【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于道路工程材料制备，具体涉及一种导电改性沥青及其制备方法和应用。
技术介绍
1、进入21世纪以来，智慧出行的发展对道路基础设施提出了新的需求。智慧公路作为新一代信息技术与交通系统深度结合的划时代产物，正在变革着人类的出行方式，并已然成为各国必争的战略高地。导电沥青混凝土作为最典型的自感知路面材料，不仅可以实时监测交通数据和路用性能，提高道路利用率和道路的可维护性；还能加热以融化冰雪，提高道路的抗冰雪性能，增加道路安全性；更能参与自动驾驶和智能汽车技术集成以及能源收集等高新科技领域，所以导电沥青技术的发展成为推动智慧路面建设的关键核心。因此，研发导电性能稳定的导电沥青具有重要意义。
2、普通沥青混凝土路面电阻率高，属电的不良导体，需添加导电介质如石墨、炭黑等以提高其导电性。当导电介质含量超过某一临界值(逾渗阈值)时，可在基体中连接成链，电子通过链移动使材料导电，发生从绝缘体到导体的逾渗转变。目前，有关导电沥青混凝土的研究通常以沥青与集料的混合物为研究对象，将导电填料直接掺入到绝缘的混合物中，刚性填料主要分散在基质沥青相中，既作为导电介质，同时又充当基质沥青的路用改性剂，这种看似“一举两得”的材料设计可能存在以下主要问题：(1)逾渗阈值较高。未经改性处理的导电填料表面化学活性低，仅通过填料自身表面吸附作用筑导电网络会导致逾渗阈值相对较高，进而引起导电性能不稳定、成本高等缺点；(2)导致沥青脆性。在沥青混凝土中碳基填料形成网络结构，添加量大，作为无机刚性材料其可提高沥青的强度，但掺入量较大时可能会导致沥青发脆，
3、为解决以上问题，有研究者尝试将不同形状的导电填料复配使用以促进导电网络的形成。如石墨粉与钢纤维改性沥青混凝土，其中石墨通过短程接触形成团簇状聚集体，而长径大比的钢纤维则通过长程桥接和短程回路效应构筑导电通路，但石墨的润滑作用会弱化沥青的粘结性，降低沥青混凝土的强度和耐久性，致使其路用性能严重恶化。当石墨粉的粒径小于0.075mm时，石墨粉可以起到部分矿粉填料的作用，影响沥青混凝土的矿料级配组成和体积指标。钢纤维在沥青混凝土制备过程中难以分散的问题限制其掺入量，无法达到导电性能使用要求。又如专利技术专利cn117024978a公开了一种介孔碳改性导电沥青及其制备方法，虽然该方法是以沥青相为研究对象，但制备过程中需要添加大量的水用以稀释偶联剂，以增强导电填料与沥青之间的界面作用力，但其制备过程中引入了大量的水，并采用145～165℃的高温混合使水蒸发，制备温度较高；此外若不能将全部水份有效去除，则可能会导致沥青力学性能的劣化；且其实施例与对比例相比导电率仅下降一个数量级，导电性改善效果不理想。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种导电改性沥青胶浆及其制备方法，解决现有导电沥青存在导电性能不稳定，碳基填料掺入量大导致沥青发脆加速微裂纹的形成等问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下方案：一种导电沥青，包括以下重量份数的组分：基质沥青100～200份、二元醇10～30份、二异氰酸酯5～25份、扩链剂1～3份和导电填料5～10份；所述导电填料含极性官能团，且所述导电填料分为导电填料1和导电填料2。
3、作为优先的，所述二元醇为聚乙二醇、聚四氢呋喃醚二醇或聚丙二醇；所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或二环己基甲烷二异氰酸酯；所述扩链剂为4,4'-亚甲基二(2-氯苯胺)、1,4-丁二醇或乙二醇；所述导电填料1和导电填料2可独立选自单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
4、本专利技术的另一个目的还在于，提供了一种上述导电改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
5、1)在惰性气氛下，将二元醇与二异氰酸酯搅拌均匀后，进行聚合反应得到预聚体。
6、2)向步骤1)得到的预聚体中加入导电填料1反应10～20min，然后加入扩链剂混合反应30～60s后，得到复合改性剂。
7、3)将基质沥青加热至100～130℃进行软化，然后加入导电填料2搅拌均匀，再加入步骤2)得到的复合改性剂充分反应后，加热固化，即得到所述导电改性沥青。
8、这样，极性导电填料中含有的大量官能团(包括羟基、羧基、氨基等)能与预聚体(聚氨酯)中的异氰酸酯基团发生化学反应，得到具有较高稳定性的复合改性剂。再通原位聚合的方法将复合改性剂与基质沥青共混，未反应完全的二异氰酸酯进一步与基质沥青中的极性官能团发生化学反应，使复合改性材料能均匀的分散在沥青当中，且由于复合改性剂拥有极高稳定性，在改性沥青中也能够保持极性导电填料均匀的吸附在聚氨酯上，在沥青中形成导电网状结构通路，增强改性沥青的导电率。
9、作为优选的，所述惰性气氛为氮气或氩气。
10、作为优选的，步骤1)中所述聚合反应的温度为50～60℃；时间为10～30min。
11、作为优选的，步骤2)中反应的温度为50～60℃。
