一种用于沥青路面自感知和自降温的相变骨料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于沥青路面自感知和自降温的相变骨料及制备方法，包括相变陶粒和包覆在所述相变陶粒上的封装层；所述封装层包括以下组分：聚乙二醇、交联剂、异氰酸酯和氧化石墨烯，其中，氧化石墨烯的质量占聚乙二醇、交联剂和异氰酸酯总质量的1％～5％；聚乙二醇、交联剂和异氰酸酯中，[NCO]：[OH]的摩尔比为1.1～1.3，且交联剂中[OH]：聚乙二醇中[OH]的摩尔比为0.4～0.7。本发明专利技术制备具有相变功能的聚氨酯对相变陶粒进行封装，选取适用于沥青路面的相变骨料的聚氨酯封装层原料和合成配方，将含有丰富羟基基团的氧化石墨烯通过化学反应引入聚氨酯体系中，提高氧化石墨烯在聚氨酯体系中的分散性和化学稳定性，从根本上提升相变骨料的热导率，极大降低了相变骨料的制备难度。

A phase change aggregate for self sensing and self cooling of asphalt pavement and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种用于沥青路面自感知和自降温的相变骨料及制备方法
本专利技术属于智能沥青路面材料
，具体涉及一种用于沥青路面自感知和自降温的相变骨料及制备方法。
技术介绍
近些年，随着“交通强国”重要战略的提出和人民对美好生活的向往，以未来智慧交通为目标的智能道路基础设施的发展得到越来越多的重视。智能道路基础设施应具有主动感知、自动辨析、自主调节等道路基础设施的智能服务能力。相变材料是指在相变温度范围内改变其相态以潜热的形式吸收、储存或释放大量热量而本身温度保持不变的材料，这类材料具有温度调节控制的特性，具有广泛的应用价值。近年来研究人员将其应用于沥青混合料中制备具有自降温功能的沥青路面材料。在高温季节通过相变储热特性缩短沥青路面的高温作用时间，从而主动降低沥青路面温度并减轻路面高温病害；此外，相变沥青路面还能够缓解城市热岛效应。传统的相变物质在相变储能过程中转变为液态，需要用一定的载体进行盛装，以限制液体相变材料的流动，使复合相变材料在相变过程中保持宏观固态。研究显示，多孔基体和层状基体常用于对相变物质进行盛装，同时采用环氧固化工艺对导入相变物质的基体进一步封装，以防止相变物质熔化时从载体材料中渗出而影响使用寿命和对沥青路面产生的不利影响。尽管如此，环氧固化后的定型相变材料仍然具有一定的缺陷，主要表现为整体潜热不高，其部分原因在于环氧封装层的热导率低，这无疑降低了定型相变材料的储热容量和温度调控能力；同时，由于环氧封装层的热导率低，需要对封装层的厚度进行严格限制，这很大程度上提高了定型相变材料的制备难度；此外，制备的定型相变材料常作为相变骨料加入沥青混合料中，然而在沥青路面施工过程和服役状态下，骨料需要具有足够的强度来承受各种荷载作用，以满足路面的长期性能，这就对相变骨料的强度提出了较高的要求，因此，在制备相变骨料时，如何平衡环氧封装层的厚度和骨料的强度成为一大难题。
技术实现思路
针对现有技术中的技术问题，本专利技术提供了一种用于沥青路面自感知和自降温的相变骨料及制备方法，以克服现有技术的不足。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案予以解决：一种用于沥青路面自感知和自降温的相变骨料，包括相变陶粒和包覆在所述相变陶粒上的封装层；所述封装层包括以下组分：聚乙二醇、交联剂、异氰酸酯和氧化石墨烯，其中，氧化石墨烯的质量占聚乙二醇、交联剂和异氰酸酯总质量的1％～5％；聚乙二醇、交联剂和异氰酸酯中，[NCO]：[OH]的摩尔比为1.1～1.3，且交联剂中[OH]：聚乙二醇中[OH]的摩尔比为0.4～0.7。进一步地，所述聚乙二醇的相对分子量为4000～10000中的一种或几种。进一步地，所述交联剂为三官能度的丙三醇。进一步地，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯和六甲基二异氰酸酯中的一种或几种。一种用于沥青路面自感知和自降温的相变骨料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将所述聚乙二醇加热至熔融状态；步骤2：向熔融状态的聚乙二醇中加入所述交联剂和所述氧化石墨烯，混合均匀后得到含有待反应羟基的物理共混体系；步骤3：向步骤2得到的体系中加入所述异氰酸酯和稀释剂，进行反应得到聚氨酯体系；步骤4：将相变陶粒加入步骤3得到的聚氨酯体系中，取出黏附有聚氨酯体系的相变陶粒，使相变陶粒上的聚氨酯体系初步固化；步骤5：将步骤4中初步固化的相变陶粒进行烘干，得到相变骨料。进一步地，步骤1中，加热温度为70～90℃，且在惰性气体的保护下进行加热；步骤2中，采用搅拌或超声分散使聚乙二醇、交联剂和氧化石墨烯混合均匀。进一步地，步骤3中，在70～90℃下，搅拌5～10min，随后降温至45～50℃；所述稀释剂为新一代环保型稀释剂PU-10，其掺量占异氰酸酯、聚乙二醇和交联剂质量之和的5～15％。进一步地，步骤4中，将相变陶粒加入聚氨酯体系中5～10s后取出，在40～45℃下保持5～10h，使相变陶粒上的聚氨酯体系初步固化。进一步地，步骤5中，将初步固化的相变陶粒置于80～100℃的烘箱中加热8～10h后取出，筛分，得到相变骨料。进一步地，所述相变陶粒的制备方法为：步骤a：将聚乙二醇在120～170℃下加热熔融，使之处于流动状态；步骤b：向步骤a中熔融的聚乙二醇中加入无水乙醇稀释，降低聚乙二醇粘度；步骤c：向步骤b中的聚乙二醇中加入陶粒，搅拌至陶粒均匀分散；其中，聚乙二醇与陶粒的质量比为5:1～10:1；步骤d：将步骤c得到的体系置于真空干燥箱，在120～190℃的真空环境中保持0.5～5h，使陶粒内部孔隙充分吸附聚乙二醇，得到相变陶粒。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种用于沥青路面自感知和自降温的相变骨料，包括相变陶粒和包覆在相变陶粒上的封装层；封装层包括以下组分：聚乙二醇、交联剂、异氰酸酯和氧化石墨烯，其中，氧化石墨烯的质量占聚乙二醇、交联剂和异氰酸酯总质量的1％～5％；聚乙二醇、交联剂和异氰酸酯中，[NCO]：[OH]的摩尔比为1.1～1.3，且交联剂中[OH]：聚乙二醇中[OH]的摩尔比为0.4～0.7。本专利技术严格选取适用于沥青路面的相变骨料的聚氨酯封装层原料和合成配方，并将含有丰富羟基基团的氧化石墨烯通过化学反应引入聚氨酯体系中，显著提高氧化石墨烯在聚氨酯体系中的分散性和化学稳定性，从根本上提升相变骨料的热导率，降低了对聚氨酯封装层厚度的限制，从而极大降低了相变骨料的制备难度。本专利技术的一种用于沥青路面自感知和自降温的相变骨料的制备方法和现有技术相比，优点如下：现有技术采用的封装材料没有相变功能且导热系数低，由此决定了在满足强度和硬度的前提下封装层的厚度尽可能的小，以确保陶粒内部聚乙二醇相变储放热功能的发挥。然而，在对相变陶粒进行封装的过程中，封装层的厚度难以进行定量，这无疑加大了封装工艺的难度。为此，本专利技术制备具有相变功能的聚氨酯对相变陶粒进行封装，严格选取适用于沥青路面的相变骨料的聚氨酯封装层原料和合成配方，并将含有丰富羟基基团的氧化石墨烯通过化学反应引入聚氨酯体系中，显著提高氧化石墨烯在聚氨酯体系中的分散性和化学稳定性，从根本上提升相变骨料的热导率，降低了对聚氨酯封装层厚度的限制，从而极大降低了相变骨料的制备难度；该合成方法和配方得到的相变骨料不仅避免相变物质熔化时从陶粒中渗出，还显著提高了相变骨料的储热能力，进而提升了对沥青路面温度的调控能力；同时，本专利技术考虑到聚氨酯封装层在高温相变过程中强度降低的特点，通过自制配方合成的聚氨酯封装层具有较大的强度和硬度；此外，本专利技术对聚氨酯封装层的厚度不做限制，通过加大封装层厚度提高相变骨料的强度，提升相变骨料荷载作用下的抗损坏能力，进而提升其耐久性。进一步地，步骤3中，加入稀释剂，通过降低聚氨酯的的整体粘度和延长固化时间实现对封装层厚度的调节，以达到完美封装的目的。进一步地，步骤4中，将相变陶粒加入聚氨酯体系中5～10s后取出，在40～45℃下保持5～1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于沥青路面自感知和自降温的相变骨料，其特征在于，包括相变陶粒和包覆在所述相变陶粒上的封装层；/n所述封装层包括以下组分：聚乙二醇、交联剂、异氰酸酯和氧化石墨烯，其中，氧化石墨烯的质量占聚乙二醇、交联剂和异氰酸酯总质量的1％～5％；/n聚乙二醇、交联剂和异氰酸酯中，[NCO]：[OH]的摩尔比为1.1～1.3，且交联剂中[OH]：聚乙二醇中[OH]的摩尔比为0.4～0.7。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于沥青路面自感知和自降温的相变骨料，其特征在于，包括相变陶粒和包覆在所述相变陶粒上的封装层；
所述封装层包括以下组分：聚乙二醇、交联剂、异氰酸酯和氧化石墨烯，其中，氧化石墨烯的质量占聚乙二醇、交联剂和异氰酸酯总质量的1％～5％；
聚乙二醇、交联剂和异氰酸酯中，[NCO]：[OH]的摩尔比为1.1～1.3，且交联剂中[OH]：聚乙二醇中[OH]的摩尔比为0.4～0.7。


