一种用于沥青路面的高效环氧基热反射涂料
阅读说明：本技术 一种用于沥青路面的高效环氧基热反射涂料 (Efficient epoxy-based heat-reflecting coating for asphalt pavement ) 是由 王保军 拾振洪 李海洋 金传亮 回留柱 王家振 于 2021-08-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于沥青路面的高效环氧基热反射涂料,涉及涂料技术领域,该高效热反射涂料由以下重量份数的原料组成：水性环氧乳液100-120份、沉淀相二氧化硅6-8份、中空微珠2-3份、消泡剂0.3-0.5份、分散剂0.2-0.6份、杂化溶胶15-25份、固化剂80-90份。本发明中,通过将杂化溶胶引入到水性环氧树脂体系中,该杂化溶胶可以在水性环氧树脂体系中形成结构稳定的杂化膜,使得水性环氧树脂在外界作用下不易发生热反射性降低的现象,从而使得该水性环氧树脂基热反射涂料涂布在沥青路面上,具有长期稳定的热反射效果,可以长期实现稳定的路面降温的效果。(The invention discloses a high-efficiency epoxy-based heat-reflecting coating for an asphalt pavement, which relates to the technical field of coatings and comprises the following raw materials in parts by weight: 100-120 parts of water-based epoxy emulsion, 6-8 parts of precipitated phase silicon dioxide, 2-3 parts of hollow microspheres, 0.3-0.5 part of defoaming agent, 0.2-0.6 part of dispersing agent, 15-25 parts of hybrid sol and 80-90 parts of curing agent. According to the invention, by introducing the hybrid sol into the aqueous epoxy resin system, the hybrid sol can form a hybrid film with a stable structure in the aqueous epoxy resin system, so that the aqueous epoxy resin is not easy to reduce the heat reflectivity under the external action, and the aqueous epoxy resin-based heat reflection coating is coated on the asphalt pavement, has a long-term stable heat reflection effect, and can realize a stable pavement cooling effect for a long time.)
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种用于沥青路面的高效环氧基热反射涂料。
背景技术
沥青路面具有平整度高、舒适性好、噪音低等优点，在我国的道路建设中，沥青路面正被广泛使用。沥青路面由于施工周期短、易于养护等优点被广泛应用于城市道路，但是，沥青具有吸热的特性，对太阳辐射的吸收率高达85-95%，导致沥青路面温度在夏季高达60℃以上；并且由于沥青属于一种热塑性材料，吸热后会发软、发黏，在车辆荷载长期作用下，会出现车辙、拥包、开裂等问题，不仅影响沥青路面的正常使用，而且加剧“城市热岛效应”；同时，高温的沥青路面还释放出大量的沥青挥发物，使人居环境急剧恶化。如何保持沥青路面的优良特性但又同时降低其表面温度的问题亟待解决。
