專(zhuān)利名稱(chēng)：一種路橋用環(huán)氧瀝青組合料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)改進(jìn)浙青，具體涉及一種施工性能優(yōu)異而且力學(xué)性能優(yōu)良的環(huán)氧浙青組合料及其制備方法。
背景技術(shù)：
石油浙青(bitumen, petroleum asphalt),是原油經(jīng)一系列加工過(guò)程得到的暗褐色或黑色的半固體或固體物質(zhì)，主要由烴類(lèi)及其衍生物所組成。浙青，是一種有機(jī)膠凝料，具有防水、絕緣、防腐等多種特性，因其性能優(yōu)良、來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，廣泛用作道路、橋梁、隧道工程的鋪面料。未經(jīng)改性的基質(zhì)浙青對(duì)溫度敏感性高(高溫下易流淌，低溫下易脆裂)，限制了它在高等級(jí)路橋工程上的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)浙青的改性，能有效改善基質(zhì)浙青的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性,并能賦予改性浙青高粘接強(qiáng)度、高彈性、耐疲勞性、抗老化性、耐溶劑性和降低噪音等一系列優(yōu)異的路 用性能。對(duì)浙青的改性方法主要有(1)向基質(zhì)浙青中添加改性劑；(2)對(duì)基質(zhì)浙青進(jìn)行化學(xué)處理；(3)先對(duì)基質(zhì)浙青進(jìn)行化學(xué)處理，再與改性劑配合。SBS、APP、PE、EVA、SBR等熱塑性聚合物是常用的浙青改性劑。但由此類(lèi)熱塑性聚合物改性的浙青，其性能尚不能滿(mǎn)足高等級(jí)路橋工程的技術(shù)要求。由Shell石油公司于20世紀(jì)50年代末開(kāi)發(fā)成功的環(huán)氧浙青，其最初的商業(yè)應(yīng)用是鋪設(shè)圣馬刁-海沃德(SanMateo-Hayward)大橋的正交異性鋼板橋面。圣馬刁_海沃德大橋的鋪面歷經(jīng)40多年依然狀況極佳。自1967年以來(lái)，國(guó)外已有逾12萬(wàn)t環(huán)氧浙青被鋪設(shè)于超過(guò)25個(gè)橋面上，鋪裝總面積突破900萬(wàn)平方米。2000年，美國(guó)化學(xué)系統(tǒng)(ChemcoSystems)公司提供的環(huán)氧浙青料,在我國(guó)首次成功用于南京長(zhǎng)江二橋。隨后在南京長(zhǎng)江三橋、潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋、蘇通大橋、杭州灣大橋等20多座大跨距鋼橋面上被相繼采用。環(huán)氧浙青，是通過(guò)在浙青中摻入一定比例的環(huán)氧樹(shù)脂及固化劑和其它改性劑后，在一定條件下完成固化反應(yīng)形成熱固性的交聯(lián)結(jié)構(gòu)。由于浙青被束縛在環(huán)氧樹(shù)脂交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，從根本上改變了浙青的熱塑性行為，提高了浙青的力學(xué)性能和耐溫能力。與熱塑性聚合物改性浙青相比，環(huán)氧浙青料在粘結(jié)強(qiáng)度、變形能力和熱穩(wěn)定性方面，都具有明顯優(yōu)勢(shì)。通常，環(huán)氧浙青由單獨(dú)包裝(或貯存)、具有反應(yīng)活性的A、B雙組分組成。環(huán)氧浙青組合料的制備方法有很多種。USP5576363給出了用含用環(huán)氧基團(tuán)的共聚物及羧酸等改性來(lái)制備雙組分改性浙青的方法；在CN101974237A給出了一種高速公路及道橋用環(huán)氧浙青料及其制備方法。A部分的質(zhì)量組成為浙青300份，桐油改性環(huán)氧樹(shù)脂90-250份，月旨肪族二元羧酸或聚脂肪族二元羧酸酐30-90份，環(huán)氧樹(shù)脂固化促進(jìn)劑0-1份，不飽和酸酐40-70份；B部分為環(huán)氧樹(shù)脂或/和含環(huán)氧基的縮水甘油醚。使用時(shí)A、B部分配合的質(zhì)量比為2. 0-3. 5 I ;CN101003668A給出了一種高性能環(huán)氧浙青路面料及其制備方法。