沥青路面用双组份环氧树脂自修复微胶囊材料、其制备方法及使用方法
阅读说明：本技术 沥青路面用双组份环氧树脂自修复微胶囊材料、其制备方法及使用方法 (Double-component epoxy resin self-repairing microcapsule material for asphalt pavement, and preparation method and use method thereof ) 是由 郑木莲 田艳娟 刘侠 刘珊 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种沥青路面用双组份环氧树脂自修复微胶囊材料、其制备方法及使用方法,沥青路面用双组份环氧树脂自修复微胶囊材料包括壳体以及包裹于壳体内的微胶囊芯材,其中,微胶囊芯材由氢化双酚A型环氧树脂及季戊四醇四-3-巯基丙酸酯组成,该微胶囊材料能够实现沥青路面裂缝修复,提高沥青路面的机械性能及耐老化性能,并且制备方法简单,使用也较为方便。(The invention discloses a double-component epoxy resin self-repairing microcapsule material for an asphalt pavement, a preparation method and a use method thereof.)
技术领域
本发明属于沥青路面预防性养护技术领域，涉及一种沥青路面用双组份环氧树脂自修复微胶囊材料、其制备方法及使用方法。
背景技术
在荷载或温度应力作用下，路面结构内部的微裂纹受到高度的应力集中现象发生裂纹扩展，从而引发沥青路面的开裂。微裂缝发生扩展、贯通，致使裂缝宽度不断变大，进而发展成宏观裂缝。微裂纹虽然不致影响车辆通行，但是在温度应力和车辆荷载的加持下，路面水分渗入到微裂缝中，会加速路面性能的破坏过程。路面在微裂纹的萌生阶段仍具有较强的力学强度，能够满足使用要求；而当微裂纹进一步扩展成宏观裂纹，路面性能则会出现较大程度的劣化。
当微裂缝发展为显著的宏观裂缝后，才进行路面的养护与维修，既增加了路面运营期的经济成本，又造成了资源浪费。若对路面的微裂纹和微损伤及时处理或者修复，可以有效延长路面使用寿命。当温缩裂缝起裂，即路面产生低温微裂缝时，如果不加以干预，由于沥青本身具有自修复性能，等气温回升时沥青可能会自行弥合裂缝。但这一前提是沥青没有发生老化，沥青以及集料性质没有发生严重劣化。但事实上，在外部因素的综合作用下，沥青轻质组分会持续减少，且会发生氧化反应等老化现象。沥青老化会加速裂缝的扩展，会在沥青自行弥合裂缝之前就已经造成宏观裂缝。若在沥青混合料中预拌自修复微胶囊，在低温开裂的初期产生微裂缝时，微胶囊开裂释放出修复剂。待温度回升后，沥青基体得以“增韧”，且耐冲击性能得到有效提升，老化沥青性能得到修复。沥青本身的自修复性能得到修复或者提升之后，会延缓下次开裂的几率和时间。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种沥青路面用双组份环氧树脂自修复微胶囊材料、其制备方法及使用方法，该微胶囊材料能够实现沥青路面裂缝修复，提高沥青路面的机械性能及耐老化性能，并且制备方法简单，使用也较为方便。
为达到上述目的，本发明所述的沥青路面用双组份环氧树脂自修复微胶囊材料包括壳体以及包裹于壳体内的微胶囊芯材，其中，微胶囊芯材由氢化双酚A型环氧树脂及季戊四醇四-3-巯基丙酸酯组成。