2.根据权利要求1所述的一种用于沥青路面自感知和自降温的相变骨料，其特征在于，所述聚乙二醇的相对分子量为4000～10000中的一种或几种。


3.根据权利要求1所述的一种用于沥青路面自感知和自降温的相变骨料，其特征在于，所述交联剂为三官能度的丙三醇。


4.根据权利要求1所述的一种用于沥青路面自感知和自降温的相变骨料，其特征在于，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯和六甲基二异氰酸酯中的一种或几种。


5.根据权利要求1～4任一项所述的一种用于沥青路面自感知和自降温的相变骨料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将所述聚乙二醇加热至熔融状态；
步骤2：向熔融状态的聚乙二醇中加入所述交联剂和所述氧化石墨烯，混合均匀后得到含有待反应羟基的物理共混体系；
步骤3：向步骤2得到的体系中加入所述异氰酸酯和稀释剂，进行反应得到聚氨酯体系；
步骤4：将相变陶粒加入步骤3得到的聚氨酯体系中，取出黏附有聚氨酯体系的相变陶粒，使相变陶粒上的聚氨酯体系初步固化；
步骤5：将步骤4中初步固化的相变陶粒进行烘干，得到相变骨料。


6...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙爱民，贾猛，蒋玮，刘状壮，李建阁，焦文秀，袁东东，王文通，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61