CN101974237B - 高速公路及道桥用环氧沥青材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高速公路及道桥用环氧沥青材料及制备方法，环氧沥青材料由A、B两部分按质量比为2.0-3.5∶1组成；所述的A部分由以下各组分组成，各组分按质量份计：沥青300份，桐油改性环氧树脂90-250份，脂肪族二元羧酸或聚脂肪族二元羧酸酐30-90份，环氧树脂固化促进剂0-1份，不饱和酸酐40-70份；所述的B部分为环氧树脂或/和含环氧基的缩水甘油醚。制备方法：将A部分除沥青外的物质和B部分均匀地混入沥青中而制得。本发明的制得的环氧沥青材料固化后体系呈均相，固化产物具有高强度、高延伸率和超耐疲劳性能，工艺简单，生产周期短。本发明用于高速公路及道桥等要求高较高的场合，也可用于城市干道、公共汽车停靠站以及机场路面及路面修补如灌缝等。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型高速公路及道桥用环氧沥青材料及其制备方法。
背景技术
石油沥青的主要成分是脂肪烃类和芳香烃类的混合物，其溶解度参数约为8.66，而环氧树脂的溶解度参数为10.36，因此很难相容。为了有效的制备环氧沥青原材料，科学家们采用了以下工艺：共溶剂法、改性沥青法、使用特殊的环氧树脂法和使用改性固化剂法等。如U.S.Pat.3,012,487中采用松焦油作为环氧树脂和沥青的共溶剂，以二乙烯三胺、邻苯二甲酸酐等作为固化剂，成功制备了环氧沥青粘接材料，并应用于混凝土表面和路基中，得到硬的、粗糙的、抗溶剂的抗滑涂层，显然，松焦油作为溶剂最终残留在体系中，对材料的性能产生较大的影响，而且得到的产物硬、脆；U.S.Pat.4,360,608中合成了两种活性共溶剂，并同时对以酚类(如壬基酚等)作为共溶剂的情况进行了讨论，发现采用40份壬基酚作为体系的共溶剂时，产物均相，但弯曲强度较低；U.S.Pa t.：4,139,511采用为少量马来酸酐(5％、10％)或马来酸酐酯在高温的情况下对沥青进行改性，发现所得的沥青与环氧树脂具有很好的相容性，采用胺值为315的聚酰胺作为固化剂时，得到的材料的最大拉伸强度为2.1MPa，延伸率为60％，然而，其对沥青的改性要求在200℃以上的高温，且反应时间长，能耗大，且延伸率相对于目前工程使用的Chemco System的环氧沥青，其延伸率依然很小，很难满足一些钢桥面铺装的要求；CN200710019324.X采用改性桐油酸酐和改性蓖麻油酸混合作为固化剂，制备的环氧沥青的最大断裂伸长率为441％，拉伸强度为5.62MPa，但目前其在国内的应用还不是很广。
然而，目前国内环氧沥青依然主要依赖进口，其价格十分昂贵(大约是普通沥青的10-20倍)，而国内对环氧沥青的研发也只处于刚刚起步。
发明内容
本发明的目的为了克服现有技术存在的问题及缺陷，提供一种高速公路及道桥用环氧沥青材料及其制备方法，本发明所制备的环氧沥青具有优良的拉伸强度和高延伸率，且工艺简单，生产周期短，能填补国内环氧沥青技术领域的部分空白，且能很容易满足国内大规模施工的需求。
本发明的思路是基于高分子材料之间的相容性的判断原理，对分子结构进行设计，制备出高强度、高延伸率和超耐疲劳性能的可用于路桥方面的环氧沥青材料。
本发明的技术方案为：
一种高速公路及道桥用环氧沥青材料，其特征在于：由A、B两部分组成，且A部分与B部分的质量比为2.0-3.5∶1；
所述的A部分由以下各组分组成，各组分按质量份计：沥青300份，桐油改性环氧树脂90-250份，脂肪族二元羧酸或聚脂肪族二元羧酸酐30-90份，环氧树脂固化促进剂0-1份，不饱和酸酐40-70份；
所述的B部分为环氧树脂或/和含环氧基的缩水甘油醚。
所述的含环氧基的缩水甘油醚为丁二醇二缩水甘油醚、戊二醇二缩水甘油醚或/和己二醇二缩水甘油醚。
所述的沥青为石油沥青、氧化沥青、煤沥青或湖沥青。
所述的环氧树脂为双酚A型、双酚S型、双酚F型的环氧树脂中的一种或二种以上混合物。
所述的不饱和酸酐为甲基四氢苯酐、马来酸酐、桐油酸酐中的一种或二种以上混合物。