目前，使用热反射涂料涂布于沥青路面是最简单高效的方法。沥青路面热反射涂料因具有不改变路面原有结构、仅依靠提高路表反射率降低路面温度的优势而受到广泛关注。例如中国专利CN2020112037820公开了聚氨酯热反射涂料及其制备方法和用途，该发射涂料采用特定结构的相变聚氨酯树脂作为树脂基料，使得涂料不仅具有良好的温度调节功能，还具有良好的耐磨性能；但是该反射涂料应用于沥青路面时，车辆在行驶过程中会对沥青路面产生一个向后的摩擦力、一个向下的压力，摩擦力和压力会产生一个向下的复合力，损坏该反射涂料的涂层，造成该涂料热反射性能的降低。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种用于沥青路面的高效环氧基热反射涂料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于沥青路面的高效环氧基热反射涂料，该高效热反射涂料由以下重量份数的原料组成：水性环氧乳液100-120份、沉淀相二氧化硅2-3份、中空微珠2-3份、消泡剂0.3-0.5份、分散剂0.2-0.6份、杂化溶胶15-25份、固化剂80-90份。
本发明的较优技术方案，所述杂化溶胶包括以下步骤：
1）选取四水合硝酸钙和磷酸氢铵分别为钙源和磷源，配制溶液，然后与pH调节剂混合后，调节溶液的pH值，加入适量的硝酸银粉末，搅拌均匀，进行水热反应，将得到的产物用去离子水和酒精反复清洗，干燥后得到银掺杂羟基磷灰石微纳米纤维；
2）将氯化锑加入蒸馏水中，搅拌后加入硫代硫酸钠以及聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌，紧接着，将反应后的溶液倒入水热反应釜中，加入银掺杂羟基磷灰石微纳米纤维，将其密封后加入烘箱中保温，反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，将反应釜中的产物进行离心处理，用蒸馏水和无水乙醇交替反复清洗，干燥后得到复合微纳米纤维；
3）将环氧树脂E51和聚醚多胺的混合液加入到容器中，加入促进剂以及稀释剂，室温下搅拌，然后向体系中加入冰醋酸以及复合微纳米纤维，室温下继续搅拌30-40min，再向体系中加入锆酸四丁酯，室温下继续搅拌5-8h，得到杂化溶胶。
本发明的较优技术方案，所述Ca和P两元素的摩尔比为10:6。
本发明的较优技术方案，所述pH调节剂选自尿素、乙酰胺和丙酰胺中至少一种。
本发明的较优技术方案，所述溶液的pH值为3-4。
本发明的较优技术方案，所述硝酸银的添加量控制为，Ag/Ag+Ca原子比为2-8%，Ca+Ag/P原子比为1.5-1.7。
本发明的较优技术方案，所述水热反应温度为160-180℃，反应时间3-6h。
本发明的较优技术方案，所述氯化锑、蒸馏水、硫代硫酸钠以及聚乙烯吡咯烷酮的质量体积比为5.5-6.5g:600-800mL:7.6-8.3g:2.0-3.0g。
本发明的较优技术方案，所述搅拌转速为150-230r/min，搅拌时间10-15min。
本发明的较优技术方案，所述继续搅拌时间30-40min。
本发明的较优技术方案，所述银掺杂羟基磷灰石微纳米纤维的添加量占液相反应后溶液总质量的3.6-4.5%。
本发明的较优技术方案，所述烘箱温度180-200℃，保温23-28h。
本发明的较优技术方案，所述干燥条件为75-85℃恒温干燥6-10h。
本发明的较优技术方案，所述环氧树脂E51、聚醚多胺、促进剂、稀释剂、冰醋酸、锆酸四丁酯的质量体积比为11g:7.0-7.3g:5-7mL:32-36mL:1-3mL:10-12mL。
本发明的较优技术方案，所述促进剂选择苯甲醇，所述稀释剂选择丙酮。
本发明的较优技术方案，所述复合微纳米纤维的添加量占杂化溶胶体系总质量的13-18%。
