一种仿生强韧-反应型沥青改性剂的制备方法和应用技术

一种仿生强韧

【技术实现步骤摘要】
一种仿生强韧
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反应型沥青改性剂的制备方法和应用


[0001]本专利技术属于交通基础设施耐久性领域。

技术介绍

[0002]我国寒区沥青路面长期处于昼夜大温差的恶劣服役环境，2/3国土面积内的路面昼夜温差普遍为50℃，最大可达60℃，温差应力引发的沥青
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集料界面脱黏现象不断累积则会发展为宏观形态的温差疲劳裂缝，同时服役期内路面会受到荷载、水等因素的影响，促使沥青发生挥发、氧化、分解、聚合等物理、化学变化，界面脱黏现象进一步加剧，此时路面在大温差循环下更易出现收缩断裂等问题，进而影响路面耐久性及服役水平，因此开发适用宽温域环境的强韧化道路材料是近年来该领域的研究热点。
[0003]通过结构、组分设计制备复合改性沥青是使沥青路面强韧的有效手段。现有的增韧技术主要有聚合物增韧、纤维结构增韧两种主要技术，如SBS、橡胶、聚丙烯腈纤维等，主要通过聚合物溶胀发育形成的互穿网络结构或局部的纤维网络增强结构实现沥青材料的增韧强化。然而上述以聚合物、纤维为主的强韧改性剂由于其自身的界面极性、界面模量数量级、相对分子量等区别，表现出与沥青仅存在界面物理粘附作用的现象。受限于单一物理粘附网络，界面粘附力强度无法达到较高水平，大温差循环作用时较高的温度应力易导致改性剂与沥青材料的界面相对滑动脱黏，继而引发此界面处的应力损伤累积及宏观裂缝等病害形成。因此，有必要创新改性剂与沥青的界面粘附设计，提升沥青材料综合性能。
[0004]仿生材料科学通过模仿生物的形貌结构或内部组成原理所形成的界面优化技术，助力了沥青混合料等复合材料增韧强化研究的不断突破。例如运用表面改性手段，以多巴胺仿生物质及二次耦合剂的长时间分步反应在工程纤维表界面构筑鱼鳞、珍珠层等仿生结构，梯度性增强纤维
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沥青界面作用，提高沥青的力学韧性，同时有效缓解了纤维
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沥青弱界面作用问题所引发的纤维局部团聚、温差地区纤维结构界面区域易断裂失效的不良现象，然而仅通过仿生结构设计的改性纤维同样表现出与沥青的单一界面物理粘附作用，且结构制备过程较为复杂。
[0005]综上所述，针对(1)因常见改性剂与沥青材料仅存在单一的界面物理粘附作用而易导致改性沥青韧性不足，缺少强有力的界面分子链接作用等多种作用形式的韧性提升途径；(2)现有改性剂的仿生结构制备工艺较为复杂，缺少结构
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组分同步态仿生技术的组装工艺创制这两个问题，有必要提出一种仿生强韧化
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反应型沥青改性剂快速制备方法，降低仿生改性剂制备过程的工艺复杂性，同时多途径增强改性剂与沥青的界面作用，由此提高沥青材料综合性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决现有改性剂与沥青仅存在界面物理粘附作用而导致改性沥青韧性不足、改性剂仿生结构制备工艺复杂的问题，而提供一种仿生强韧
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反应型沥青改性剂的制备方法和应用。
[0007]一种仿生强韧
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反应型沥青改性剂的制备方法，它是按照以下步骤进行的：
[0008]一、制备具有氢键位点的超长链聚合物溶液：
[0009]将具有氢键位点的超长链聚合物溶解于去离子水中，得到具有氢键位点的超长链有机物溶液；
[0010]二、制备高密度氢键含量的多爪状有机分子溶液：
[0011]将高密度氢键含量的多爪状有机分子溶解于去离子水中，并调节pH为7.5～8.5，得到高密度氢键含量的多爪状有机分子溶液；
[0012]所述的高密度氢键含量的多爪状有机分子为单宁酸；
[0013]三、基于氢键自组装制备超长链聚合物
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多爪状有机分子前驱体溶液：
[0014]将具有氢键位点的超长链有机物溶液及高密度氢键含量的多爪状有机分子溶液混合，得到超长链聚合物
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多爪状有机分子前驱体溶液；
[0015]所述的超长链聚合物
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多爪状有机分子前驱体溶液中具有氢键位点的超长链聚合物与高密度氢键含量的多爪状有机分子的质量比为1:(0.5～1)；
[0016]四、基于界面电荷调控法制备超长链聚合物
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多爪状有机分子固态复合物：
[0017]调节超长链聚合物
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多爪状有机分子前驱体溶液的pH为2.0～4.5，然后搅拌沉淀并过滤，得到超长链聚合物
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多爪状有机分子固态复合物；
[0018]五、基于双向冷冻结构生长技术制备仿生强韧改性剂：
[0019]利用液氮同时对超长链聚合物
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多爪状有机分子固态复合物上下表面冷却，然后在温度为
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75℃～
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50℃及真空度不大于5Pa的条件下，保持10h～15h，自然升温至室温，得到双向冷冻处理的超长链聚合物
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多爪状有机分子固态复合物，将双向冷冻处理的超长链聚合物
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多爪状有机分子固态复合物研磨，得到仿生强韧
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反应型沥青改性剂。
[0020]应用：仿生强韧
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反应型沥青改性剂与沥青混合，得到仿生强韧
