一种路桥高韧环氧用增韧剂、制备方法及其使用方法技术

本发明专利技术提供路桥高韧环氧用增韧剂、制备方法及其使用方法，包括质量比为100:50~200的单羟基环氧封端聚氨酯预聚体和酚封端聚氨酯预聚体。单羟基环氧封端聚氨酯预聚体和酚封端聚氨酯预聚体的同时存在确保了路桥高韧环氧在固化过程中形成互穿网络结构，固化物兼具高温抗车辙、中温抗疲劳、低温抗裂等性能，完美解决了环氧混合料韧性不足、耐疲劳性能不佳的问题。利用酚羟基对端异氰酸酯基聚氨酯预聚体临时封闭巧妙解决了端异氰酸酯基聚氨酯预聚体活性过高、储存稳定性差等技术缺陷，满足了路桥铺装对施工和易性的技术要求。桥铺装对施工和易性的技术要求。桥铺装对施工和易性的技术要求。

【技术实现步骤摘要】
一种路桥高韧环氧用增韧剂、制备方法及其使用方法


[0001]本专利技术涉及路桥材料
，尤其涉及一种路桥高韧环氧用增韧剂、制备方法及其使用方法。

技术介绍

[0002]环氧树脂具有粘结性能优异、尺寸稳定性佳、耐老化性能突出等优点，可广泛应用于土木建筑领域。然而，未经增韧、增柔改性的环氧树脂刚度大、模量高，制成的环氧混合料强度富裕、变形能力不足，无法满足路桥铺装对胶结料变形能力的要求。将具有优异变形能力的沥青引入环氧树脂，制得的环氧沥青满足了路桥铺装对胶结料强度和变形性能需求，但环氧沥青长期相稳定性不足，沥青分散相会逐渐从环氧连续相中迁移、析出，导致环氧沥青混合料力学性能丧失。
[0003]为了满足路桥铺装对高性能改性环氧胶结料的迫切需求，国内外学者逐步探索采用100％环氧树脂作为路桥铺装用胶结料，并对其进行增柔、增韧改性，使其同时满足强度与变形的性能需求。现有聚氨酯改性环氧技术，多在环氧树脂体系中引入5％～30％的端异氰酸酯基聚氨酯预聚体形成EP
‑
PU互穿网络。该技术对环氧树脂的增韧幅度有限，仍无法满足车辆频繁冲击载荷下对铺装材料宽频、宽温域范围内的变形需求；由此，研究适用于路桥铺装的，能够提升环氧混合料的韧性和耐疲劳性能的增韧剂，对于制备出兼具高温抗车辙、中温抗疲劳、低温抗裂的路桥铺装用高性能改性环氧胶结料具有重要的意义。
[0004]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术总体
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一个目的是提供一种路桥高韧环氧用增韧剂，将其与液体环氧、活性稀释剂、固化剂等成分混合制得路桥高韧环氧胶结料，然后直投入沥青拌和楼拌缸中制备出兼具高温抗车辙、中温抗疲劳、低温抗裂的路桥高韧环氧混合料，解决路桥铺装中环氧混合料韧性不足、耐疲劳性能不佳的问题。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0007]一种路桥高韧环氧用增韧剂，包括质量比为100:50～200的单羟基环氧封端聚氨酯预聚体和酚封端聚氨酯预聚体；
[0008]酚封端聚氨酯预聚体可在中温(40～80℃)以及胺类固化剂协同作用下解封端形成酚类化合物和端异氰酸酯基聚氨酯预聚体。
[0009]如下所示为胺类固化剂促进酚封端聚氨酯预聚体解封端原理
[0010][0011]进一步的，单羟基环氧封端聚氨酯预聚体由单羟基环氧化合物在催化剂I作用下对端异氰酸酯基聚氨酯预聚体进行封端制备而来。
[0012]进一步的，酚封端聚氨酯预聚体由酚类化合物在催化剂II作用下对端异氰酸酯基聚氨酯预聚体进行封端制备而来。
[0013]进一步的，端异氰酸酯基聚氨酯预聚体由多异氰酸酯和多元醇反应制得。
[0014]进一步的，催化剂I为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二油酸二丁基锡、二马来酸二丁基锡中的一种或多种。由于单羟基环氧化合物的羟值较高，且分子结构中含有空间位阻效应的基团，这在一定程度上导致单羟基环氧化合物中的羟基与多异氰酸酯间的反应活性不高。为了实现单羟基环氧化合物对端异氰酸酯基聚氨酯预聚体的封端，引入有机锡类催化剂，进而降低单羟基环氧化合物中羟基与端异氰酸酯基聚氨酯预聚体中异氰酸酯基团间的反应难度。
[0015]进一步的，单羟基环氧化合物为丁二醇单缩水甘油醚、己二醇单缩水甘油醚、甘油二缩水甘油基醚、季戊四醇三缩水甘油醚、三羟甲基丙烷二缩水甘油醚、双酚A缩水甘油醚、双酚F缩水甘油醚中的一种或多种。为了实现对端异氰酸酯基聚氨酯预聚体的环氧封端，本专利技术利用同时具有羟基和环氧基团的化合物，利用羟基与端异氰酸酯基聚氨酯预聚体中异氰酸酯基间的反应将单羟基环氧化合物接枝在聚氨酯预聚体分子结构上，进而实现聚氨酯预聚体的端环氧功能化。
[0016]进一步的，催化剂II为N
‑
N
’‑
二甲基十二烷胺、N
‑
N
’‑