A部分的組成為浙青50-100份，固化劑(改性二元長(zhǎng)鏈脂肪羧酸)20-50份，促進(jìn)劑(芳香胺或強(qiáng)堿)0.4-1份，消泡劑(低分子量聚醚)0.5-1份；B部分為低分子量雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂。使用時(shí)，A、B部分配合的質(zhì)量比為2. 5-7 I。CN101974231A給出了一種高性能路橋用環(huán)氧浙青料及其制備方法。A部分的質(zhì)量組成為浙青40-110份，脂肪族二元羧酸10-100份，月旨肪族二元羧酸聚酸酐10-100份，固化劑5-50份，固化促進(jìn)劑0-1. O份；B部分為環(huán)氧樹(shù)脂。使用時(shí)，A、B部分配合的質(zhì)量比為O. 5-5 I。已公開(kāi)的環(huán)氧浙青技術(shù)中，絕大多數(shù)(包括美國(guó)化學(xué)系統(tǒng)公司)是將雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂作為組合料的組分之一。由于分子結(jié)構(gòu)上缺陷，雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的固化物通常是硬且脆的。當(dāng)它用來(lái)改性浙青時(shí)，必須在配方中添加增柔或增韌劑。以CN 101792606 “寬溫度域高性能熱固性環(huán)氧浙青料及其制備方法”為例。A部分的質(zhì)量組成為帶羧基或酸酐基的改性浙青30-76份，一元醇或多元醇或苯環(huán)類(lèi)增塑劑2-20份，脂肪族二元酸、二聚酸或醇酸樹(shù)脂11-25份，脂肪酸酐10-25份，固化促進(jìn)劑O. 05-0. 65份；B部分為環(huán)氧樹(shù)脂。A部分與B部分的質(zhì)量比為2.2 1-10 I。該環(huán)氧浙青組合料A部分組成中的“苯類(lèi)增塑劑”和“脂肪族二元酸、二聚酸或醇酸樹(shù)脂”即為增柔或增韌劑。從成本角度考慮，在滿(mǎn)足各項(xiàng)性能要求的前提下，應(yīng)盡可能提高浙青在配方中所占的比例，但這有可能導(dǎo)致A、B組分的配合比失衡，從而影響混料的均勻性。將增柔或增韌劑添加于含浙青的組分中，則是進(jìn)一步 加劇了配合比的失衡。CN 101792606公開(kāi)的A、B部分的配合比最懸殊者競(jìng)高達(dá)10 1，這無(wú)疑將惡化了混配的均勻性。另一方面，將增柔或增韌劑添加于浙青相中，它們與環(huán)氧樹(shù)脂的反應(yīng)，可能受到環(huán)氧樹(shù)脂固化反應(yīng)的抑制，導(dǎo)致增柔或增韌效果不顯著，甚至不能實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而影響環(huán)氧浙青料的性能。在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的環(huán)氧浙青技術(shù)中，環(huán)氧浙青料組成及其制備方法的改進(jìn)，主要側(cè)重于提高環(huán)氧浙青料的力學(xué)性能，而忽略了施工作業(yè)對(duì)環(huán)氧浙青組合料的施工性能的要求；或二者不能兼顧。從而導(dǎo)致按相關(guān)技術(shù)制備的環(huán)氧浙青組合料，經(jīng)常會(huì)因施工性能差而無(wú)法投入工程應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種施工性能和力學(xué)性能均優(yōu)良的環(huán)氧浙青組合料及其制備方法。技術(shù)方案一種路橋用環(huán)氧浙青組合料，所述的組合料包括A組份和B組份，所述的A組份和B組份的質(zhì)量比為I : I. 5-5. 0，所述的A組份由下列組份按照質(zhì)量份數(shù)組成二聚酸30-80份，脂肪醇縮水甘油醚30-90份，環(huán)氧樹(shù)脂65-130份，所述的B組份由下列組份按照質(zhì)量份數(shù)組成基質(zhì)浙青100-150份，固化劑20-100份，促進(jìn)劑O. 1-1. 5份。所述的A組份中的二聚酸為植物油酸的二聚體。A組分中所述脂肪醇縮水甘油醚是乙二醇縮水甘油醚、新戊二醇縮水甘油醚、二乙二醇縮水甘油醚、丁二醇縮水甘油醚、己二醇縮水甘油醚和聚乙二醇縮水甘油醚中的至少一種。A組分中所述環(huán)氧樹(shù)脂為雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂。B組分中所述基質(zhì)浙青為石油浙青。B組分中所述固化劑是鄰苯二甲酸酐、順丁烯二酸酐、四氫苯酐、甲基四氫苯酐、六氫苯酐、甲基六氫苯酐、甲基納迪克酸酐、桐油酸酐、桐馬酸酐、聚壬二酸酐中的至少一種。B組分中所述促進(jìn)劑是二乙烯三胺、三乙烯四胺、三乙胺、三乙醇胺、芐基二甲胺、2，4，6_三(二甲氨基甲基)苯酚、咪唑、2，4_ 二甲基咪唑中的至少一種。一種路橋用環(huán)氧浙青組合料的制備方法，將30-80質(zhì)量份的二聚酸，30-90質(zhì)量份的脂肪醇縮水甘油醚，65-130質(zhì)量份的環(huán)氧樹(shù)脂加入反應(yīng)器，升溫至120-200°C保持4_12小時(shí)，得到A組分；將100-150質(zhì)量份的基質(zhì)浙青，20-100質(zhì)量份的固化劑，O. 1-1. 5質(zhì)量份的促進(jìn)劑加入反應(yīng)器，加熱至100-180°C，保持4-6小時(shí)，再通過(guò)膠體磨均勻分散1-2小時(shí)，得到B組分，將A、B組份在100-110°C混合均勻即得到路橋用環(huán)氧浙青組合料。有益效果本發(fā)明和現(xiàn)有的技術(shù)相比，(I)組合料初始粘度小；在現(xiàn)有的環(huán)氧浙青技術(shù)，由于組合料在120°C混配時(shí)的初始粘度較高，為確保混合效果和便于灑布作業(yè)，一般要求A、B組分的混合溫度不低于120°C，有的甚至高達(dá)180°C。本發(fā)明制備的環(huán)氧浙青組合料，在溫度100°C的條件下混合，其初始粘度僅200-400mPa ·S。因此，本發(fā)明的環(huán)氧浙青組合料在施工過(guò)程中用于預(yù)熱物料的能耗較低；(2)操作時(shí)間長(zhǎng)短適宜，粘度增長(zhǎng)速率符合施工要求，將A、B組分在高溫下混合，其中的活性組分即開(kāi)始反應(yīng)，體系粘度隨時(shí)間增加不斷增大。通常，將體系粘度上升至IOOOmPa · s所需時(shí)間定義為“操作時(shí)間”，并以此作為評(píng) 價(jià)環(huán)氧浙青組合物施工性能優(yōu)劣的指標(biāo)之一。對(duì)于環(huán)氧浙青粘結(jié)料，一般要求操作時(shí)間不 少于20min。操作時(shí)間過(guò)短，易導(dǎo)致物料輸送管道的堵塞。但操作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，或后期粘度增長(zhǎng)過(guò)慢，將導(dǎo)致灑布作業(yè)后環(huán)氧浙青粘結(jié)層的強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，進(jìn)而影響后續(xù)的混合料攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。本發(fā)明制備的環(huán)氧浙青組合料具有初始粘度小，操作時(shí)間長(zhǎng)短適宜，粘度增長(zhǎng)速率符合施工要求的特點(diǎn)，環(huán)氧浙青組合料的操作時(shí)間均有效控制在25-30min,體系粘度在操作時(shí)間內(nèi)增長(zhǎng)緩慢，隨后粘度增長(zhǎng)逐漸加速，約在45min左右體系粘度快速增長(zhǎng)，數(shù)分鐘內(nèi)即出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象；(3)組合料配合比相近，有利于均勻混合。本發(fā)明將二聚酸、脂肪醇縮水甘油醚和環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行預(yù)反應(yīng)，制備得到一種低粘度柔性環(huán)氧樹(shù)脂，并以此替代雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂作A組分，避免在B組分中添加增柔或增韌齊U，提高了增柔增韌效果，制得的環(huán)氧浙青在滿(mǎn)足力學(xué)性能要求的前提下，組合料A、B組分的配合比更接近，有利于均勻混合。此組合料可以用作路橋的防水粘結(jié)層，也可以用作其他建筑工程設(shè)施的防水或密封料。