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反应型沥青改性剂改性后的沥青。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]根据沥青强韧化策略、界面多重作用设计及改性剂高效制造需求，借鉴生物材料界面动态作用强韧化特性、冷冻铸造技术优势等方面的研究，本专利技术通过将基于等电点理论的界面电荷调控沉淀法与双向冷冻结构仿生技术结合，快速构筑具有微观特殊仿生结构的PVA
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TA改性剂，所得材料具有界面动态氢键特性、较多反应位点及耐高温性，制备过程简便、能耗低、无污染。应用于复合改性沥青制备时，基于其显著的纳米空间效应及丰富的酚羟基与酚环反应位点，与沥青产生动态共价/非共价双重作用，于界面处形成有效的高密度交互作用点，促使在沥青中构筑纳米增强网络，有效实现沥青的高性能强韧化。
[0023]本专利技术用于一种仿生强韧
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反应型沥青改性剂的制备方法和应用。
附图说明
[0024]图1为实施例一步骤四制备的超长链聚合物
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多爪状有机分子固态复合物的实物图；
[0025]图2为实施例一步骤五中使用装有液氮的低温模具同时贴于超长链聚合物
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多爪状有机分子固态复合物的上下两表面冷却的工艺示意图；
[0026]图3为实施例一制备的仿生强韧
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反应型沥青改性剂的微观形貌图，a为放大倍数
为1000倍，b为a中局部区域的放大图；
[0027]图4为红外谱图，a为总波数段谱图，b为3300cm
‑1附近波数谱图，c为1700cm
‑1附近波数谱图，1为单宁酸，2为实施例一制备的仿生强韧
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反应型沥青改性剂；
[0028]图5为实施例一制备的仿生强韧
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反应型沥青改性剂的热重测试图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生强韧
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反应型沥青改性剂的制备方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：一、制备具有氢键位点的超长链聚合物溶液：将具有氢键位点的超长链聚合物溶解于去离子水中，得到具有氢键位点的超长链有机物溶液；二、制备高密度氢键含量的多爪状有机分子溶液：将高密度氢键含量的多爪状有机分子溶解于去离子水中，并调节pH为7.5～8.5，得到高密度氢键含量的多爪状有机分子溶液；所述的高密度氢键含量的多爪状有机分子为单宁酸；三、基于氢键自组装制备超长链聚合物
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多爪状有机分子前驱体溶液：将具有氢键位点的超长链有机物溶液及高密度氢键含量的多爪状有机分子溶液混合，得到超长链聚合物
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多爪状有机分子前驱体溶液；所述的超长链聚合物
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多爪状有机分子前驱体溶液中具有氢键位点的超长链聚合物与高密度氢键含量的多爪状有机分子的质量比为1:(0.5～1)；四、基于界面电荷调控法制备超长链聚合物
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多爪状有机分子固态复合物：调节超长链聚合物
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多爪状有机分子前驱体溶液的pH为2.0～4.5，然后搅拌沉淀并过滤，得到超长链聚合物
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多爪状有机分子固态复合物；五、基于双向冷冻结构生长技术制备仿生强韧改性剂：利用液氮同时对超长链聚合物
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多爪状有机分子固态复合物上下表面冷却，然后在温度为
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75℃～
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50℃及真空度不大于5Pa的条件下，保持10h～15h，自然升温至室温，得到双向冷冻处理的超长链聚合物
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多爪状有机分子固态复合物，将双向冷冻处理的超长链聚合物
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多爪状有机分子固态复合物研磨，得到仿生强韧
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反应型沥青改性剂。2.根据权利要求1所述的一种仿生强韧
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反应型沥青改性剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述的具有氢键位点的超长链聚合物为聚乙烯醇，且聚乙烯醇的相对分子量为14
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104～20
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104。3.根据权利要求2所述的一种仿生强韧
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反应型沥青改性剂的制备方法，其特征在于步骤一中将具有氢键位点的超长链聚合物溶解于去离子水中，具体是在温度为85℃～95℃及转速为200rpm～300rpm的条件下，搅拌溶解1.5h～2h，自然冷却至室温。4.根据权利要求3所述的一种仿生强韧
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反应型沥青改性剂的制备方法，其特征在于步骤一中按质量份数称取5份～15份具有氢键位点的超长链聚合物及95份～85份去离子水，将称取的具有氢键位...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐慧宁，韦赟豪，石浩，冀卫东，谭忆秋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：