高耐熱的瀝青微裂紋自修復用微膠囊及其製備方法與流程

2023-06-08 02:06:32 2

本發明屬於道路修復領域，具體涉及一種高耐熱的瀝青微裂紋自修復用微膠囊及其製備方法。

背景技術：

瀝青是由不同分子量的碳氫化合物及其非金屬衍生物組成的複雜混合物，作為一類非常重要的聚合物工程材料和功能材料被廣泛應用於眾多領域中。瀝青本身為自修復材料，其能對自身結構的破壞進行一定程度的修復，但老化後的瀝青其自修復能力將大大減弱。在環境因素及重複荷載作用下，老化瀝青內部會產生微裂紋，這些微裂紋或損傷如不能得到及時有效的修復，將引發瀝青材料的宏觀裂縫並導致結構性的脆性斷裂。正是由於瀝青這一老化特性，我國每年都會產生數以萬噸計的「道路廢棄瀝青」，這些材料只能當作固體垃圾丟棄和填埋，再生利用率很低。這種粗放的處理方法，不僅佔用土地，還汙染大氣、地下水和土壤，已成一個不可忽視的問題，嚴重威脅到人們的生產生活，危害公共健康。減緩瀝青聚合物的老化進程延長其使用壽命，進而實現瀝青循環利用或減少垃圾產生量是亟待解決的環境問題。再生劑的使用是實現老化瀝青恢復自修復能力的最有效方法。但當再生劑在老化瀝青道路表面使用時，仍存在極大的局限性：液體再生劑不能從老化瀝青表面很好地擴散至其內部；再生劑在老化瀝青道路表面使用時，瀝青道路表面摩擦力將降低，車輛容易發生危險；同時由於道路的封閉，也增加了社會交通成本等。

目前，採用微膠囊包覆瀝青再生劑應用於瀝青中，可提供瀝青的自修復能力。由於微膠囊璧材均為有機物，其耐溫等級較低，往往無法滿足瀝青實際使用時的高溫高剪切環境，很容易破碎。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術微膠囊包覆瀝青再生劑耐熱等級低，不能應用於高溫高剪切環境的缺陷，而提供一種高耐熱的瀝青微裂紋自修復用微膠囊及其製備方法。

為實現本發明的目的，所採用的技術方案為：

一種高耐熱的瀝青微裂紋自修復用微膠囊製備方法，具體包括以下步驟：

1)將插層後的蒙脫土、壁材材料、去離子水按照1：10-30：90-120的比例在常溫下按照200-400轉/分鐘的速度攪拌均勻得到蒙脫土溶液；

2)將聚苯乙烯-馬來酸酐與去離子水按照0.5-5：100比例混合，按照400-600轉/分鐘的速度攪拌5小時，然後加入鹼性調節劑，調節pH值為10-11；繼續攪拌2-4小時；在上述溶液中添加壬基酚聚氧乙烯醚0.01份；

3)在步驟2)得到的聚苯乙烯-馬來酸酐溶液中加入瀝青再生劑，其比例為1：1-3，以2500-3500轉/分鐘的速度攪拌乳化15-25分鐘；

4)在步驟3得到的乳化後的瀝青再生劑溶液中緩慢滴加步驟1)得到的蒙脫土溶液，乳化瀝青再生劑溶液與蒙脫土溶液的質量比例為1-3：3-1，滴加速度為0.2-1ml/分鐘，攪拌速度400-600轉/分鐘；滴加完成三分之一質量後，以2℃/分鐘的速度緩慢升高溫度，升溫至45-55℃，升溫的同時緩慢滴加其餘的三分之二蒙脫土溶液；當溫度升至目標溫度後，以0.1毫升/分鐘的速度滴加有機酸調節pH值為10；同時以2℃/分鐘的速度緩慢升高溫度至80-100℃；

5)繼續反應1-2小時後，停止加熱；溫度自然將至室溫，攪拌速度保持250-350轉/分鐘繼續反應4-5小時，結束製備；將上述微膠囊溶液過濾、乾燥後，得到微膠囊粉末。