本发明的较优技术方案，所述室温下搅拌转速为60-80r/min，搅拌10-20min。
本发明的较优技术方案，所述水性环氧乳液的制备方法如下：取120-130g聚乙二醇4000和11.3-12.5g环氧树脂于容器中，65-70℃水浴熔化，300-350r/min搅拌30-40min，缓慢加入0.3-0.6g过硫酸铵和10-15mL超纯水，混合均匀后在180-185℃油浴下以320-360r/min搅拌反应4-5h，得到乳化剂，将15-20g该乳化剂和75-90g环氧树脂置于容器中，水浴60-65℃，转速3500-4000r/min，根据固含量为38-42%逐滴加水，控制在20-30min内加完，然后继续剪切30-40min即可，其中环氧树脂为E51环氧树脂，环氧当量(190±5)g/mol，25℃时黏度为10000-16000 mPa·s，25 ℃时密度为1.11 g/mL，无机氯≤50 mg/kg。
本发明的较优技术方案，所述水性环氧乳液、沉淀相二氧化硅、中空微珠、杂化溶胶、消泡剂、分散剂、固化剂的质量比为100g:6-8g:2-3g:15-25g:0.3-0.4g:0.4-0.5g:80-90g。
本发明的较优技术方案，所述消泡剂为聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚、不同分子量的二甲基硅油中的一种或其中以任一比例的混合物。
本发明的较优技术方案，所述分散剂为甲基硅油的二甲苯溶解液，甲基硅油的质量浓度为1%。
本发明的较优技术方案，所述固化剂为BH-560水性环氧树脂固化剂，淡黄色均匀流体，固含量 50%±2%，活泼氢当量200固体分，25 ℃时黏度为4000-7000mPa·s，pH 8.5，相对密度1.06。
本发明的较优技术方案，所述环氧基热反射涂料包括如下制备方法：取上述原料，向水性环氧乳液中依次加入沉淀相二氧化硅、中空微珠，以及杂化溶胶、消泡剂、分散剂，再加入固化剂，低速搅拌均匀，即可得到所需的环氧基热反射涂料。
本发明的较优技术方案，所述低速搅拌的转速为10-40r/min，搅拌时间1-3h。
本发明相比现有技术具有以下优点：
其一，本发明中，利用羟基磷灰石微纳米纤维中磷酸根四面体的空间网络形成了的平行于C轴的通道易于吸附金属离子，因此通过将银离子渗入到羟基磷灰石微纳米纤维中，利用银离子取代部分钙离子进入到羟基磷灰石微纳米纤维晶格的内部，草根人导致晶格微膨胀，增大了羟基磷灰石微纳米纤维的表面积，从而有利于后续的硫化锑纳米棒沉积在羟基磷灰石微纳米纤维表面，并且由于银掺杂羟基磷灰石微纳米纤维呈多层结构，在加载过程中层与层之间发生的相对滑移可以有效的分散部分应力，避免应力集中于一点，使得银掺杂羟基磷灰石微纳米纤维具有超柔韧性。
其二，本发明中，利用银掺杂羟基磷灰石微纳米纤维作为沉积基体，以氯化锑作为锑源，硫代硫酸钠作为硫源，聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂，通过水热反应，将硫化锑纳米棒沉积在银掺杂羟基磷灰石微纳米纤维表面，从而形成复合微纳米纤维，并且由于聚乙烯吡咯烷酮作为结构导向剂，使得硫化锑纳米材料由开始细长的纳米棒变成束状结构，最后呈现双菜花状，且纳米棒变得更细更密集，从而使得复合微纳米纤维表面形成大量双菜花状的纳米棒，极大的增大了复合微纳米纤维的表面积，由于银掺杂羟基磷灰石微纳米纤维具有超柔韧性，使得复合微纳米纤维具有很好的柔韧性，从而使得复合微纳米纤维具有极大的表面积以及优良的柔韧性。
其三，本发明中，采用溶胶-凝胶法在环氧树脂E51中原位生成无机纳米二氧化锆团簇，从而获得高折光率的环氧/二氧化锆杂化材料，并利用有机环氧分子链上的侧羟基与无机纳米团簇间形成化学键，以增加有机无机组分间的相容性，并防止无机纳米团簇在体系中团聚，并且加入复合微纳米纤维，利用复合微纳米纤维具有的大表面积，使其极易与纳米二氧化锆团簇接触，并使得纳米二氧化锆团簇之间通过复合微纳米纤维相互连接，从而使得纳米二氧化锆团簇限固在复合微纳米纤维形成的连接网络中，起到限制无机纳米二氧化锆团簇运动的作用。
