一种具有增强自愈特性的微胶囊改性沥青及制备方法

1.本发明属于沥青及其结合料技术领域，具体涉及一种具有增强自愈特性的微胶囊改性沥青及制备方法。


背景技术：

2.沥青路面在长期服役过程中，在交通荷载和环境因素的共同作用下，会逐渐老化并产生微裂缝。如果不对微裂缝加以控制，微裂缝可能会扩展、延伸，最终形成宏观裂缝，严重影响沥青路面的路用性能，减少沥青路面的服役寿命。沥青是一种粘弹性材料，具有一定的自愈能力，在适当的时间和温度下微裂缝能够逐渐闭合，但沥青的自愈性会随着沥青的老化而逐渐降低。基于此，沥青结合料的自愈性能是当前国内外的研究热点。
3.沥青再生剂的出现能够很好地解决沥青老化的问题，再生剂通过调和老化沥青的组分，使老化沥青恢复部分原有的自愈能力。目前，沥青再生剂应用到老化沥青路面中主要有两种方法：雾封层法和沥青路面材料再生技术(rap)。然而雾封层法无法修复沥青深层的微裂缝，会降低沥青路面的抗滑性能和渗透性；rap技术则由于施工过程复杂，资源消耗大且对交通影响显著。为了解决上述问题，沥青再生剂封装技术越来越受到关注：将含有沥青再生剂的微胶囊与沥青混合料拌合铺设在路面，当沥青结合料老化后，会产生微裂缝导致微胶囊破裂，破裂的微胶囊释放出再生剂，从而恢复老化沥青的自愈性能。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种具有增强自愈特性的微胶囊改性沥青及制备方法。本发明以脲醛树脂为壁材、沥青再生剂为芯材，通过原位聚合法制备了具有自愈特性的微胶囊，其制得的改性沥青能够显著改善老化沥青的常规性能和自愈特性。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
6.本发明提供了一种具有增强自愈特性的微胶囊改性沥青，其原料组成按重量份数计为：沥青90-99份、微胶囊1-10份；
7.其中，所述沥青为70#基质沥青、70#rtfot老化(短期老化)沥青、70#pva老化(长期老化)沥青中的至少一种；
8.所述微胶囊的制备方法为：
9.s1、将尿素与甲醛水溶液混合，调节反应体系ph为8-10，反应得到脲醛树脂预聚体混合液；
10.s2、将沥青再生剂与乳化剂反应得到再生沥青乳液；
11.s3、将s1所得预聚体混合液与s2所得再生沥青乳液混合，调节反应体系ph为3-4，反应后混合物加入固化剂继续反应，最终产物洗涤干燥后即得所述微胶囊。
12.进一步地，所述甲醛水溶液的质量分数为37％；尿素与甲醛的摩尔比为1:1.5；尿素 甲醛与沥青再生剂的质量比为1:1.5。
13.进一步地，s1尿素与甲醛反应的条件为：温度50-100℃，搅拌转速400-700rpm，时间0.5-1.5h。
14.进一步地，s2沥青再生剂与乳化剂反应的条件为：温度40-60℃，搅拌转速1000-1500rpm，时间0.5-1.5h。
15.进一步地，s3预聚体混合液与再生沥青乳液反应的条件为：温度40-60℃，搅拌速度600-1200rpm，时间0.5-1.5h；加入固化剂后反应条件为：温度50-70℃，搅拌速度700-1000rpm，时间1-2h。
16.进一步地，所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠；所述固化剂为间苯二酚。
17.本发明还提供了所述具有增强自愈特性的微胶囊改性沥青的制备方法，包括如下步骤：
18.1)按配方比称取沥青、微胶囊备用；
19.2)将沥青加热至150-170℃，加入微胶囊混合，以700-900rpm转速搅拌0.2-0.5h；
20.3)冷却至室温，即得所述具有增强自愈特性的微胶囊改性沥青。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
22.1、本发明采用沥青再生剂、十二烷基苯磺酸钠、尿素、甲醛等为原材料制备了沥青再生剂自修复微胶囊，微胶囊球形规整、热稳定性高、耐盐性强，能够承受与沥青拌合时的温度。