壳体与微胶囊芯材的质量比为1.2-1.5:1，氢化双酚A型环氧树脂与季戊四醇四-3-巯基丙酸酯的质量比为2:1。
壳体的材质为三聚氰胺甲醛树脂或三聚氰胺脲醛树脂。
一种双组份环氧树脂自修复微胶囊材料的制备方法包括以下步骤：
1)将尿素、甲醛及三聚氰胺混合后加入三乙醇胺调节pH值至8-9，加热后搅拌，得混合物A；
2)将十二烷基苯磺酸钠及蒸馏水混合，搅拌充分溶解后调节pH值至中性，得混合物B，混合物B的浓度为0.5～0.75％。
3)将氢化双酚A型环氧树脂及季戊四醇四-3-巯基丙酸酯分别加入到混合物B中，再搅拌乳化，得O/W的乳化液；
4)按照壳体与微胶囊芯材的质量比为1.2-1.5:1将混合物A加入到O/W的乳化液中，再搅拌均匀，得混合物C；
5)通过酸性调节剂调节混合物C的pH值至3-5，再加入催化剂，然后升温固化，再洗涤、过滤及烘干，得双组份环氧树脂自修复微胶囊材料。
步骤1)中，尿素与甲醛和三聚氰胺的混合物的摩尔比值为2.5；加热温度为70℃，搅拌速度为400r/min，搅拌时间为1h；
步骤2)中的搅拌速度为200r/min，搅拌时间为10分钟；
步骤3)中的搅拌时间为1h；
步骤4)中的搅拌时间为30min；
步骤5)中的升温温度为65℃，固化时间为2h。
酸性调节剂为柠檬酸或盐酸。
一种双组份环氧树脂自修复微胶囊材料的使用方法包括以下步骤：
将双组份环氧树脂自修复微胶囊材料加入到沥青中，再搅拌均匀，得双组份环氧树脂自修复微胶囊材料与沥青的混合物，然后再进行双组份环氧树脂自修复微胶囊材料与沥青的混合物的铺设，其中，双组份环氧树脂自修复微胶囊材料，其中，双组份环氧树脂自修复微胶囊材料的添加量为沥青质量的2％～4％。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的沥青路面用双组份环氧树脂自修复微胶囊材料、其制备方法及使用方法在具体操作时，双组份环氧树脂自修复微胶囊在沥青低温微裂缝的尖端应力在作用下破裂，释放出的芯材物质在沥青微裂纹中的扩散充满后，两个组分发生固化交联作用生成的三维网状结构将微裂缝弥合，是真正意义上的修复裂缝，并且可以将沥青分子牢牢地锁住，减缓下次开裂的几率，提高沥青基体的机械性能、耐老化性能，从而延缓路面开裂以及延长路面寿命，在使用时，只需将其与沥青进行混合即可，同时制备时，微胶囊芯材通过普通双酚A型环氧树脂在高温高压条件下加氢所得，少有不饱和键，具有良好的耐紫外老化性能，并且制备方法较为简单。
附图说明
图1a为环氧组分微胶囊的扫描电镜图；
图1b为固化剂组分微胶囊的扫描电镜图；
图2为带预切缝的试样图；
图3为不同掺量下微胶囊沥青自修复率SH1的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例一
本发明所述的沥青路面用双组份环氧树脂自修复微胶囊材料，其特征在于，包括壳体以及包裹于壳体内的微胶囊芯材，其中，微胶囊芯材由氢化双酚A型环氧树脂及季戊四醇四-3-巯基丙酸酯组成。
壳体与微胶囊芯材的质量比为1.2:1，氢化双酚A型环氧树脂与季戊四醇四-3-巯基丙酸酯的质量比为2:1。
壳体的材质为三聚氰胺甲醛树脂。
实施例二
本发明所述的沥青路面用双组份环氧树脂自修复微胶囊材料，其特征在于，包括壳体以及包裹于壳体内的微胶囊芯材，其中，微胶囊芯材由氢化双酚A型环氧树脂及季戊四醇四-3-巯基丙酸酯组成。
壳体与微胶囊芯材的质量比为1.5:1，氢化双酚A型环氧树脂与季戊四醇四-3-巯基丙酸酯的质量比为2:1。
