一种环氧-聚氨酯复合胶及其制备方法与彩色弹性透水路面铺装材料
阅读说明：本技术 一种环氧-聚氨酯复合胶及其制备方法与彩色弹性透水路面铺装材料 (Epoxy-polyurethane composite adhesive, preparation method thereof and colored elastic permeable pavement paving material ) 是由 姚爱玲 第海东 郑华宇 于少勇 王康 位高峰 李晋鹏 王敬涛 张永寿 王峰 崔林 于 2021-08-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种环氧-聚氨酯复合胶及其制备方法与彩色弹性透水路面铺装材料,环氧-聚氨酯复合胶包括脂肪族的双组分聚氨酯和双酚A型环氧树脂,通过环氧-聚氨酯复合胶与橡胶颗粒、石料、彩色无机颜料进行混合,可以制备出彩色弹性透水路面铺装材料。该彩色弹性透水路面铺装材料不仅具有透水路面功能,还具有极为优良的高温、低温和水稳定性性能；同时具有低噪、抗滑性能优良的特征。各种路用性能指标均满足行业规范《城市道路彩色沥青混凝土路面技术规程》中透水沥青混合料的要求,并优于《公路沥青路面施工技术规范》中改性沥青混合料的技术要求。可用于广场、公园、人行道、非机动车道的面层铺筑,也可用于城市道路的机动车道路面铺筑。(The invention discloses an epoxy-polyurethane composite adhesive and a preparation method thereof, and a colored elastic permeable pavement paving material. The color elastic permeable pavement paving material not only has the permeable pavement function, but also has excellent high-temperature, low-temperature and water stability; meanwhile, the rubber has the characteristics of low noise and excellent anti-skid performance. Various road performance indexes meet the requirements of the pervious asphalt mixture in the technical specification of urban road color asphalt concrete pavement and are superior to the technical requirements of the modified asphalt mixture in the technical specification of highway asphalt pavement construction. The method can be used for paving surface layers of squares, parks, sidewalks and non-motor vehicle lanes, and can also be used for paving motor vehicle lane surfaces of urban roads.)
技术领域
本发明属于道路工程材料技术领域，具体涉及到一种环氧-聚氨酯复合胶及其制备方法与彩色弹性透水路面铺装材料。
背景技术
彩色弹性透水路面作为一种新型路面可以根据实际需求铺装成不同的颜色，对于建设海绵城市具有重要的意义；同时，可改善道路环境，引导驾驶员视线，缓解驾驶疲劳感，提高道路的舒适性与安全性，还有利于环境保护。目前，在国内外已得到了一定的应用，然而在实际使用过程中发现双组分聚氨酯胶结料组成的混合料的水稳定性较差，易发生松散、剥落等病害，而环氧树脂胶结料组成的混合料的强度较高，抗水损害能力优越，但是固化收缩性较大，易造成路面开裂损害。
现有技术中常采用芳香族和脂肪族的双组分聚氨酯组成彩色弹性透水路面铺装材料，但是该材料水稳定性不符合透水沥青路面的规范要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种环氧-聚氨酯复合胶及其制备方法与彩色弹性透水路面铺装材料，具有良好的水稳定性能，极其卓越的高温和低温性能，远远优于常用的沥青材料，能够满足各类地区的应用需求。
