一种环氧桐油热固性沥青增容剂、改性热固性环氧沥青及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种环氧桐油热固性沥青增容剂，将桐油长分子链上的部分双键氧化成环氧基团，然后将其掺入环氧树脂和沥青中起到偶联增容的作用，以制备匀质、高性能的改性环氧沥青材料。本发明专利技术通过对桐油所含部分双键进行氧化反应，制备出同时含有双键和环氧基的长链化合物，对环氧树脂和沥青起到偶联增容作用；既提高了环氧沥青材料的使用性能，又解决了增容剂制备的繁琐性问题，扩宽了桐油的应用范围；且涉及的制备方法简单、反应条件温和，成本低廉，重复性好，适合推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种环氧桐油热固性沥青增容剂、改性热固性环氧沥青及其制备方法
本专利技术属于外加剂
，具体涉及一种环氧桐油热固性沥青增容剂、改性热固性环氧沥青及其制备方法。
技术介绍
沥青长期以来一直被用于路面材料和防水材料，但由于其相对分子量较低且分子量分布较宽，使其对温度敏感性较高，在升高温度时易造成强度下降；降低温度时易导致沥青材料变脆，很大程度上限制了沥青的广泛应用。随着我国公路建设的快速发展，高等级公路的大量铺筑，大跨径桥梁的建设，使得道路沥青材料的使用越来越显得重要和普遍。大跨径桥梁具有构件质量轻、运输与架设方便、施工周期短等特点，但是桥面铺装的问题也显得越来越突出，尤其是桥面易于产生早期破坏。由于沥青混凝土耐高温性能差，而钢结构属于热的良导体，夏季高温时，在汽车荷载与高温的联合作用下钢板与沥青混凝土之间的界面容易发生推移；同时，由于沥青混凝土具有一定的空隙，雨水易透过沥青面层渗至钢板表面，在水与空气的共同作用下，钢板表面的防水粘结层易遭受破坏，进而降低钢板与沥青混凝土之间的界面粘结强度。使得钢箱梁桥遇到夏季高温时就会出现不同程度的推移、拢包以及车辙等病害。冬季时需要沥青混合料有较强的变形能力。因此，对钢桥桥面铺装用的沥青不仅需要优良的高温抗车辙能力，低温抗开裂能力，而且需要优良的抗疲劳变形能力。显然。普通沥青不能满足上述要求，只有对沥青进行改性，才能满足上述要求。环氧改性沥青是常用于高速公路及道桥用的沥青改性材料，含有环氧基团的聚合物在沥青中形成连续相，由此得到具有抗车辙，低温抗开裂，抗柔性断裂和抗潮湿破坏能力的热固性改性沥青。但是，环氧树脂与沥青的相容性较差，沥青和环氧树脂间难以均匀混合，时间久了环氧树脂容易从沥青组分中析出，从而导致改性沥青的质量下降。因此，进一步开发改善环氧树脂与沥青相容性的增容剂，具有重要的研究和实际应用意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种环氧桐油热固性沥青增容剂，以及利用其制备的改性热固性环氧沥青，所述环氧桐油热固性沥青增容剂为链段中弱极性高级不饱和脂肪酸酯基、双键和极性环氧基团交替分布的化合物，可显著提升环氧树脂与沥青之间的相容性，改善环氧沥青性能；涉及的制备方法简单、能耗低，适合推广应用。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种环氧桐油热固性沥青增容剂，其结构通式为：式中，R1、R2、R3分别选自CH3(CH2)3-CH＝CH-CH＝CH-CH＝CH-(CH2)7中的一种，其中所述氧桐油热固性沥青增容剂所含碳双键与环氧基团的摩尔比为(1-3):1。上述方案中，所述环氧桐油热固性沥青增容剂包括以下结构式所述物质的一种或几种：上述一种环氧桐油热固性沥青增容剂的制备方法，它包括如下步骤：包括如下步骤：在20-40℃的温度条件下，将酸性催化剂滴加至桐油中，然后加入有机酸并滴加双氧水，滴加完成后保温反应2-4小时，再加入碱液调节所得反应体系的pH值至中性，然后加入氯化钠溶液，静置分离后去除水层，将所得有机相洗涤至中性，并蒸出油相中的水分，即得所述环氧桐油热固性沥青增容剂。优选的，所述保温反应温度范围为25-35℃；在合成过程中桐油自身含九个共轭双键，极易发生自聚，形成交联结构，为保证本专利技术所述增容剂的结构，应严格控制保温反应温度不高于40℃。上述方案中，所述酸性催化剂为732型强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂、浓硫酸、磷酸、硫酸铵、四氯化锡中的一种或几种。上述方案中，所述桐油与双氧水引入的H2O2的质量比为100:(8.5～17)，酸性催化剂的添加量为桐油质量的1～3％。上述方案中，所述双氧水的滴加时间为1～2小时。上述方案中，所述碱液为碳酸钠水溶液或碳酸氢钠水溶液。上述方案中，所述有机酸为甲酸或冰乙酸；桐油与有机酸引入的羧基的质量比为100:(5-11)。本专利技术的另一目的是提供一种改性热固性环氧沥青，采用上述环氧桐油基增容剂，其中环氧桐油基增容剂的添加量为沥青用量的10～30wt％，所述改性热固性环氧沥青中各组分及其所占重量分数包括：沥青100份，环氧树脂10-45份，环氧桐油热固性沥青增容剂10-30份，硫化剂2-20份，固化剂10-40份。