壳体的材质为三聚氰胺脲醛树脂。
实施例三
本发明所述的沥青路面用双组份环氧树脂自修复微胶囊材料，其特征在于，包括壳体以及包裹于壳体内的微胶囊芯材，其中，微胶囊芯材由氢化双酚A型环氧树脂及季戊四醇四-3-巯基丙酸酯组成。
壳体与微胶囊芯材的质量比为1.3:1，氢化双酚A型环氧树脂与季戊四醇四-3-巯基丙酸酯的质量比为2:1。
壳体的材质为三聚氰胺甲醛树脂。
实施例四
本发明所述的沥青路面用双组份环氧树脂自修复微胶囊材料，其特征在于，包括壳体以及包裹于壳体内的微胶囊芯材，其中，微胶囊芯材由氢化双酚A型环氧树脂及季戊四醇四-3-巯基丙酸酯组成。
壳体与微胶囊芯材的质量比为1.4:1，氢化双酚A型环氧树脂与季戊四醇四-3-巯基丙酸酯的质量比为2:1。
壳体的材质为三聚氰胺脲醛树脂。
实施例五
本发明所述的沥青路面用双组份环氧树脂自修复微胶囊材料，其特征在于，包括壳体以及包裹于壳体内的微胶囊芯材，其中，微胶囊芯材由氢化双酚A型环氧树脂及季戊四醇四-3-巯基丙酸酯组成。
壳体与微胶囊芯材的质量比为1.4:1，氢化双酚A型环氧树脂与季戊四醇四-3-巯基丙酸酯的质量比为2:1。
实施例六
本发明所述的沥青路面用双组份环氧树脂自修复微胶囊材料，其特征在于，包括壳体以及包裹于壳体内的微胶囊芯材，其中，微胶囊芯材由氢化双酚A型环氧树脂及季戊四醇四-3-巯基丙酸酯组成。
壳体与微胶囊芯材的质量比为1.25:1，氢化双酚A型环氧树脂与季戊四醇四-3-巯基丙酸酯的质量比为2:1。
壳体的材质为三聚氰胺脲醛树脂。
实施例七
本发明所述的双组份环氧树脂自修复微胶囊材料的制备方法包括以下步骤：
1)将尿素、甲醛及三聚氰胺混合后加入三乙醇胺调节pH值至8，加热后搅拌，得混合物A；
2)将十二烷基苯磺酸钠及蒸馏水混合，搅拌充分溶解后调节pH值至中性，得混合物B，混合物B的浓度为0.5％。
3)将氢化双酚A型环氧树脂及季戊四醇四-3-巯基丙酸酯分别加入到混合物B中，再搅拌乳化，得O/W的乳化液；
4)按照壳体与微胶囊芯材的质量比为1.2:1将混合物A加入到O/W的乳化液中，再搅拌均匀，得混合物C；
5)通过酸性调节剂调节混合物C的pH值至3，再加入催化剂，然后升温固化，再洗涤、过滤及烘干，得双组份环氧树脂自修复微胶囊材料。
步骤1)中，尿素与甲醛和三聚氰胺的混合物的摩尔比值为2.5；加热温度为70℃，搅拌速度为400r/min，搅拌时间为1h；
步骤2)中的搅拌速度为200r/min，搅拌时间为10分钟；
步骤3)中的搅拌时间为1h；
步骤4)中的搅拌时间为30min；
步骤5)中的升温温度为65℃，固化时间为2h。
酸性调节剂为柠檬酸。
实施例八
本发明所述的双组份环氧树脂自修复微胶囊材料的制备方法包括以下步骤：
1)将尿素、甲醛及三聚氰胺混合后加入三乙醇胺调节pH值至9，加热后搅拌，得混合物A；
2)将十二烷基苯磺酸钠及蒸馏水混合，搅拌充分溶解后调节pH值至中性，得混合物B，混合物B的浓度为0.75％。
3)将氢化双酚A型环氧树脂及季戊四醇四-3-巯基丙酸酯分别加入到混合物B中，再搅拌乳化，得O/W的乳化液；
4)按照壳体与微胶囊芯材的质量比为1.5:1将混合物A加入到O/W的乳化液中，再搅拌均匀，得混合物C；
5)通过酸性调节剂调节混合物C的pH值至5，再加入催化剂，然后升温固化，再洗涤、过滤及烘干，得双组份环氧树脂自修复微胶囊材料。
步骤1)中，尿素与甲醛和三聚氰胺的混合物的摩尔比值为2.5；加热温度为70℃，搅拌速度为400r/min，搅拌时间为1h；