所述的脂肪族二元羧酸为乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二酸、十四烷二酸中的一种或或二种以上混合物。
通过调整A、B两部分的比例，可以得到不同用途的环氧沥青材料。
本发明的高速公路及道桥用的环氧沥青材料制备方法有以下两种：
方法一：按上述各物质用量配方，将脂肪族二元羧酸或聚脂肪族二元羧酸酐、不饱和酸酐以及环氧树脂固化促进剂加入到90-160℃的沥青中，搅拌直至体系粘度均一，然后加入桐油改性环氧树脂，搅拌直至体系粘度均一，制备得到A组分，再加入B部分的环氧树脂或/和含环氧基的缩水甘油醚，混合均匀，制得高速公路及道桥用的环氧沥青材料。本发明制得的高速公路及道桥用的环氧沥青材料直接作为路面粘接层材料；或再拌入石料，保温5hr，再进行道路铺装。
方法二：按上述各物质用量配方，(1)将环氧树脂或/和丁二醇二缩水甘油醚、桐油改性环氧树脂，加热到80℃，混合均匀备用；(2)将脂肪族二元羧酸或聚脂肪族二元羧酸酐、不饱和酸酐和环氧树脂固化促进剂加入140℃的沥青中分散，搅拌均匀，直至体系粘度均一；(3)将第(1)、(2)步制得的混合物进行搅拌混合均匀制得高速公路及道桥用的环氧沥青材料。本发明制得的高速公路及道桥用的环氧沥青材料直接作为路面粘接层材料；或再拌入石料，保温5hr，再进行道路铺装。
本发明所述的桐油改性环氧树脂为湖北大学材料学院生产。
本发明的环氧沥青材料固化后体系呈均相，体系中引入大量的柔性链，使整个环氧体系韧性及塑性增强，不同于传统的采用橡胶增韧的理论：即橡胶在体系中呈海岛状结构分布；得到的固化产物具有高强度、高延伸率和超耐疲劳性能，且其性能可调性很强；工艺简单，生产周期短。
本发明可用于高速公路及道桥等要求高较高的场合，也可以用于城市干道、公共汽车停靠站以及机场路面，此外，还可用于路面修补如灌缝等。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进一步说明，但是，实施例均不是对本发明的限制。本实施例所用的桐油改性环氧树脂为湖北大学材料学院生产，本实施例所用的环氧树脂固化促进剂为二乙烯三胺。
实施例1：将丁二酸30份、己二酸25份、聚壬二酸酐20份、马来酸酐0.5份、桐油酸酐10份及甲基四氢苯酐45份加入到150℃的300份沥青(沥青产地：湖北鄂州科氏)中，搅拌均匀，直至体系粘度几乎均一，加入桐油改性环氧树脂196份，搅拌直至体系粘度均一，然后加入B部分CYD-128型环氧树脂200份，混合均匀，制得本发明的高速公路及道桥用的环氧沥青材料；再拌入石料，压实，保温5hr，制备环氧沥青混凝土，也可不拌入石料，直接作为路面粘接层材料。材料本身性能及制备出的环氧沥青混凝土性能见表1、表2。
实施例2：将乙二酸15份、丁二酸65份、桐油酸酐10份及甲基四氢苯酐40份加入到140℃的沥青(沥青产地：湖北鄂州科氏)300份中，搅拌均匀，直至体系粘度几乎均一，加入桐油改性环氧树脂250份，搅拌直至体系粘度均一，然后加入B部分E-44型环氧树脂200份，混合均匀，制得本发明的高速公路及道桥用的环氧沥青材料；再拌入石料，压实，保温5hr，制备环氧沥青混凝土，也可不拌入石料，直接作为路面粘接层材料。材料本身性能及制备出的环氧沥青混凝土性能见表1、表2。
实施例3：将乙二酸10份、己二酸20份、桐油酸酐20份及甲基四氢苯酐50份和二乙烯三胺0.1份加入到140℃的沥青300份(沥青产地：湖北鄂州科氏)中，搅拌均匀，直至体系粘度几乎均一，加入桐油改性环氧树脂150份，搅拌直至体系粘度均一，然后加入B部分CYD-014型环氧树脂200份，混合均匀，制得本发明的高速公路及道桥用的环氧沥青材料；再拌入石料，压实，保温5hr，制备环氧沥青混凝土，也可不拌入石料，直接作为路面粘接层材料。材料本身性能及制备出的环氧沥青混凝土性能见表1、表2。
实施例4：(1)将CYD-128型环氧树脂200份、丁二醇二缩水甘油醚30份，桐油改性环氧树脂120份，加热到80℃，混合均匀备用；(2)将乙二酸18份、丁二酸62份及甲基四氢苯酐40份和二乙烯三胺0.3份加入140℃的沥青300份(沥青产地：湖北鄂州科氏)中分散，搅拌均匀，直至体系粘度均一；(3)然后将第(1)、(2)步制得的混合物进行搅拌混合均匀，制得本发明的高速公路及道桥用的环氧沥青材料；再拌入石料，压实，保温5hr，制备环氧沥青混凝土，也可不拌入石料，直接作为路面粘接层材料。材料本身性能及制备出的环氧沥青混凝土性能见表1、表2。