23.2、本发明制备的改性沥青，对提高老化沥青自愈性能有着显著效果，同时能改善老化沥青的常规性能。相较于传统沥青路面裂缝修复技术，本发明改性沥青对于节约资源、保护环境和实现道路的可持续发展具有重要意义。
附图说明
24.图1为本发明具有增强自愈特性的微胶囊改性沥青的制备方法工艺流程示意图。
25.图2为本发明单个微胶囊形貌图。
26.图3为本发明整体微胶囊形貌图。
27.图4为不同微胶囊掺量下未老化基质沥青(a)、短期老化沥青(b)、长期老化沥青(c)的三大指标(从左至右分别为针入度、软化点、延度)曲线。
28.图5为不同微胶囊掺量下未老化基质沥青(a)、短期老化沥青(b)、长期老化沥青(c)微裂缝的自愈特性。
29.图6为本发明微胶囊改性沥青的荧光图。
具体实施方式
30.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。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。
31.除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，并非用于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
32.实施例1
33.1、称取25g尿素和50.68g甲醛溶液(37％)于烧瓶中，滴加适量10wt％naoh调节ph至9.0。将装有混合溶液的烧瓶固定在磁力搅拌机上，70℃、650r/min条件下反应1h，得到脲醛树脂预聚体混合液(壁材混合液)。
34.2、将65.63g沥青再生剂和400g去离子水以一定质量比均匀混合，加入1.313g十二烷基苯磺酸钠粉末，在50℃、1200r/min条件下乳化反应40min，得到再生沥青乳液(芯材混合液)。
35.3、将脲醛树脂预聚体混合液缓慢倒入再生沥青乳液，滴加适量10wt％柠檬酸溶液调节ph至3.5，反应1h。
36.4、将3g间苯二酚加入步骤3所得混合液中，在60℃、900r/min条件下反应1.5h；最后将产物进行多次过滤洗涤，干燥得到沥青再生剂自修复微胶囊。
37.5、取200g未老化的基质沥青加热至160℃，加入2.02g前述制备的自修复微胶囊，800rpm搅拌0.35h，冷却至室温即得具有增强自愈特性的微胶囊。
38.图1为本发明改性沥青的制备方法工艺流程示意图。
39.实施例2-12
40.同实施例1制备其他实施例：
41.实施例2：步骤1-4保持与实施例1一致，将200g未老化的基质沥青加热到160℃，加入4.08g自修复微胶囊，800rpm搅拌0.35h，冷却至室温即得具有增强自愈特性的微胶囊。
42.实施例3：步骤1-4保持与实施例1一致，将200g未老化的基质沥青加热到160℃，加入6.19g自修复微胶囊，800rpm搅拌0.35h，冷却至室温即得具有增强自愈特性的微胶囊。
43.实施例4：步骤1-4保持与实施例1一致，将200g未老化的基质沥青加热到160℃，加入8.33g自修复微胶囊，800rpm搅拌0.35h，冷却至室温即得具有增强自愈特性的微胶囊。
44.实施例5：步骤1-4保持与实施例1一致，将200g短期老化的基质沥青加热到160℃，加入2.02g自修复微胶囊，800rpm搅拌0.35h，冷却至室温即得具有增强自愈特性的微胶囊。
45.实施例6：步骤1-4保持与实施例1一致，将200g短期老化的基质沥青加热到160℃，加入4.08g自修复微胶囊，800rpm搅拌0.35h，冷却至室温即得具有增强自愈特性的微胶囊。
46.实施例7：步骤1-4保持与实施例1一致，将200g短期老化的基质沥青加热到160℃，加入6.19g自修复微胶囊，800rpm搅拌0.35h，冷却至室温即得具有增强自愈特性的微胶囊。
47.实施例8：步骤1-4保持与实施例1一致，将200g短期老化的基质沥青加热到160℃，加入8.33g自修复微胶囊，800rpm搅拌0.35h，冷却至室温即得具有增强自愈特性的微胶囊。
