的复合聚合物的制备方法，包括如下步骤：
将天然聚合物与合成聚合物共同塑炼，之后加入第二化合剂进行混炼，待物料分散均匀且具有适合的可塑性，得到所述的聚合物。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述溶化的温度为140℃～170℃，时间为60min～90min；所述溶胀的温度为120℃～190℃，时间为60min～90min。
12.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述第一次搅拌的温度为150℃～160℃，时间为60min～90min，搅拌的转速为50r/min～150r/min；所述第二次搅拌的温度为170℃～180℃，时间为4～10h，搅拌的转速为300r/min～800r/min；所述第三次搅拌的温度为160℃～170℃，时间为1～5h，搅拌的转速为100r/min～300r/min。
13.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中矿物油与步骤(2)中矿物油的质量比是1：(1～4)；步骤(4)中，矿物油和降粘剂的质量比为1：1～1：7。
14.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，制备矿物油和降粘剂的混合液的混合温度为60℃～80℃，混合时间为20min～40min；所述搅拌的温度为80℃～100℃，时间为1h～5h，搅拌的转速为50r/min～150r/min。
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