其四，本发明中，通过将杂化溶胶引入到水性环氧树脂体系中，该杂化溶胶可以在水性环氧树脂体系中形成杂化膜，从而使得水性环氧树脂具有很好的热反射性能，并且由于在杂化溶胶中，纳米二氧化锆团簇限固在复合微纳米纤维形成的连接网络中，使得纳米二氧化锆不易发生运动，使得纳米二氧化锆在外界作用拿下不易发生滑移，同时，同时，杂化膜中的复合微纳米纤维还提升了杂化膜的柔韧性，使得杂化膜在外界作用下不易发生结构的破损，从而提高了杂化膜的结构稳定性，使得水性环氧树脂在外界作用下不易发生热反射性降低的现象，从而使得该水性环氧树脂基热反射涂料涂布在沥青路面上，具有长期稳定的热反射效果，可以长期实现稳定的路面降温的效果。
具体实施方式
实施例1
一种用于沥青路面的高效环氧基热反射涂料，具体包括如下步骤：
1）选取四水合硝酸钙和磷酸氢铵分别为钙源和磷源，依照Ca和P两元素的摩尔比为10:6配制溶液，然后与尿素水溶液混合后，调节溶液的pH值为3，加入一定量的硝酸银粉末，控制Ag/Ag+Ca原子比为2%，Ca+Ag/P原子比为1.5，搅拌均匀，设定水热反应温度为160℃，反应时间3h，将得到的产物用去离子水和酒精反复清洗，置于烘箱中80℃干燥，得到银掺杂羟基磷灰石微纳米纤维；
2）将5.5g氯化锑加入600mL蒸馏水中，以150r/min搅拌10min，接着加入7.6g硫代硫酸钠以及2.0g聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌30min，紧接着，将反应后的溶液倒入水热反应釜中，加入银掺杂羟基磷灰石微纳米纤维，控制银掺杂羟基磷灰石微纳米纤维的添加量占液相溶液总质量的3.6%，将其密封后加入180℃烘箱中，保温23h，反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，将反应釜中的产物进行离心处理，用蒸馏水和无水乙醇交替反复清洗，然后至于75℃烘箱中恒温干燥6h，得到复合微纳米纤维；
3）将11g环氧树脂E51和7g聚醚多胺的混合液加入到容器中，加入5mL苯甲醇、32mL丙酮，室温下以60r/min搅拌10min，然后向体系中加入1mL冰醋酸以及复合微纳米纤维，控制复合微纳米纤维的添加量占总体系质量的13%，室温下继续搅拌30min，再向体系中加入10mL锆酸四丁酯，室温下继续搅拌5h，得到杂化溶胶；
4）按重量份数计，向100份水性环氧乳液中依次加入2份沉淀相二氧化硅、2份中空微珠，以及15份杂化溶胶、0.3份二甲基硅油（粘度50cs）、0.2份分散剂，再加入80份BH-560水性环氧树脂固化剂，以10r/min低速搅拌1h，即可得到所需的沥青路面用环氧基热反射涂料；
其中，分散剂为质量浓度1%的甲基硅油二甲苯溶液；
其中，水性环氧乳液的制备方法如下：取120g聚乙二醇4000和11.3g环氧树脂于容器中，65℃水浴熔化，300r/min搅拌30min，缓慢加入0.3g过硫酸铵和10mL超纯水，混合均匀后在180℃油浴下以320r/min搅拌反应4h，得到乳化剂，将15g该乳化剂和75g环氧树脂置于容器中，水浴60℃，转速3500r/min，根据固含量为38%逐滴加水，控制在20min内加完，然后继续剪切30min即可。
实施例2
一种用于沥青路面的高效环氧基热反射涂料，具体包括如下步骤：
1）选取四水合硝酸钙和磷酸氢铵分别为钙源和磷源，依照Ca和P两元素的摩尔比为10:6配制溶液，然后与尿素水溶液混合后，调节溶液的pH值为3.5，加入一定量的硝酸银粉末，控制Ag/Ag+Ca原子比为5%，Ca+Ag/P原子比为1.6，搅拌均匀，设定水热反应温度为170℃，反应时间5h，将得到的产物用去离子水和酒精反复清洗，置于烘箱中80℃干燥，得到银掺杂羟基磷灰石微纳米纤维；