步骤2)中的搅拌速度为200r/min，搅拌时间为10分钟；
步骤3)中的搅拌时间为1h；
步骤4)中的搅拌时间为30min；
步骤5)中的升温温度为65℃，固化时间为2h。
酸性调节剂为盐酸。
实施例九
本发明所述的双组份环氧树脂自修复微胶囊材料的制备方法包括以下步骤：
1)将尿素、甲醛及三聚氰胺混合后加入三乙醇胺调节pH值至8.5，加热后搅拌，得混合物A；
2)将十二烷基苯磺酸钠及蒸馏水混合，搅拌充分溶解后调节pH值至中性，得混合物B，混合物B的浓度为0.6％。
3)将氢化双酚A型环氧树脂及季戊四醇四-3-巯基丙酸酯分别加入到混合物B中，再搅拌乳化，得O/W的乳化液；
4)按照壳体与微胶囊芯材的质量比为1.35:1将混合物A加入到O/W的乳化液中，再搅拌均匀，得混合物C；
5)通过酸性调节剂调节混合物C的pH值至4，再加入催化剂，然后升温固化，再洗涤、过滤及烘干，得双组份环氧树脂自修复微胶囊材料。
步骤1)中，尿素与甲醛和三聚氰胺的混合物的摩尔比值为2.5；加热温度为70℃，搅拌速度为400r/min，搅拌时间为1h；
步骤2)中的搅拌速度为200r/min，搅拌时间为10分钟；
步骤3)中的搅拌时间为1h；
步骤4)中的搅拌时间为30min；
步骤5)中的升温温度为65℃，固化时间为2h。
酸性调节剂为柠檬酸。
实施例十
本发明所述的双组份环氧树脂自修复微胶囊材料的制备方法包括以下步骤：
1)将尿素、甲醛及三聚氰胺混合后加入三乙醇胺调节pH值至8.2，加热后搅拌，得混合物A；
2)将十二烷基苯磺酸钠及蒸馏水混合，搅拌充分溶解后调节pH值至中性，得混合物B，混合物B的浓度为0.6％。
3)将氢化双酚A型环氧树脂及季戊四醇四-3-巯基丙酸酯分别加入到混合物B中，再搅拌乳化，得O/W的乳化液；
4)按照壳体与微胶囊芯材的质量比为1.2.5:1将混合物A加入到O/W的乳化液中，再搅拌均匀，得混合物C；
5)通过酸性调节剂调节混合物C的pH值至3.5，再加入催化剂，然后升温固化，再洗涤、过滤及烘干，得双组份环氧树脂自修复微胶囊材料。
步骤1)中，尿素与甲醛和三聚氰胺的混合物的摩尔比值为2.5；加热温度为70℃，搅拌速度为400r/min，搅拌时间为1h；
步骤2)中的搅拌速度为200r/min，搅拌时间为10分钟；
步骤3)中的搅拌时间为1h；
步骤4)中的搅拌时间为30min；
步骤5)中的升温温度为65℃，固化时间为2h。
酸性调节剂为盐酸。
实施例十一
本发明所述的双组份环氧树脂自修复微胶囊材料的制备方法包括以下步骤：
1)将尿素、甲醛及三聚氰胺混合后加入三乙醇胺调节pH值至8.7，加热后搅拌，得混合物A；
2)将十二烷基苯磺酸钠及蒸馏水混合，搅拌充分溶解后调节pH值至中性，得混合物B，混合物B的浓度为0.7％。
3)将氢化双酚A型环氧树脂及季戊四醇四-3-巯基丙酸酯分别加入到混合物B中，再搅拌乳化，得O/W的乳化液；
4)按照壳体与微胶囊芯材的质量比为1.4:1将混合物A加入到O/W的乳化液中，再搅拌均匀，得混合物C；
5)通过酸性调节剂调节混合物C的pH值至4.5，再加入催化剂，然后升温固化，再洗涤、过滤及烘干，得双组份环氧树脂自修复微胶囊材料。
步骤1)中，尿素与甲醛和三聚氰胺的混合物的摩尔比值为2.5；加热温度为70℃，搅拌速度为400r/min，搅拌时间为1h；
步骤2)中的搅拌速度为200r/min，搅拌时间为10分钟；
步骤3)中的搅拌时间为1h；
步骤4)中的搅拌时间为30min；