所述的壁材材料為：蜜胺樹脂、甲基改性蜜胺樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂中的一種。

所述的壁材材料為聚合度100-500的甲基化蜜胺樹脂。

所述的插層後的蒙脫土採用下述方式製備：把鈉基蒙脫土加入去離子水中，其質量比例為2-10：100，高速攪拌形成懸濁液，加入插層劑，插層劑與蒙脫土的質量比為1：10-20，使蒙脫土沉澱析出轉變為插層後的蒙脫土，經過固液分離、洗滌後，真空乾燥備用。

所述的插層劑為十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基氯化銨、溴化十六烷基吡啶中的一種。

本發明還包括一種所述的製備方法製備的高耐熱的瀝青微裂紋自修復用微膠囊；所述的微膠囊的熱分解溫度可達250-300℃之間，單一微膠囊的破裂強度可達3.0-3.5MPa。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明提供了一種高耐熱的瀝青微裂紋自修復用微膠囊製備及其方法，微膠囊璧材與插層納米蒙脫土形成的複合材料，芯材為瀝青再生劑；鈉基蒙脫土通過插層劑實現有機化插層，形成納米片層結構；製備過程中通過控制pH值，控制滴定速度及攪拌速度，可得到一種搞耐熱等級的瀝青微裂紋自修復用戶微膠囊粉末。上述微膠囊與瀝青混合，在瀝青老化過程中產生微裂紋使得微膠囊破裂，瀝青再生劑釋放對老化瀝青進行自修復，從而大大延長瀝青的使用壽命。

附圖說明

圖1為本發明所製備的微膠囊的掃描電鏡照片。

圖2為本發明所製備的為膠囊加熱至300攝氏度保持10分鐘後，仍保持穩定性能的掃描電鏡照片。

具體實施方式

為了使本技術領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，結合實施例對本發明作出進一步的說明。

實施例1：製備插層的蒙脫土：把鈉基蒙脫土加入去離子水中，其質量比例為2：100，高速攪拌形成懸濁液，加入插層劑十六烷基三甲基溴化銨，插層劑與蒙脫土的質量比為1：10，使蒙脫土沉澱析出轉變為插層後的蒙脫土，經過固液分離、洗滌後，真空乾燥備用。

實施例2：

把鈉基蒙脫土加入去離子水中，其質量比例為5：100，高速攪拌形成懸濁液，加入插層劑十二烷基氯化銨，插層劑與蒙脫土的質量比為1：15，使蒙脫土沉澱析出轉變為插層後的蒙脫土，經過固液分離、洗滌後，真空乾燥備用。

實施例3：

把鈉基蒙脫土加入去離子水中，其質量比例為10：100，高速攪拌形成懸濁液，加入插層劑十六烷基三甲基溴化銨，插層劑與蒙脫土的質量比為1：20，使蒙脫土沉澱析出轉變為插層後的蒙脫土，經過固液分離、洗滌後，真空乾燥備用。

實施例4：

1)將實施例1得到的蒙脫土、聚合度100-500的甲基化蜜胺樹脂、去離子水按照1：10：90的比例在常溫下按照200轉/分鐘的速度攪拌均勻得到蒙脫土溶液；

2)將聚苯乙烯-馬來酸酐與去離子水按照質量比0.5：100比例混合，按照400轉/分鐘的速度攪拌5小時，然後加入鹼性調節劑NaOH溶液(5.0wt.％)，調節pH值為10；繼續攪拌2小時；在上述溶液中添加壬基酚聚氧乙烯醚0.01份；

3)在步驟2)得到的聚苯乙烯-馬來酸酐溶液中加入瀝青再生劑，其比例為1：1，以2500轉/分鐘的速度攪拌乳化15分鐘；

4)在步驟3得到的乳化後的瀝青再生劑溶液中緩慢滴加步驟1)得到的蒙脫土溶液，乳化瀝青再生劑溶液與蒙脫土溶液的質量比例為1：3，滴加速度為0.2ml/分鐘，攪拌速度4000轉/分鐘；滴加完成三分之一質量後，以2℃/分鐘的速度緩慢升高溫度，升溫至45℃，升溫的同時緩慢滴加其餘的三分之二蒙脫土溶液；當溫度升至目標溫度後，以0.1毫升/分鐘的速度滴加有機酸乙酸溶液(10.0wt.％)調節pH值為10；同時以2℃/分鐘的速度緩慢升高溫度至80℃；

5)繼續反應1小時後，停止加熱；溫度自然將至室溫，攪拌速度保持250轉/分鐘繼續反應4-5小時，結束製備；將上述微膠囊溶液過濾、乾燥後，得到微膠囊粉末。

所製備的微膠囊的熱分解溫度可達250℃,單一微膠囊的破裂強度可達3.0MPa.