为达上述目的，本发明提供了一种环氧-聚氨酯复合胶，包括双组分聚氨酯和双酚A型环氧树脂，其中双组分聚氨酯包括70～80wt％的异氰酸酯和20～30wt％的二元醇，双组分聚氨酯和双酚A型环氧树脂的质量比为1:0.1～0.15。
进一步地，异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种，二元醇为1，4-丁二醇、三甘醇、新戊二醇和山梨醇中的一种或多种，双酚A型环氧树脂的型号为E44或E51。
进一步地，双组分聚氨酯的固含量为95～98％，密度为1.0～1.1g/cm3，粘度为1500～3000mPa·s。
进一步地，双组分聚氨酯通过以下方法制备得到：将异氰酸酯和二元醇进行拌和，其初步固化时间为2～4h，完全固化时间为7～10h。
进一步地，双酚A型环氧树脂的环氧当量值为0.5～0.55/100g，有机氯值当量为0.01～0.02/100g，含水量为0.01～0.03％，密度为1.1～1.2g/cm3，粘度为1500～1800mPa·s。
一种环氧-聚氨酯复合胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将异氰酸酯和二元醇按照比例称取后于室温下搅拌90-120s；
(2)持续搅拌，并加入配比的双酚A型环氧树脂，继续匀速搅拌直至搅拌均匀，保持90-120s即可制备得到环氧-聚氨酯复合胶。
一种彩色弹性透水路面铺装材料，包括环氧-聚氨酯复合胶以及橡胶颗粒、石料和彩色无机颜料，其中橡胶颗粒与石料的质量比为：1～4:9～6，彩色无机颜料占橡胶颗粒与石料总质量的2～4％，环氧-聚氨酯复合胶占橡胶颗粒、石料和彩色无机颜料总质量的10～14％。
进一步地，通过以下方法制备得到：将橡胶颗粒、石料和彩色无机颜料混合，于室温下搅拌90-120s，加入环氧-聚氨酯复合胶，并继续搅拌50-90s，即可得到彩色弹性透水路面铺装材料。
优选的，橡胶颗粒的粒径为2～4mm，石料的粒径为3～5mm；其中橡胶颗粒的粒径和石料的粒径只是优选但又不限于，可根据铺装结构层的厚度进行调整。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、环氧树脂中存在活泼的羟基，能够与脂肪族的双组分聚氨酯中的异氰酸酯基团发生酯化反应，促进了复合胶结料体系内形成三维网状胶联结构，并对异氰酸酯基团产生封端效应，可以阻止聚合物中的-NCO与水中的羟基进行反应；
2、本发明中以双酚A型环氧树脂作为改性剂，添加到脂肪族的双组分聚氨酯中，不仅提高了复合胶结料的粘结力、强度、韧性，并且改善了胶结料的高温、低温和水稳定性性能，从而制备出具有优良的高温、低温和水稳定性性能的彩色弹性透水路面铺装材料，以满足各类地区的应用需求。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
本实施例提供了一种彩色弹性透水路面铺装材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备脂肪族的双组分聚氨酯
按照质量比4:1分别称取浅黄色的粘稠异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和黄褐色山梨醇，倒入反应容器中，在室温下不断缓慢匀速搅拌90s；
(2)制备环氧-聚氨酯复合胶
持续搅拌，直至IPDI和山梨醇搅拌均匀，即制得脂肪族的双组分聚氨酯，然后向容器中倒入E51双酚A型环氧树脂，继续缓慢搅拌均匀，再搅拌90s，即可得到环氧-聚氨酯复合胶；其中IPDI、山梨醇和E51双酚A型环氧树脂的质量比为73:18:9；
(3)制备彩色弹性透水路面铺装材料
先将粒径为2-4mm的橡胶颗粒、粒径为3-5mm的石料与彩色无机颜料按照质量比2:8:0.3加入到拌和锅中，于室温下拌和90s；
升起搅拌头，将步骤(2)制得的环氧-聚氨酯复合胶加入到拌和锅中，继续搅拌70s，即可制得彩色弹性透水路面铺装材料。
其中，步骤(2)制得的双组分聚氨酯的固含量为98％，密度为1.026g/cm3，粘度为2000mPa·s。
其中，双酚A型环氧树脂的环氧当量值为0.52/100g，有机氯值当量为0.02/100g，含水量为0.02％，密度为1.164g/cm3，粘度为1700mPa·s。
其中，环氧-聚氨酯复合胶占橡胶颗粒、石料和彩色无机颜料总质量的12％。
实施例2
本实施例提供了一种彩色弹性透水路面铺装材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备脂肪族的双组分聚氨酯
按照质量比4:1分别称取二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)和1，4-丁二醇(BDO)，倒入反应容器中，在室温下不断缓慢匀速搅拌90s；