2）将6g氯化锑加入700mL蒸馏水中，以200r/min搅拌10min，接着加入8g硫代硫酸钠以及2.5g聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌35min，紧接着，将反应后的溶液倒入水热反应釜中，加入银掺杂羟基磷灰石微纳米纤维，控制银掺杂羟基磷灰石微纳米纤维的添加量占液相溶液总质量的4.2%，将其密封后加入190℃烘箱中，保温25h，反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，将反应釜中的产物进行离心处理，用蒸馏水和无水乙醇交替反复清洗，然后至于80℃烘箱中恒温干燥8h，得到复合微纳米纤维；
3）将11g环氧树脂E51和7.2g聚醚多胺的混合液加入到容器中，加入6mL苯甲醇、35mL丙酮，室温下以60r/min搅拌15min，然后向体系中加入2mL冰醋酸以及复合微纳米纤维，控制复合微纳米纤维的添加量占总体系质量的15%，室温下继续搅拌35min，再向体系中加入11mL锆酸四丁酯，室温下继续搅拌6h，得到杂化溶胶；
4）按重量份数计，向110份水性环氧乳液中依次加入2.5份沉淀相二氧化硅、2.5份中空微珠，以及20份杂化溶胶、0.4份二甲基硅油（粘度50cs）、0.5份分散剂，再加入85份BH-560水性环氧树脂固化剂，以30r/min低速搅拌2h，即可得到所需的沥青路面用环氧基热反射涂料；
其中，分散剂为质量浓度1%的甲基硅油二甲苯溶液；
其中，水性环氧乳液的制备方法如下：取120g聚乙二醇4000和11.5g环氧树脂于容器中，65℃水浴熔化，350r/min搅拌35min，缓慢加入0.5g过硫酸铵和12mL超纯水，混合均匀后在183℃油浴下以350r/min搅拌反应4.5h，得到乳化剂，将18g该乳化剂和85g环氧树脂置于容器中，水浴62℃，转速3500r/min，根据固含量为40%逐滴加水，控制在25min内加完，然后继续剪切35min即可。
实施例3
一种用于沥青路面的高效环氧基热反射涂料，具体包括如下步骤：
1）选取四水合硝酸钙和磷酸氢铵分别为钙源和磷源，依照Ca和P两元素的摩尔比为10:6配制溶液，然后与尿素水溶液混合后，调节溶液的pH值为4，加入一定量的硝酸银粉末，控制Ag/Ag+Ca原子比为8%，Ca+Ag/P原子比为1.7，搅拌均匀，设定水热反应温度为180℃，反应时间6h，将得到的产物用去离子水和酒精反复清洗，置于烘箱中80℃干燥，得到银掺杂羟基磷灰石微纳米纤维；
2）将6.5g氯化锑加入800mL蒸馏水中，以230r/min搅拌15min，接着加入8.3g硫代硫酸钠以及3.0g聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌40min，紧接着，将反应后的溶液倒入水热反应釜中，加入银掺杂羟基磷灰石微纳米纤维，控制银掺杂羟基磷灰石微纳米纤维的添加量占液相溶液总质量的4.5%，将其密封后加入200℃烘箱中，保温28h，反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，将反应釜中的产物进行离心处理，用蒸馏水和无水乙醇交替反复清洗，然后至于85℃烘箱中恒温干燥10h，得到复合微纳米纤维；
3）将11g环氧树脂E51和7.3g聚醚多胺的混合液加入到容器中，加入7mL苯甲醇、36mL丙酮，室温下以80r/min搅拌20min，然后向体系中加入3mL冰醋酸以及复合微纳米纤维，控制复合微纳米纤维的添加量占总体系质量的18%，室温下继续搅拌40min，再向体系中加入12mL锆酸四丁酯，室温下继续搅拌8h，得到杂化溶胶；
4）按重量份数计，向120份水性环氧乳液中依次加入3份沉淀相二氧化硅、3份中空微珠，以及25份杂化溶胶、0.5份二甲基硅油（300cs）、0.6份分散剂，再加入90份BH-560水性环氧树脂固化剂，以40r/min低速搅拌3h，即可得到所需的沥青路面用环氧基热反射涂料；
其中，分散剂为质量浓度1%的甲基硅油二甲苯溶液；