二甲胺基环己胺、N
‑
N
‑
N
’‑
N
’‑
四甲基乙二胺、N
‑
N
‑
N
’‑
N
’‑
四甲基
‑
1,6
‑
己二胺中的一种或多种。酚类化合物中的酚羟基与端异氰酸酯基聚氨酯预聚体中的异氰酸酯基反应活性不高，且在加热条件下端异氰酸酯基聚氨酯预聚体有自聚倾向，为了促进酚羟基与端异氰酸酯基聚氨酯预聚体间的反应，筛选叔胺类催化剂，选择性催化酚羟基与异氰酸酯基间的反应，抑制异氰酸酯基团间的自聚反应。
[0017]进一步的，酚类化合物为取代苯酚，其分子结构如下式所示。
[0018][0019]式中X为H、Cl、NO2、COOCH3；Y为H、Cl、NO2、COOCH3。相比于烷基供电子基团取代苯酚时高于苯酚的解封温度，本专利技术中的解封温度比苯酚更低，能够保证三网络同步互穿结构的生成，提高了环氧树脂的韧性。
[0020]本专利技术面对目前环氧韧性不足，两网络互穿结构仍不能解决其韧性较差的问题，引入三网络同步互穿结构，但三网络的引入，端异氰酸酯基聚氨酯预聚体与胺类固化剂的反应活性远大于环氧树脂，易在常温下快速凝胶，无法满足路桥铺装对环氧树脂胶结料施
工和易性的要求；再次，端异氰酸酯基聚氨酯预聚体中的异氰酸酯(NCO)基团活性较高，易与空气中的水汽发生交联反应，致使其长期储存稳定性差，无法满足实际工程需求。苯酚封端确实可以解决反应性及储存稳定性问题，但是由于其解封温度高达130℃以上，在施工过程中达不到解封条件，因此形成不了三网络同步互穿结构，仍解决不了韧性不足的问题。本专利技术优选邻、对位取代苯酚作为酚类化合物对端异氰酸酯基聚氨酯预聚体进行封端处理，并进一步优选
‑
Cl、
‑
NO2、
‑
COOCH3作为邻、对位取代基，利用上述取代基的诱导效应、空间位阻效应等进一步降低酚封端的聚氨酯预聚体的解封温度至60～80℃。胺类固化剂的存在可进一步降低解封温度至40～60℃，通过放出端异氰酸酯基聚氨酯预聚体逐步参与改性环氧胶结料三同步互穿网络结构的形成，且释放的酚类化合物对环氧基团与胺类固化剂间的反应有一定促进作用。因此本申请优选二取代酚临时封端，不仅可以解决环氧韧性较差问题，同时还巧妙解决了储存稳定性以及反应性的问题。
[0021]本专利技术的第二个目的是提供一种路桥高韧环氧用增韧剂的制备方法，解决环氧韧性不足问题。
[0022]本专利技术的上述技术目的是由以下技术方案实现的：
[0023]一种路桥高韧环氧用增韧剂的制备方法，包括如下操作步骤：
[0024]S1、按比例将过量的多异氰酸酯与多元醇反应，制得端异氰酸酯基聚氨酯预聚体；
[0025]S2、按比例向S1产物中投入单羟基环氧化合物和催化剂I，制得单羟基环氧封端聚氨酯预聚体；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种路桥高韧环氧用增韧剂，其特征在于，包括质量比为100:50～200的单羟基环氧封端聚氨酯预聚体和酚封端聚氨酯预聚体，所述酚封端聚氨酯预聚体可在40～80℃及胺类固化剂协同作用下解封端形成酚类化合物和端异氰酸酯基聚氨酯预聚体。2.根据权利要求1所述的路桥高韧环氧用增韧剂，其特征在于，所述单羟基环氧封端聚氨酯预聚体由单羟基环氧化合物在催化剂I的作用下对端异氰酸酯基聚氨酯预聚体进行封端制备而来。3.根据权利要求1所述的路桥高韧环氧用增韧剂，其特征在于，所述酚封端聚氨酯预聚体由酚类化合物在催化剂II的作用下对端异氰酸酯基聚氨酯预聚体进行封端制备而来。4.根据权利要求2所述的路桥高韧环氧用增韧剂，其特征在于，所述催化剂I为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二油酸二丁基锡、二马来酸二丁基锡中的一种或多种。5.根据权利要求2所述的路桥高韧环氧用增韧剂，其特征在于，所述单羟基环氧化合物为双酚A缩水甘油醚、双酚F缩水甘油醚、丁二醇单缩水甘油醚、己二醇单缩水甘油醚、甘油二缩水甘油基醚、季戊四醇三缩水甘油醚、三羟甲基丙烷二缩水甘油醚中的一种或多种。6.根据权利要求3所述的路桥高韧环氧用增韧剂，其特征在于，所述催化剂II为N
‑
N
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二甲基十二烷胺、N
‑
N
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二甲胺基环己胺、N
‑
N
‑
N
’‑
N
’‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈李峰，李款，潘友强，张志祥，李思齐，郁嘉栋，赵世杰，
申请(专利权)人：中路交科科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：