圖I是實(shí)施例I的環(huán)氧浙青組合料在100°C下的粘時(shí)特性；圖2是實(shí)施例2的環(huán)氧浙青組合料在100°C下的粘時(shí)特性；圖3是實(shí)施例3的環(huán)氧浙青組合料在100°C下的粘時(shí)特性；圖4是實(shí)施例4的環(huán)氧浙青組合料在100°C下的粘時(shí)特性；圖5是實(shí)施例5的環(huán)氧浙青組合料在100°C下的粘時(shí)特性。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。實(shí)施例I :將30g 二聚酸、35g乙二醇縮水甘油醚和65g WSR618#環(huán)氧樹(shù)脂加入反應(yīng)器，升溫至120°C,保持4小時(shí),得到A組分。將IOOg石油浙青、IOg順丁烯二酸酐、IOg桐油酸酐和O. Ig芐基二甲胺加入帶攪拌和回流裝置的反應(yīng)釜中，升溫至100°c，保持4小時(shí)，再通過(guò)膠體磨均勻分散I小時(shí)，得到B組分。按質(zhì)量比A B = I 5. O，將A、B料在100°C下混合5分鐘，用DV-11+Ρι 粘度計(jì)測(cè)試100°C下體系粘度隨時(shí)間變化的特性(簡(jiǎn)稱(chēng)“粘時(shí)特性”)。同時(shí)，將混合物澆注于鋼制模具中，再將模具移至120°C烘箱中保持4小時(shí)。經(jīng)冷卻、脫模、裁切，得到環(huán)氧浙青料力學(xué)性能 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)試樣。按GB/T 528測(cè)定試樣的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。結(jié)果見(jiàn)附圖I和附表I。實(shí)施例2 將35g 二聚酸、39. 9g乙二醇縮水甘油醚和68. 8g WSR618#環(huán)氧樹(shù)脂加入反應(yīng)器，升溫至120°C，保持8小時(shí)，得到A組分。將120g石油浙青、IOg順丁烯二酸酐、30g桐油酸酐和O. 5g芐基二甲胺加入帶攪拌和回流裝置的反應(yīng)釜中，升溫至160°C，保持4小時(shí)，再通過(guò)膠體磨均勻分散2小時(shí)，得到B組分。按質(zhì)量比A B = I 2. 5，將A、B料在100°C下混合5分鐘。按前述方法，測(cè)定環(huán)氧浙青料的粘時(shí)特性及固化物的力學(xué)性能。結(jié)果見(jiàn)附圖2和附表I。實(shí)施例3將60g 二聚酸、71. 6g新戊二醇縮水甘油醚和78. 4g WSR618#環(huán)氧樹(shù)脂加入反應(yīng)器，升溫至160°C,保持8小時(shí),得到A組分。將IOOg石油浙青、15g四氫苯酐、50g桐油酸酐和I. 2g三乙醇胺加入帶攪拌和回流裝置的反應(yīng)釜中，升溫至130°C，保持6小時(shí)，再通過(guò)膠體磨均勻分散I小時(shí)，得到B組分。按質(zhì)量比A B = I I. 5，將A、B料在110°C下混合5分鐘。按前述方法，測(cè)定環(huán)氧浙青料的粘時(shí)特性及固化物的力學(xué)性能。結(jié)果見(jiàn)附圖3和附表I。實(shí)施例4將80g 二聚酸、61. 6g 二乙二醇縮水甘油醚和39. 2g WSR618#環(huán)氧樹(shù)脂加入反應(yīng)器，升溫至160°C，保持6小時(shí)，得到A組分。將145g石油浙青、IOg甲基四氫苯酐、20g聚壬二酸酐和0.2g 2，4，6_三(二甲氨基甲基)苯酚加入帶攪拌和回流裝置的反應(yīng)釜中，升溫至150°C，保持4小時(shí)，再通過(guò)膠體磨均勻分散I. 5小時(shí)，得到B組分。按質(zhì)量比A B =I 3.5，將八、8料在1001下混合5分鐘。按前述方法，測(cè)定環(huán)氧浙青料的粘時(shí)特性及固化物的力學(xué)性能。結(jié)果見(jiàn)附圖4和附表I。實(shí)施例5將80g 二聚酸、90g丁二醇縮水甘油醚和130g WSR618#環(huán)氧樹(shù)脂加入反應(yīng)器，升溫至200°C,保持10小時(shí),得到A組分。將150g石油浙青、50g順丁烯二酸酐、50g桐馬酸酐和1.5g 2，4_ 二甲基咪唑加入帶攪拌和回流裝置的反應(yīng)釜中，升溫至180°C，保持6小時(shí)，再通過(guò)膠體磨均勻分散2小時(shí)，得到B組分。按質(zhì)量比A B = I 5. 0，將A、B料在110°C下混合5分鐘。按前述方法，測(cè)定環(huán)氧浙青料的粘時(shí)特性及固化物的力學(xué)性能。結(jié)果見(jiàn)附圖5和附表I。