步骤5)中的升温温度为65℃，固化时间为2h。
酸性调节剂为柠檬酸。
实施例十二
本发明所述的双组份环氧树脂自修复微胶囊材料的制备方法包括以下步骤：
1)将尿素、甲醛及三聚氰胺混合后加入三乙醇胺调节pH值至8，加热后搅拌，得混合物A；
2)将十二烷基苯磺酸钠及蒸馏水混合，搅拌充分溶解后调节pH值至中性，得混合物B，混合物B的浓度为0.75％。
3)将氢化双酚A型环氧树脂及季戊四醇四-3-巯基丙酸酯分别加入到混合物B中，再搅拌乳化，得O/W的乳化液；
4)按照壳体与微胶囊芯材的质量比为1.2:1将混合物A加入到O/W的乳化液中，再搅拌均匀，得混合物C；
5)通过酸性调节剂调节混合物C的pH值至5，再加入催化剂，然后升温固化，再洗涤、过滤及烘干，得双组份环氧树脂自修复微胶囊材料。
步骤1)中，尿素与甲醛和三聚氰胺的混合物的摩尔比值为2.5；加热温度为70℃，搅拌速度为400r/min，搅拌时间为1h；
步骤2)中的搅拌速度为200r/min，搅拌时间为10分钟；
步骤3)中的搅拌时间为1h；
步骤4)中的搅拌时间为30min；
步骤5)中的升温温度为65℃，固化时间为2h。
酸性调节剂为盐酸。
实施例十三
本发明所述双组份环氧树脂自修复微胶囊材料的使用方法包括以下步骤：
将双组份环氧树脂自修复微胶囊材料加入到沥青中，再搅拌均匀，得双组份环氧树脂自修复微胶囊材料与沥青的混合物，然后再进行双组份环氧树脂自修复微胶囊材料与沥青的混合物的铺设，其中，双组份环氧树脂自修复微胶囊材料，其中，双组份环氧树脂自修复微胶囊材料的添加量为沥青质量的3.5％。
实施例十四
本发明所述双组份环氧树脂自修复微胶囊材料的使用方法包括以下步骤：
将双组份环氧树脂自修复微胶囊材料加入到沥青中，再搅拌均匀，得双组份环氧树脂自修复微胶囊材料与沥青的混合物，然后再进行双组份环氧树脂自修复微胶囊材料与沥青的混合物的铺设，其中，双组份环氧树脂自修复微胶囊材料，其中，双组份环氧树脂自修复微胶囊材料的添加量为沥青质量的2.5％。
实施例十五
本发明所述双组份环氧树脂自修复微胶囊材料的使用方法包括以下步骤：
将双组份环氧树脂自修复微胶囊材料加入到沥青中，再搅拌均匀，得双组份环氧树脂自修复微胶囊材料与沥青的混合物，然后再进行双组份环氧树脂自修复微胶囊材料与沥青的混合物的铺设，其中，双组份环氧树脂自修复微胶囊材料，其中，双组份环氧树脂自修复微胶囊材料的添加量为沥青质量的2％。
实施例十六
本发明所述双组份环氧树脂自修复微胶囊材料的使用方法包括以下步骤：
将双组份环氧树脂自修复微胶囊材料加入到沥青中，再搅拌均匀，得双组份环氧树脂自修复微胶囊材料与沥青的混合物，然后再进行双组份环氧树脂自修复微胶囊材料与沥青的混合物的铺设，其中，双组份环氧树脂自修复微胶囊材料，其中，双组份环氧树脂自修复微胶囊材料的添加量为沥青质量的4％。
实施例十七
1)双组份环氧树脂自修复微胶囊
首先制备三聚氰胺改性脲醛树脂(MUF)的预聚体，其次进行芯材乳化；之后将MUF预聚体粒子逐滴加入乳化液中；逐滴加入酸性催化剂调整pH值至5，进行固化反应3小时，当温度降低到室温时，洗涤并多次过滤反应液，最后在干燥得微胶囊。
其中，上述双组份环氧树脂自修复微胶囊的制备过程中所的各原料技术要求如表1所示。
表1
制备的双组份环氧树脂自修复微胶囊的扫描电镜图如图1a及图1b所示，粒度分级如表2所示。
表2
