基于十四烷/十四醇/三聚氰胺改性脲醛树脂的沥青用低温调温剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种利用十四烷/十四醇/三聚氰胺改性脲醛树脂脂为调温材料的调温剂的制备方法。将正十四烷与十四醇以一定比例混合，在选用合适乳化剂的前提下，采用三聚氰胺/尿素/甲醛树脂对其进行包覆得到微胶囊，并通过利用耐高温酚醛改性环氧树脂对微胶囊进行再包覆，实现最终的沥青用自调温材料。其中，微胶囊材料在4.5℃可达吸热最大值112.7 J/g，掺入30%质量分数的微胶囊的沥青用自调温剂在5.58℃具有最大吸热值23.62 J/g。本发明专利技术具有制备资源可循环利用、浪费率低、具有一定的机械性能、可代替部分集料掺入沥青种使用、调温区间适宜、工艺简单、成本低廉、绿色环保、应用前景广泛等优点。

Preparation of low temperature thermostat for asphalt based on fourteen alkane / fourteen alcohol / melamine modified urea formaldehyde resin

The invention relates to a preparation method of temperature regulating agent using fourteen alkane / fourteen alcohol / melamine modified urea formaldehyde resin as temperature regulating material. The microcapsules were coated with melamine / urea / formaldehyde resin on the premise of suitable emulsifier, and the microcapsules were coated with high temperature resistant phenolic resin modified epoxy resin. The final self tempering material for asphalt was realized. Among them, the maximum heat absorption of the microcapsule material at 4.5 C is 112.7 J/g, and the microcapsule asphalt with 30% mass fraction has the maximum heat absorption value of 23.62 J/g with the self tempering agent at 5.58. The invention has the advantages of recyclable resources, low waste rate, certain mechanical properties, substitution of partial aggregate into asphalt, suitable temperature regulating interval, simple process, low cost, green environmental protection, wide application prospect and so on.