实施例5：(1)将CYD-128型环氧树脂200份、己二醇二缩水甘油醚30份、桐油改性环氧树脂90份，加热到80℃，混合均匀备用；(2)将丁二酸70份、壬二酸20份及甲基四氢苯酐40份、桐油酸酐5份和二乙烯三胺1份加入到140℃的沥青300份(沥青产地：湖北鄂州科氏)中分散，搅拌均匀，直至体系粘度均一；(3)然后将第(1)、(2)步制得的混合物进行搅拌混合均匀，制得本发明的高速公路及道桥用的环氧沥青材料；再拌入石料，压实，保温5hr，制备环氧沥青混凝土，也可不拌入石料，直接作为路面粘接层材料。材料本身性能及制备出的环氧沥青混凝土性能见表1、表2。
实施例6：(1)将CYD-128型环氧树脂200份、己二醇二缩水甘油醚6份、桐油改性环氧树脂90份，加热到80℃，混合均匀备用；(2)将十二二酸60份、己二酸22份及甲基四氢苯酐48份和二乙烯三胺0.4份加入到140℃的沥青(沥青产地：湖北鄂州科氏)300份中分散，搅拌均匀，直至体系粘度均一；(3)然后将第(1)、(2)步制得的混合物进行搅拌混合均匀，制得本发明的高速公路及道桥用的环氧沥青材料；再拌入石料，压实，保温5hr，制备环氧沥青混凝土，也可不拌入石料，直接作为路面粘接层材料。材料本身性能及制备出的环氧沥青混凝土性能见表1、表2。
附表1环氧沥青结合料性能
附表2环氧沥青混凝土性能
Claims (2)
1.一种高速公路及道桥用环氧沥青材料，其特征在于：由A、B两部分组成，且A部分与B部分的质量比为2.0-3.5：1；
所述的A部分由以下各组分组成，各组分按质量份计：沥青 300份，桐油改性环氧树脂90-250份，脂肪族二元羧酸或聚脂肪族二元羧酸酐30-90份，环氧树脂固化促进剂0-1份，不饱和酸酐 40-70份；
所述的B部分为环氧树脂或/和含环氧基的缩水甘油醚。
2.根据权利要求1所述的高速公路及道桥用环氧沥青材料的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：将脂肪族二元羧酸或聚脂肪族二元羧酸酐、不饱和酸酐以及环氧树脂固化促进剂加入到90-160℃的沥青中，搅拌直至体系粘度均一，然后加入桐油改性环氧树脂，搅拌直至体系粘度均一，制备得到A组分；再加入B部分的环氧树脂或/和含环氧基的缩水甘油醚，混合均匀，制得高速公路及道桥用的环氧沥青材料。
3、根据权利要求1所述的高速公路及道桥用环氧沥青材料的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)将环氧树脂或/和含环氧基的缩水甘油醚、桐油改性环氧树脂，加热到80℃，混合均匀备用；(2)将脂肪族二元羧酸或聚脂肪族二元羧酸酐、不饱和酸酐和环氧树脂固化促进剂加入140℃的沥青中分散，搅拌均匀，直至体系粘度均一；(3)将第(1)、 (2)步制得的混合物进行搅拌混合均匀制得高速公路及道桥用环氧沥青材料。
4、根据权利要求2或3所述的高速公路及道桥用环氧沥青材料的制备方法，其特征在于：所述的沥青为石油沥青、氧化沥青、煤沥青或湖沥青。
5、根据权利要求2或3所述的高速公路及道桥用环氧沥青材料的制备方法，其特征在于：所述的环氧树脂为双酚A型、双酚S型或/和双酚F型的环氧树脂。
6、根据权利要求2或3所述的高速公路及道桥用环氧沥青材料的制备方法，其特征在于：所述的含环氧基的缩水甘油醚为丁二醇二缩水甘油醚、戊二醇二缩水甘油醚或/和己二醇二缩水甘油醚。
7、根据权利要求2或3所述的高速公路及道桥用环氧沥青材料的制备方法，其特征在于：所述的不饱和酸酐为甲基四氢苯酐、马来酸酐、桐油酸酐中的一种或二种以上混合物。
8、根据权利要求2或3所述的高速公路及道桥用环氧沥青材料的制备方法，其特征在于：所述的脂肪族二元羧酸为乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二酸、十四烷二酸中的一种或二种以上混合物。
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