表2中，D(0.5)表示颗粒粒径分布范围小于该值的数量占总数的50％的粒径，,又称为平均粒径；D(0.1)表示颗粒粒径分布范围小于该值的数量占总数的10％的粒径；D(0.9)表示粒径小于该值的颗粒占总颗粒数的90％；一致性表示颗粒群的粒度分级偏离正态分布的程度。由表2可知，环氧组分微胶囊的平均粒径在23.582μm，90％以上的粒径都在87.440μm以下；固化剂组分的平均粒径在22.4μm，90％以上的粒径都在63.2μm以下。这与扫描电镜观察的结果具有一致性；粒径分级图以及一致性结果表明，各样品的粒径分布都呈较好的正态分布。这与显微镜观察及扫描电镜观察的结果具有一致性。平均粒径均小于50μm，粒径满足使用要求。
对双组份环氧树脂自修复微胶囊进行性能验证试验，所用沥青为SK70#道路石油沥青。
2)双组份环氧树脂自修复微胶囊的实施效果
对SK70#道路石油沥青进行老化试验，参照交通部《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T0630-2011所述的压力老化容器加速沥青老化试验(PAV)法制备老化沥青。通过对加入微胶囊后沥青试样的延度试验对其自修复性能进行验证。试验采用带切口的延度试件在测力延度仪上进行。通过使切口两侧界面紧密接触，形成了一个清晰的、完全湿润的人工裂纹界面。当试样切口的两个表面相互接触时，可以视为完全的瞬时浸润。首先按照试验规程进行延度试样的制备。对制备好的延度试样进行预切缝处理，设计人工裂缝。具体步骤是：先将两枚一元人民币放置于延度试模两侧，用刻度尺测量出试样的中线，将刀片置于试样中线处，用力向下切割，直至刀片切至硬币上表面终止，如图2所示。采用加热保温一定时间后，进行测力延度试验。两组测试样品在5℃，以5cm/min(±5％)的拉伸速率进行测力延度试验，直到样品断裂试验终止。沥青具有典型粘弹性特性，其在低温下长时间和高温下短时间内都能达到相同的修复效果。为考察加入微胶囊之后对自修复效果的影响，分别将修复温度和时间设定为30℃，1h。通过在试验过程中加入修复时间和给定修复温度，可以得到微胶囊沥青材料的拉伸力和修复后的力学性能参数，以表征微胶囊沥青材料的自修复能力。
经测力延度试验测得到峰值拉力与峰值拉力对应的延度值，根据公式(1)计算拉伸柔度f，拉伸柔度能够较好地表征沥青的形变能力。根据自修复试验过程中拉伸柔度的关系，定义公式(2)来计算沥青的低温开裂自修复率SH1。
其中，f定义每个拉伸试件的柔度；p为拉伸过程中的最大拉力，d为对应最大拉力的试件延度值。
其中，SH1为微胶囊沥青低温开裂自修复率；f1为未切缝试件拉伸柔度；f2为切缝不经过修复时间的拉伸柔度；f3为切缝拉伸断裂后经过修复时间的拉伸柔度。
将试验测试结果绘制于图3。
沥青的自修复率SH1随环氧微胶囊的增多也逐渐增加，当其掺量为4％时，自修复率达到最大值。添加的微胶囊越多，在预切缝界面上的微胶囊就会越多，所以流出的芯材修复剂也会随之增多。在分子扩散作用下，两个组分在修复时间内得到充分固化，将胶囊周围的切口粘结，所以自修复效率会逐渐增大。因此，微胶囊体系对沥青的低温开裂的自修复性能有显著改善。
虽然本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改和改进。这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或者改进，均属于本发明要求保护的范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：复合导电剂及其制备方法、导电塑料