實施例5：

1)將實施例2得到的插層後的蒙脫土、壁材材料聚甲基丙烯酸甲酯樹脂、去離子水按照1：30：120的比例在常溫下按照400轉/分鐘的速度攪拌均勻得到蒙脫土溶液；

2)將聚苯乙烯-馬來酸酐與去離子水按照5：100比例混合，按照600轉/分鐘的速度攪拌5小時，然後加入鹼性調節劑，調節pH值為10-11；繼續攪拌4小時；在上述溶液中添加壬基酚聚氧乙烯醚0.01份；

3)在步驟2)得到的聚苯乙烯-馬來酸酐溶液中加入瀝青再生劑，其比例為1：3，以3500轉/分鐘的速度攪拌乳化25分鐘；

4)在步驟3得到的乳化後的瀝青再生劑溶液中緩慢滴加步驟1)得到的蒙脫土溶液，乳化瀝青再生劑溶液與蒙脫土溶液的質量比例為3：1，滴加速度為1ml/分鐘，攪拌速度600轉/分鐘；滴加完成三分之一質量後，以2℃/分鐘的速度緩慢升高溫度，升溫至55℃，升溫的同時緩慢滴加其餘的三分之二蒙脫土溶液；當溫度升至目標溫度後，以0.1毫升/分鐘的速度滴加有機酸調節pH值為10；同時以2℃/分鐘的速度緩慢升高溫度至100℃；

5)繼續反應2小時後，停止加熱；溫度自然將至室溫，攪拌速度保持350轉/分鐘繼續反應5小時，結束製備；將上述微膠囊溶液過濾、乾燥後，得到微膠囊粉末。

所製備的微膠囊的熱分解溫度可達270℃,單一微膠囊的破裂強度可達3.2MPa.

實施例6：

1)將實施例1得到的蒙脫土、聚合度100-500的甲基化蜜胺樹脂、去離子水按照1：20：100的比例在常溫下按照300轉/分鐘的速度攪拌均勻得到蒙脫土溶液；

2)將聚苯乙烯-馬來酸酐與去離子水按照2：100比例混合，按照500轉/分鐘的速度攪拌5小時，然後加入鹼性調節劑，調節pH值為10；繼續攪拌3小時；在上述溶液中添加壬基酚聚氧乙烯醚0.01份；

3)在步驟2)得到的聚苯乙烯-馬來酸酐溶液中加入瀝青再生劑，其比例為1：2，以3000轉/分鐘的速度攪拌乳化20分鐘；

4)在步驟3得到的乳化後的瀝青再生劑溶液中緩慢滴加步驟1)得到的蒙脫土溶液，乳化瀝青再生劑溶液與蒙脫土溶液的質量比例為1:1，滴加速度為0.5ml/分鐘，攪拌速度500轉/分鐘；滴加完成三分之一質量後，以2℃/分鐘的速度緩慢升高溫度，升溫至50℃，升溫的同時緩慢滴加其餘的三分之二蒙脫土溶液；當溫度升至目標溫度後，以0.1毫升/分鐘的速度滴加有機酸調節pH值為10；同時以2℃/分鐘的速度緩慢升高溫度至80℃；

5)繼續反應1.5小時後，停止加熱；溫度自然將至室溫，攪拌速度保持300轉/分鐘繼續反應4.5小時，結束製備；將上述微膠囊溶液過濾、乾燥後，得到微膠囊粉末。

所製備的微膠囊的熱分解溫度可達300℃,單一微膠囊的破裂強度可達3.5MPa.圖1為本實施例所製備的微膠囊的掃描電鏡照片。圖2為本實施例所製備的為膠囊加熱至300攝氏度保持10分鐘後，仍保持穩定性能的掃描電鏡照片。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。