12、作为优选的，步骤3)中所述基质沥青与复合改性剂的质量比为10:1～5；所述导电填料1与导电填料2的质量比为1：2～10。
13、作为优选的，步骤3)中所述加热固化温度为50～100℃，固化时间为2～12h。
14、相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
15、1、本专利技术通过聚氨酯原位聚合与极性导电填料同步复合的方法制备导电改性沥青，首先让极性导电填料参与聚氨酯单体的原位聚合，得到导电复合预聚物，再将其与基质沥青进行同步复合，使未反应完全的二异氰酸酯进一步与基质沥青中的极性官能团发生化学反应。因此，本专利技术通过沥青、聚氨酯和极性导电填料之间的相互作用形成稳固的交联网络结构，一方面，增强聚氨酯与沥青之间的界面结合力，有效提高改性沥青的模量等力学性能，改善抗车辙能力和高温性能；另外一方面，促进导电填料在改性沥青中形成逾渗网络，提高沥青的导电率，降低导电逾渗值。本专利技术的导电沥青兼具有良好路用性能和导电性能，可用于导电路面的建设，尤其在路面自感知、自检测、加热除冰等领域具有良好的应用前景。
16、2、本专利技术通过各组分的协同配伍作用，提高各组分的相容性，使导电填料在各组分之间交联成稳定的逾渗网络结构，有效降低导电填料的逾渗阈值，且不添加水或分散剂等溶剂，导电填料的掺入量少，从而解决了现有导电沥青存在的导电性能不稳定和碳基材料添加量大导致的沥青脆性等问题。本专利技术原材料来源广泛，制备工艺简单，生产过程能耗低，降低碳排放量，易于工业化大规模生产，同时也为推动智慧公路提供了理论基础和技术支持。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种导电改性沥青，其特征在于，包括以下重量份数的组分：基质沥青100～200份、二元醇10～30份、二异氰酸酯5～25份、扩链剂1～3份和导电填料5～10份；所述导电填料含极性官能团，且所述导电填料分为导电填料1和导电填料2。
2.根据权利要求1所述导电改性沥青，其特征在于，所述二元醇为聚乙二醇、聚四氢呋喃醚二醇或聚丙二醇；所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或二环己基甲烷二异氰酸酯；所述扩链剂为4,4'-亚甲基二(2-氯苯胺)、1,4-丁二醇或乙二醇。
3.根据权利要求1所述导电改性沥青，其特征在于，所述导电填料1和导电填料2可独立选自单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
4.一种如权利要求1～3任一项所述导电改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述导电改性沥青的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛为氮气或氩气。
6.根据权利要求4所述导电改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述聚合反应的温度为50～60℃；时间为10～30min。
7.
8.根据权利要求4所述导电改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述基质沥青与复合改性剂的质量比为10:(1～5)；所述导电填料1与导电填料2的质量比为1:(2～10)。
9.根据权利要求4所述导电改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述加热固化的温度为50～100℃，加热固化的时间为2～12h。
10.一种如权利要求1～3任一项所述导电改性沥青或权利要求5～9任一项所述方法制备的导电改性沥青在路面自感知、自检测或路面加热除冰方面的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种导电改性沥青，其特征在于，包括以下重量份数的组分：基质沥青100～200份、二元醇10～30份、二异氰酸酯5～25份、扩链剂1～3份和导电填料5～10份；所述导电填料含极性官能团，且所述导电填料分为导电填料1和导电填料2。
2.根据权利要求1所述导电改性沥青，其特征在于，所述二元醇为聚乙二醇、聚四氢呋喃醚二醇或聚丙二醇；所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或二环己基甲烷二异氰酸酯；所述扩链剂为4,4'-亚甲基二(2-氯苯胺)、1,4-丁二醇或乙二醇。
3.根据权利要求1所述导电改性沥青，其特征在于，所述导电填料1和导电填料2可独立选自单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
4.一种如权利要求1～3任一项所述导电改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述导电改性沥青的...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏天，许友杰，李子琪，周诗韵，吴硕，刘书赤，张琬婷，王乃可，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。