【技术实现步骤摘要】
基于十四烷/十四醇/三聚氰胺改性脲醛树脂的沥青用低温调温剂的制备方法
本专利技术属于新材料及交通道路领域，为一种沥青用调温剂的制备方法，具体涉及一种基于十四烷/十四醇/三聚氰胺改性脲醛树脂/耐高温环氧树脂的低温调温剂的制备方法。
技术介绍
沥青路面透水性小、表面平整、易于施工、适用面广，在使用时具有平稳、低噪、舒适的特点，近年来被广泛应用于公路、城市道路、机场跑道等交通设施的道路路面。据统计，我国目前铺装路面的公路中，沥青混凝土路面使用率约为28%，其在高速公路路面的使用率更是超过了90%[沈金安.国外沥青路面设计方法总汇[M].北京:人民交通出版社，2004]。但沥青路面在广泛应用的同时，还存在着一系列问题，其中突出的问题之一就是沥青路面的温度依赖性。随着温度的改变，沥青混合料的强度、模量、收缩系数也随之改变，致使沥青在使用时出现了高温车辙、低温开裂等病害，严重影响了沥青的路用性能和使用寿命。针对沥青混合料在使用过程中存在的问题，国内外学者采用了一系列办法提高沥青混合料的温度稳定性，包括添加纤维、掺杂改性剂、进行工艺改性、调和沥青级配组成等措施。这些措施虽然解决了一定条件下的工程问题，但因成本高、货源窄、工艺复杂等原因，它们大都不具备普适性，无法广泛用于改善沥青的耐温性能。目前，针对道路融雪化冰的方法主要分为路面内部技术处理方法和路面外部技术处理方法[汪莎莎.沥青混合料用复合定形相变材料制备与性质研究[D].西安:长安大学,2011]。路面内部处理技术包括热力融冰法（如加热导电混凝土，红外线管加热等）和抑制冻结铺装技术(如添加橡胶颗粒)，但这两种方法成本较高，费时费力，对于能源、原材料的消耗都较大，不满足我国建设资源节约型社会的需求。路面外部融雪方法主要包括清除法和融化法。前者主要是通过人工或机械清除积雪；该方法虽然除雪彻底，但所需人力甚巨，除雪效率低下，故难以得到大范围推广。而后者作为目前最常见的道路融雪方法，其原理是通过使用融雪剂来降低积雪冰点，从而实现融雪化冰。目前常用的融雪剂包括氯盐型融雪剂（如氯化钠、氯化钙）和非氯盐型融雪剂（如醋酸钾、甲酸钠），这两种融雪剂的使用效果都依赖于环境温度变化和车轮辅助碾压，而且雪融后会残留大量无机盐，导致周围水体破坏，甚至有可能引发路面腐蚀，造成二次污染。综上所述，目前还没有一种方法能够在实现高效融雪化冰的同时保护生态环境；因此，开发新的融雪化冰方法意义非凡。相变微胶囊技术可将相变材料以固态的形式掺入沥青混凝土，解决相变材料易泄漏造成路面腐蚀的问题,同时减少周围环境对相变材料的影响,提高其稳定性。此外,微胶囊粒径较小且有一定机械强度，易于进行再加工，从而改善其力学性能、传热属性及耐候性。掺杂了微胶囊的沥青公路可在预定的温度范围内，自发地进行温度调节。当环境气温降低或外部有冷流进入沥青路面时，路面温度随之降低，当温度低于相变材料相变温度后，相变材料发生相变并释放热量，沥青混合料的温变幅度显著降低，从而达到填谷效果。反之，当外部温度升高或外部有热流进入沥青混凝土路面时，相变材料的掺入可以达到削峰效果。同时，相变材料还能降低路面降温速率，延迟并缩短极端低温条件的出现和持续时间，从而有效解决沥青路面的结霜问题，减轻冬季路面积雪、结冰问题，提高沥青路面对环境温度变化的适应能力，为延长既有路面的使用寿命提供帮助。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提出一种基于十四烷/十四醇/三聚氰胺改性脲醛树脂/耐高温环氧树脂的低温调温剂的制备方法，并在保证沥青能正常使用的情况下使用，机械性能不受影响。本专利技术是以十四烷/十四醇有机复合材料为核心调温材料，利用三聚氰胺改性脲醛树脂/耐高温环氧树脂包覆，以增加其力学和机械性能，最终成功制得拥有自调温性能的沥青，可有效延缓沥青降低至0℃的时间减缓14分钟，且该沥青符合中华人民共和国和行业技术标准《公路沥青路面施工技术规范（JTGF40-2004）》SMA-10设计级配范围要求。本专利技术提出的一种基于十四烷/十四醇/三聚氰胺改性脲醛树脂/耐高温环氧树脂的低温调温剂的制备方法，将三聚氰胺/尿素/甲醛以某一比例混合，在某一温度范围进行搅拌并调节合适的pH值进行预聚合；随后，加入正十四烷、十四醇以及合适的乳化剂，调节pH值及温度，再次进行聚合反应，反应完成后，将制得的微胶囊产物洗涤、抽滤，之后以一定比例，加入到酚醛改性环氧树脂中，并加入一定量的金属粉末进行搅拌，混合均匀后，在其尚未完全固化时，挤出切割成所需的尺寸大小，然后再室温下进行固化；固化完成后，即得到最终产品。该专利产品可承受大于17MPa的压强，并且在0～10℃范围内具备吸放热性能，在添加30%微胶囊的情况下，潜热焓达到23.62J/g。通过扫描电子显微镜，确定了微胶囊形貌，并观察到其粒径范围为20～50μm，在0～20℃范围内的相变焓可达104.4J/g。