其中，水性环氧乳液的制备方法如下：取130g聚乙二醇4000和12.5g环氧树脂于容器中，70℃水浴熔化，350r/min搅拌40min，缓慢加入0.6g过硫酸铵和15mL超纯水，混合均匀后在185℃油浴下以360r/min搅拌反应5h，得到乳化剂，将20g该乳化剂和90g环氧树脂置于容器中，水浴65℃，转速4000r/min，根据固含量为42%逐滴加水，控制在30min内加完，然后继续剪切40min即可。
对比例
常规的普通水性环氧热反射涂料，制备方法如下：
按重量份数计，向100份水性环氧乳液中依次加入2份沉淀相二氧化硅、2份中空微珠，以及8份金红石型二氧化钛、0.3份二甲基硅油（粘度50cs）、0.2份分散剂，再加入80份BH-560水性环氧树脂固化剂，以10r/min低速搅拌1h，即可得到水性环氧热反射涂料；其中，分散剂为质量浓度1%的甲基硅油二甲苯溶液；其中，水性环氧乳液的制备方法如下：取120g聚乙二醇4000和11.3g环氧树脂于容器中，65℃水浴熔化，300r/min搅拌30min，缓慢加入0.3g过硫酸铵和10mL超纯水，混合均匀后在180℃油浴下以320r/min搅拌反应4h，得到乳化剂，将15g该乳化剂和75g环氧树脂置于容器中，水浴60℃，转速3500r/min，根据固含量为38%逐滴加水，控制在20min内加完，然后继续剪切30min即可。
性能测试
1.热反射涂层的粘附性能
1.1测试方法
将实施例1提供的环氧基热反射涂料涂覆在成型的AC-13沥青混凝土车辙板试件表面，涂布量为1.0kg/cm2，待其完全固化后，采用快干高强度的AB胶将拉拔测试仪的拉头粘结在涂层表面，2h后测试拉头脱离试件时的力。
1.2结果及分析
测得拉头脱离试件时的力为1.38kN，可见涂层自身的粘附形优异，拉裂面大部分为沥青与石料的结合面，这表面本发明中的环氧基热反射涂料与沥青路面具有优良的粘附性。
2.热反射涂层的降温效果
2.1测试方法
取三块AC-13沥青混凝土车辙试件，其中一块作为空白对照板，另外两块按涂布量为1.0kg/cm2分别采用实施例1和对比例提供的涂料进行涂布，然后把它们放置在空旷且可以直接暴露在太阳光照射下的地方，将温度传感器埋入距试件表面2cm处的孔中，记录一天当中试件的温度变化，计算降温值。
2.2结果及分析
在太阳辐射下，随着时间推移，三块时间的温度都是先升高后降低，降温值也是类似的变化趋势，在下午14:00-15:00时，室外温度为38.5℃，时间温度也最高，此时的降温值最大，其中，涂布有实施例1涂料的试件，降温值为8.5℃，涂布有对比例涂料的试件，降温值为7.9℃，这表明实施例1和对比例提供的涂料对试件均具有降温效果，并且本发明实施例1提供的涂料，其降温效果要优于对比例的涂料。
3.热反射涂层经车辙试验后的降温效果
3.1测试方法
选取标准的AC-13沥青混凝土试件（尺寸为300mm×300mm×50mm），按涂布量为1.0kg/cm2分别采用实施例1和对比例提供的涂料进行涂布，待其完全固化后，在60℃的规定温度下，以碾压轮压为10kN的承载车在其上行走，承载车行走速度为6次往返/分，行走距离为300mm，行走次数为800次，待测试完成后，将试件放置在空旷且可以直接暴露在太阳光照射下的地方，将温度传感器埋入距试件表面2cm处的孔中，记录一天当中试件的温度变化，计算降温值。
3.1结果及分析
在太阳辐射下，随着时间推移，三块时间的温度都是先升高后降低，降温值也是类似的变化趋势，在下午14:00-15:00时，室外温度为38.5℃，时间温度也最高，此时的降温值最大，其中，涂布有实施例1涂料的试件，降温值为8.4℃，涂布有对比例涂料的试件，降温值为7.0℃，这表明实施例1提供的涂料，其涂层在承载车的反复碾压下，依然具有优异的降温效果，并且未出现明显损失；对比例提供的涂料，其涂层在承载车的反复碾压下，其降温效果损失明显。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。
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