48.实施例9：步骤1-4保持与实施例1一致，将200g长期老化的基质沥青加热到160℃，加入2.02g自修复微胶囊，800rpm搅拌0.35h，冷却至室温即得具有增强自愈特性的微胶囊。
49.实施例10：步骤1-4保持与实施例1一致，将200g长期老化的基质沥青加热到160℃，加入4.08g自修复微胶囊，800rpm搅拌0.35h，冷却至室温即得具有增强自愈特性的微胶囊。
50.实施例11：步骤1-4保持与实施例1一致，将200g长期老化的基质沥青加热到160℃，加入6.19g自修复微胶囊，800rpm搅拌0.35h，冷却至室温即得具有增强自愈特性的微胶囊。
51.实施例12：步骤1-4保持与实施例1一致，将200g长期老化的基质沥青加热到160
℃，加入8.33g自修复微胶囊，800rpm搅拌0.35h，冷却至室温即得具有增强自愈特性的微胶囊。
52.表1
[0053][0054][0055]
图2为本发明单个微胶囊形貌图。从图2可以看出，单个微胶囊球形规整，表面粗糙，这可以增加微胶囊与沥青的接触面积，从而增大微胶囊和沥青的粘结力，更好的与沥青混合而不出现离析现象。
[0056]
图3为本发明整体微胶囊形貌图。从图3可以看出，微胶囊整体尺寸均一，形貌良好，伴随少部分杂质，其原因可能是乳化剂含量过大或者酸化阶段过酸导致。
[0057]
图4为不同微胶囊掺量下未老化基质沥青(a)、短期老化沥青(b)、长期老化沥青(c)的三大指标曲线图(从左至右分别为针入度、软化点、延度，纵坐标从左至右同样对应针入度、软化点、延度)。从图(a)可以看出，未老化沥青的针入度和延度先减少后增大，微胶囊掺量为4wt％时，针入度大于80mm，不符合技术指标；软化点先增大后减小；微胶囊掺量为3wt％时，三大指标和未掺入微胶囊的基质沥青相接近。从图(b)可以看出，短期老化沥青常规性能相对于基质沥青有所下降；随着微胶囊掺量增加，针入度和延度先增大后减少再增大；软化点先减少后增大再减少。从图(c)可以看出，长期老化沥青常规性能相对于基质沥青大幅下降，这是由于随着沥青老化程度的加深，轻质组分大量减少，沥青质增多，导致沥青硬化。从以上现象可以看出，随着微胶囊掺量增加，能够改善老化沥青的常规性能。
[0058]
图5为不同微胶囊掺量下未老化基质沥青、短期老化沥青、长期老化沥青微裂缝的自愈特性。从图5(a)可以看出，掺入0～4wt％微胶囊的未老化沥青自愈率分别为40.4％、68.6％、59.3％、75.6％、71.2％，分别增加了0％、28.2％、18.9％、35.2％、30.8％，微胶囊掺量3wt％时自愈率达到最大值75.6％，增加了35.2％。从图5(b)可以看出，掺入0～4wt％微胶囊的短期老化沥青自愈率分别为36.9％、48.7％、69.0％、65.9％、54.2％，分别增加了0％、11.8％、32.1％、29.0％、17.3％，微胶囊掺量2wt％时自愈率达到最大值69.0％，增加
了32.1％。从图5(c)可以看出，掺入0～4wt％微胶囊的长期老化沥青自愈率分别为17.8％、9.5％、22.0％、52.7％、64.0％，分别增加了0％、-8.3％、4.2％、34.9％、46.2％，微胶囊掺量4wt％时达到最大值64.0％，增加了46.2％。从以上现象可以看出，微胶囊的掺入显著提高了老化沥青的自愈特性。
[0059]
图6为本发明具有增强自愈特性的微胶囊改性沥青的荧光图。从图6可以看出微胶囊均匀分散在沥青中，当老化的沥青出现微裂缝时，微裂缝扩展经过微胶囊，在尖端应力的作用下微胶囊会发生破裂，释放沥青再生剂。由于毛细作用再生剂会沿着微裂缝流动，向四周扩散，直至充满整个微裂缝，从而加快老化沥青自愈特性。
[0060]
以上所描述的实施例仅表达了本发明的几种优选实施例，其描述较为具体和详细，但并不用于限制本发明。应当指出，对于本领域的技术人员来说，本发明还可以有各种变化和更改，凡在本发明的构思和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。