本专利技术提出的一种基于十四烷/十四醇/三聚氰胺改性脲醛树脂/耐高温环氧树脂的低温调温剂的制备方法，具体步骤如下：（1）称取一定摩尔量的尿素(x/mol)、三聚氰胺(y/mol)与甲醛(z/mol)，其中，尿素和三聚氰胺的摩尔分数比为：尿素(x/mol)/三聚氰胺(y/mol)=1～3，甲醛添加摩尔量为(2.5～3.0)x+(1.5～2.0)y，利用三乙醇胺调节pH值至9～10，在500～1000r/min搅拌速率下，在60～80℃油浴中预聚合0.1～1.5h；（2）称取总质量为步骤(1)中三聚氰胺、尿素、甲醛总质量的100%～170%的正十四烷与十四醇，前者与后者摩尔比为5.5～9.0，并称取正十四烷/十四醇总质量的3%～5%的乳化剂，将三者加入到水溶液中，搅拌混合均匀；（3）当步骤（1）预聚合反应完成后，将预聚物取出，将步骤（2）中制备的溶液倒入三口烧瓶中，加入步骤（1）中油浴锅中，同时分别加入3%～5%正十四烷/十四醇总质量的间苯二酚及氯化铵，调节体系pH值至3.5～4.5。之后，向三口烧瓶中缓慢滴加（1）中制得的预聚物，维持反应2～4小时。反应完成后，抽滤、有机溶剂洗涤、干燥，制得微胶囊；（4）称取质量比为1:1～1:10的微胶囊与酚醛环氧树脂F-51（含固化剂），同时称取二者总质量3%～5%的金属粉末，将三者搅拌混合均匀后，将其切割成所需要的尺寸大小后，在室温状态下固化24～48h，得到最终产物。本专利技术中，步骤（1）中所述的三乙醇胺可以是三乙醇胺或氨水任一种，步骤（2）中的乳化剂可以是OP-10，吐温-80或十二烷基苯磺酸钠等任一种HLB值大于等于10的乳化剂；步骤（3）中所述的有机溶剂采用乙醇或丙酮任一种，步骤（4）中的酚醛环氧树脂可以是F-51/F-44/F-53等任一种，金属粉末可以是氧化铝、氧化铁、氧化锌等任一种具有良好导热性质的金属粉末。在正十四烷/十四醇体系最佳配合比例由下列方程组确定：上述方程组中，x1，y1为正十四烷的摩尔分数及相变温度；x2，y2为十四醇的摩尔分数及相变温度；需要注意，上述方程组的求解结果为理论指导值，并非最终中间产物1的精确成分含量及精确相变温度，实际结果受操作过程，样品纯度，环境条件等多方面影响，成分波动范围可能在求解值的5%范围内，理论相变温度可能在求解值的±10℃范围内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于十四烷/十四醇/三聚氰胺改性脲醛树脂的低温调温剂的制备方法，其特征在于具体步骤如下：称取一定量的三聚氰胺、尿素与甲醛，其中，尿素和三聚氰胺的摩尔分数比为：尿素(x/mol)/三聚氰胺(y/mol)=1～3，甲醛添加摩尔量为(2.5～3.0)x+(1.5～2.0)y，利用三乙醇胺调节pH值至9～10，在500～1000 r/min搅拌速率下，在60～80℃油浴中预聚合0.1～1.5 h；称取总质量为步骤(1)中三聚氰胺、尿素、甲醛总质量的100%～170%的正十四烷与十四醇，前者与后者摩尔比为5.5～9.0，并称取正十四烷/十四醇总质量的3%～5%的乳化剂，将三者加入到水溶液中，搅拌混合均匀；当步骤（1）预聚合反应完成后，将预聚物取出，将步骤（2）中制备的溶液倒入三口烧瓶中，加入步骤（1）中油浴锅中，同时分别加入3%～5%正十四烷/十四醇总质量的间苯二酚及氯化铵，调节体系pH值至3.5～4.5；之后，向三口烧瓶中缓慢滴加（1）中制得的预聚物，维持反应2～4小时；反应完成后，抽滤、有机溶剂洗涤、干燥，制得微胶囊；称取质量比为1:1～1:10的微胶囊与酚醛环氧树脂F‑51（含固化剂），同时称取二者总质量3%～5%的金属粉末，将三者搅拌混合均匀后，将其切割成所需要的尺寸大小后，在室温状态下固化24～48 h，得到最终产物。...

【技术特征摘要】
1.一种基于十四烷/十四醇/三聚氰胺改性脲醛树脂的低温调温剂的制备方法，其特征在于具体步骤如下：称取一定量的三聚氰胺、尿素与甲醛，其中，尿素和三聚氰胺的摩尔分数比为：尿素(x/mol)/三聚氰胺(y/mol)=1～3，甲醛添加摩尔量为(2.5～3.0)x+(1.5～2.0)y，利用三乙醇胺调节pH值至9～10，在500～1000r/min搅拌速率下，在60～80℃油浴中预聚合0.1～1.5h；称取总质量为步骤(1)中三聚氰胺、尿素、甲醛总质量的100%～170%的正十四烷与十四醇，前者与后者摩尔比为5.5～9.0，并称取正十四烷/十四醇总质量的3%～5%的乳化剂，将三者加入到水溶液中，搅拌混合均匀；当步骤（1）预聚合反应完成后，将预聚物取出，将步骤（2）中制备的溶液倒入三口烧瓶中，加入步骤（1）中油浴锅中，同时分别加入3%～5%正十四烷/十四醇总质量的间苯二酚及氯化铵，调节体系pH值至3....

【专利技术属性】
技术研发人员：杨正龙，陈赛，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31