使用時(shí)，通過(guò)專(zhuān)用的混合、灑布裝置，將A、B組分混合均勻，并在規(guī)定的操作時(shí)間內(nèi)，將其均勻噴灑到路橋表面，經(jīng)常溫固化反應(yīng)，得到環(huán)氧浙青防水粘結(jié)層。附表I本發(fā)明制備的環(huán)氧浙青料的力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種路橋用環(huán)氧浙青組合料，所述的組合料包括A組份和B組份，其特征在于所述的A組份和B組份的質(zhì)量比為I : I. 5-5. O，所述的A組份由下列組份按照質(zhì)量份數(shù)組成二聚酸30-80份，脂肪醇縮水甘油醚30-90份，環(huán)氧樹(shù)脂65-130份，所述的B組份由下列組份按照質(zhì)量份數(shù)組成基質(zhì)浙青100-150份，固化劑20-100份，促進(jìn)劑O. 1-1. 5份。
2.如權(quán)利要求I所述的路橋用環(huán)氧浙青組合料，其特征在于所述的A組份中的二聚酸為植物油酸的二聚體。
3.如權(quán)利要求I所述的路橋用環(huán)氧浙青組合料，其特征在于A組分中所述脂肪醇縮水甘油醚是乙二醇縮水甘油醚、新戊二醇縮水甘油醚、二乙二醇縮水甘油醚、丁二醇縮水甘油醚、己二醇縮水甘油醚和聚乙二醇縮水甘油醚中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的路橋用環(huán)氧浙青組合料，其特征在于A組分中所述環(huán)氧樹(shù)脂為雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的路橋用環(huán)氧浙青組合料，其特征在于B組分中所述基質(zhì)浙青為石油浙青。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的路橋用環(huán)氧浙青組合料，其特征在于B組分中所述固化劑是鄰苯二甲酸酐、順丁烯二酸酐、四氫苯酐、甲基四氫苯酐、六氫苯酐、甲基六氫苯酐、甲基納迪克酸酐、桐油酸酐、桐馬酸酐、聚壬二酸酐中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的路橋用環(huán)氧浙青組合料，其特征在于B組分中所述促進(jìn)劑是二乙烯三胺、三乙烯四胺、三乙胺、三乙醇胺、芐基二甲胺、2，4，6_三(二甲氨基甲基)苯酚、咪唑、2，4_ 二甲基咪唑中的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的路橋用環(huán)氧浙青組合料的制備方法，其特征在于將30-80質(zhì)量份的二聚酸，30-90質(zhì)量份的脂肪醇縮水甘油醚,65-130質(zhì)量份的環(huán)氧樹(shù)脂加入反應(yīng)器，升溫至120-200°C保持4-12小時(shí)，得到A組分；將100-150質(zhì)量份的基質(zhì)浙青，20-100質(zhì)量份的固化劑，O. 1-1. 5質(zhì)量份的促進(jìn)劑加入反應(yīng)器，加熱至100-180°C，保持4-6小時(shí)，再通過(guò)膠體磨均勻分散1-2小時(shí)，得到B組分，將A、B組份在100-110°C混合均勻即得到路橋用環(huán)氧浙青組合料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種路橋用環(huán)氧瀝青組合料及其制備方法，所述的組合料包括A組份和B組份，所述的A組份和B組份的質(zhì)量比為1∶1.5-5.0，所述的A組份由下列組份按照質(zhì)量份數(shù)組成二聚酸30-80份，脂肪醇縮水甘油醚30-90份，環(huán)氧樹(shù)脂65-130份，所述的B組份由下列組份按照質(zhì)量份數(shù)組成基質(zhì)瀝青100-150份，固化劑20-100份，促進(jìn)劑0.1-1.5份。本發(fā)明能有效預(yù)防道路、橋梁的水損破壞，延長(zhǎng)路橋使用壽命，大幅降低路橋維護(hù)修理費(fèi)用。該環(huán)氧瀝青組合料還可用于建筑屋面、隧道、地下和人防設(shè)施等的防水工程，而且施工性能和力學(xué)性能均優(yōu)良。
文檔編號(hào)C08G59/42GK102838876SQ20121036709
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者馬群鋒, 吳志仁, 劉金紅, 楊林娟, 李俠, 何平 申請(qǐng)人:南通東南公路工程有限公司