(2)制备环氧-聚氨酯复合胶
持续搅拌，直至HMDI和BDO搅拌均匀，即制得脂肪族的双组分聚氨酯，然后向容器中倒入E44双酚A型环氧树脂，继续缓慢搅拌均匀，再搅拌90s，即可得到环氧-聚氨酯复合胶；其中HMDI、BDO和E44双酚A型环氧树脂的质量比为73:18:9；
(3)制备彩色弹性透水路面铺装材料
先将粒径为2-4mm的橡胶颗粒、粒径为3-5mm的石料与彩色无机颜料按照质量比3:7:0.3加入到拌和锅中，于室温下拌和90s；
升起搅拌头，将步骤(2)制得的环氧-聚氨酯复合胶加入到拌和锅中，继续搅拌70s，即可制得彩色弹性透水路面铺装材料。
其中，步骤(2)制得的双组分聚氨酯的固含量为97％，密度为1.029g/cm3，粘度为2000mPa·s。
其中，E44双酚A型环氧树脂的环氧当量值为0.54/100g，有机氯值当量为0.019/100g，含水量为0.02％，密度为1.115g/cm3，粘度为1700mPa·s。
其中，环氧-聚氨酯复合胶占橡胶颗粒、石料和彩色无机颜料总质量的12％。
实施例3
本实施例提供了一种彩色弹性透水路面铺装材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备脂肪族的双组分聚氨酯
按照质量比4:1分别称取六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和三甘醇，倒入反应容器中，在室温下不断缓慢匀速搅拌90s；
(2)制备环氧-聚氨酯复合胶
持续搅拌，直至HDI和三甘醇搅拌均匀，即制得脂肪族的双组分聚氨酯，然后向容器中倒入E44双酚A型环氧树脂，继续缓慢搅拌均匀，再搅拌90s，即可得到环氧-聚氨酯复合胶；其中HDI、三甘醇和E44双酚A型环氧树脂的质量比为73:18:9；
(3)制备彩色弹性透水路面铺装材料
先将粒径为2-4mm的橡胶颗粒、粒径为3-5mm的石料与彩色无机颜料按照质量比4:6:0.3加入到拌和锅中，于室温下拌和90s；
升起搅拌头，将步骤(2)制得的环氧-聚氨酯复合胶加入到拌和锅中，继续搅拌70s，即可制得彩色弹性透水路面铺装材料。
其中，步骤(2)制得的双组分聚氨酯的固含量为95％，密度为1.018g/cm3，粘度为2000mPa·s。
其中，双酚A型环氧树脂的环氧当量值为0.53/100g，有机氯值当量为0.02/100g，含水量为0.02％，密度为1.128g/cm3，粘度为1700mPa·s。
其中，环氧-聚氨酯复合胶占橡胶颗粒、石料和彩色无机颜料总质量的12％。
试验例1
将实施例1-3制备得到的彩色弹性透水路面铺装材料倒入试模中，采用人工插捣的方法成型试件，参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)进行，采用人工插捣法成型标准马歇尔试件与轮碾法成型车辙板试件，进行混合料各个性能参数的测试。具体的实施例参数以及矿料级配见表1。
表1彩色弹性透水路面铺装材料矿料级配
性能表征按照《城市道路彩色沥青混凝土路面技术规程》(CJJT 208-2014)进行，EP-PU复合胶结料及其组成的彩色弹性透水路面铺装材料的测试结果分别见表2、表3。
表2 EP-PU复合胶结料的拉伸试验测试结果
表3彩色弹性透水路面铺装材料性能测试结果
由表2可知，EP-PU复合胶结料的拉伸强度指标满足规范要求，表明复合胶结料的粘结力较好，此外EP-PU复合胶结料的断裂伸长率较高，表明EP-PU复合胶结料的柔韧性较好，具有较好的变形能力。
由表3可知，彩色弹性透水路面铺装材料的性能指标全部满足规范要求，其中彩色弹性透水路面铺装材料的动稳定度值均在10000次/mm以上，表明彩色弹性透水路面铺装材料具有很强的抵抗车辙的能力，能够满足夏炎热地区的高温稳定性要求；彩色弹性透水路面铺装材料的最大弯拉应变超过8000με，远高于寒冷地区应高于2600με的需求；彩色弹性透水路面铺装材料的冻融劈裂比值符合透水沥青混合料的规范要求值(≥85％)，飞散损失率远低于透水沥青混合料的规范要求值(≤15％)，表明这种混合料的抗水损害能力较强，可以应用在潮湿多雨地区。本发明研制的彩色弹性透水路面铺装材料的路用性能满足潮湿多雨地区的应用需求。
综上所述，本发明中的彩色弹性透水路面铺装材料满足各类地区的铺筑要求，推荐该种材料应用于广场、公园、人行道、非机动车道、机动车道的面层铺筑。
虽然对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
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