上述一种改性热固性环氧沥青的制备方法，包括如下步骤：将称取的沥青、环氧树脂、硫化剂、固化剂和环氧桐油热固性沥青增容剂加热混合均匀，然后加热至80-160℃，搅拌均匀并保温固化1-8h，得改性热固性环氧沥青。上述方案中，所述沥青为石油沥青或煤沥青；石油沥青包括50#、70#、90#、110#、130#的重交沥青或SBS改性沥青。上述方案中，所述环氧树脂为环氧树脂E-41、环氧树脂E-42、环氧树脂E-44或环氧树脂E-51。上述方案中，所述硫化剂为橡胶硫化剂；可选用硫磺、N，N’-间苯撑双马来酰亚胺、过氧化二异丙苯(DCP)、二硫化四甲基秋兰姆(TMTD)中的一种或几种。上述方案中，所述固化剂为用于固化环氧树脂的酸酯类固化剂或者胺类固化剂。在上述改性热固性环氧沥青的制备中，可额外加入石料，进一步增加其强度。本专利技术所述环氧桐油热固性沥青增容剂的增容作用原理如下：环氧桐油改性沥青增容剂是链段中含有弱极性的高级不饱和脂肪酸酯基以及双键和环氧基团交替分布的化合物；增容剂分子中弱极性的高级脂肪碳链与沥青更亲和，而极性强的环氧基团部分与环氧树脂更亲和，从而实现沥青和环氧树脂能够更均匀地混合的目的；此外，含有双键的不饱和脂肪碳链经硫化以后，可以与沥青中的不饱和双键进行交联，另一端的环氧基团经固化后与环氧树脂交联，形成互穿的三维交联网络结构，可有效稳定改性沥青的化学性质，提高改性沥青的整体性能。本专利技术与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1)本专利技术所述环氧桐油热固性沥青增容剂为链段中弱极性高级不饱和脂肪酸酯基、双键和极性环氧基团交替分布的化合物，可显著提升环氧树脂与沥青之间的相容性，改善环氧沥青性能。2)本专利技术涉及的制备方法简单，反应步骤少，反应温度低，时间短，成本低廉，不需要对沥青直接改性，只需在沥青中加入增容剂，扩大了沥青的适用种类，并配合常规的环氧树脂和固化剂，可形成改性热固性环氧沥青，其强度高，刚度大，具有良好的使用性能。3)本专利技术涉及的环氧化工艺中采用先加有机酸，再滴加过氧化氢的原位生成过氧酸的方法，提高了生产的安全性，同时降低了有机酸的用量。4)本专利技术所述的环氧树脂改性沥青中，由于加入增容剂，所述的环氧树脂组分适用于大部分的环氧树脂，如缩水甘油醚类环氧树脂，缩水甘油酷类环氧树脂，缩水甘油胺类环氧树脂，脂肪族类环氧树脂或者脂环族环氧树脂，可有效拓宽环氧树脂改性沥青的适用范围，有利于降低制备成本。5)本专利技术增容剂的高级脂肪碳链部分为不饱和油脂，极性部分为环氧基团，不饱和基团可以与沥青在硫化剂的作用下发生硫化反应，环氧基可以与环氧树脂在固化剂的作用下发生固化反应，使沥青、环氧树脂、增容剂三者形成、互穿的三维交联网络结构，有利于保证所得改性环氧沥青的稳定性和力学性能。附图说明图1为本专利技术实施例1所得环氧桐油热固性沥青增容剂的红外图谱。图2为本专利技术应用例1所得改性热固性环氧沥青的荧光显微镜照片。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合具体实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1一种环氧桐油热固性沥青本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环氧桐油热固性沥青增容剂，其结构通式为：

【技术特征摘要】
1.一种环氧桐油热固性沥青增容剂，其结构通式为：式中，R1、R2、R3分别选自CH3(CH2)3-CH＝CH-CH＝CH-CH＝CH-(CH2)7中的一种；其中所述环氧桐油热固性沥青增容剂所含碳双键与环氧基团的摩尔比为(1-3):1。2.根据权利要求1所述的环氧桐油热固性沥青增容剂，其特征在于，它包括以下结构式所述物质中的一种或几种：3.权利要求1或2所述环氧桐油热固性沥青增容剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在20-40℃的温度条件下，将酸性催化剂滴加至桐油中，然后加入有机酸并滴加双氧水，滴加完成后保温反应2-4小时，再加入碱液调节所得反应体系的pH值至中性，然后加入氯化钠溶液，静置分离后去除水层，将所得有机相洗涤至中性，并蒸出油相中的水分，即得所述环氧桐油热固性沥青增容剂。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述酸性催化剂为732型强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭雅妮，丁齐齐，周立民，文轩，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42