乳化沥青用水性环氧树脂的制备及性能研究
返回列表来源：wubaiyi 发布日期: 2017-06-17
沥青路面因异常天气、重载超限车辆的影响，不可避免地会出现路面沉陷、裂缝、网裂和坑洞、辙槽、泛油、平整度变差等各种病害。这些病害加速了沥青路面的损坏，因此加强对沥青路面的养护和修补技术研究，具有重要意义和良好的市场前景。
乳化沥青作为公路日常养护材料，具有施工简便、节能降耗、减少污染和经济等诸多优点，在沥青路面养护和局部修补中得到广泛应用。但仍存在黏结度低、耐老化性差、温度敏感性大、强度不够等缺点，不能满足大交通量和重交通的要求。因此，通过添加不同物质对乳化沥青加以改性，改善其固有缺陷势在必行。
水性环氧树脂优异的力学性能、黏接性能、高温稳定性、耐腐蚀性，可赋予改性乳化沥青较强的黏结力、高温稳定性、优越的弹性恢复能力和较高的抗压、抗变形能力，是目前乳化沥青改性剂中研究和应用的重点。但目前市售水性环氧树脂多为离子型，对pH敏感性强，适用性差；且市售水性环氧树脂多针对工业涂料开发，对成膜性质要求高，成分复杂，因此与乳化沥青体系配伍性不好，容易导致分层及破乳。本研究针对以上问题，制备出一种与乳化沥青配伍性好的自乳化型水性环氧树脂。
试验
仪器和试剂
台式离心机(80-2B型)，真空傅里叶红外光谱仪(BrukerVertex80VFT-IR)，电子万能试验机(BGM-30AB)。E-51(上海树脂厂)，PEG(江苏海安石油化工厂)。
合成方法
利用含亲水性氧化乙烯链段的聚乙二醇(PEG)与双酚A环氧树脂E-51中的环氧基团反应，消耗一定环氧基团的同时，将聚氧化乙烯链段引人到环氧分子链上，得到含非离子亲水成分的改性环氧树脂。将改性环氧树脂与水按比例混合，机械搅拌至分散均一，制成水性环氧树脂乳液。
分析方法
水溶性及静置稳定性测定
水溶性测定：称取10g水性环氧树脂，用滴定管滴加蒸馏水，同时不断揽拌，至出现浑浊为止，并且准确记下加人水的体积数，水量越多，表明改性环氧树脂的亲水性能越好。
静置稳定性：将制得的水性环氧树脂乳液置于室温下放置，观察是否有沉淀，并记录出现沉淀的时间，以测定水性环氧树脂乳液的静置稳定性。
环氧值的测定
采用盐酸丙酮法测定改性环氧树脂的环氧值。通过测定环氧值在反应中的变化，计算环氧基的转换率。
乳液离心稳定性的测定
用80-2B型台式离心机进行乳液离心稳定性测定，将乳液倒人离心试管中，放人离心机中，在3000r/min的转速下旋转20min，观察乳液是否分层。
FTIR红外光谱分析
本试验采用布鲁克公司的真空傅里叶红外光谱仪对样品进行测试，透射扫描波长范围为4000~400cm-1。
水性环氧树脂固化物力学性能测试
参照GB/T7124—2008标准的规定制备测试样品，使用微机控制电子万能试验机测试试样拉伸剪切强度，拉伸速度为2~4mm/min。
结果与讨论
合成工艺条件优化
采用单一变量法优化了合成工艺条件，研究了反应温度、原料质量比、反应时间对乳液稳定性的影响。
反应温度
温度较低时，环氧基团活性较低，无法开环与PEG反应，亲水性基团未能引人到环氧树脂分子链中，改性环氧树脂的溶解性、稳定性差；当温度升高至100℃时，产物溶解性、稳定性好，说明二者在100℃下可发生反应，因此双酚A环氧树脂E-51与PEG最佳反应温度为100℃。
原料质量比
PEG的用量决定了改性环氧树脂的亲水性，随着PEG用量的增加，一定量的改性环氧树脂能溶解的水量增大，说明其亲水性增强，当比例达到60：40时，乳液稳定性、离心稳定性优异，继续增大PEG的用量，环氧基团消耗过大，因此双酚A环氧树脂E-51与PEG的最佳质量比为60：40。
反应时间
反应时间较短时，双酚A环氧树脂E-51与PEl反应开环率低，反应不完全，因此乳液分散性、稳定性差，当反应时间达到6h时，乳液稳定性达到最佳状态，因此最佳反应时间为6h。
综上，水性环氧树脂的最佳制备条件为：双酚A环氧树脂E-51与PEG质量比为60：40，在100℃下反应6h。
力学性能
将制备出的水性环氧树脂与自制改性多元胺固化剂组成固化体系，考察水性环氧树脂的力学性能。
随着固化剂含量的增加，拉伸剪切强度呈现先增大后减小的趋势，而断裂伸长率的变化与之相反，当固化剂占水性环氧比例为50%时，拉伸剪切强度达到最大，为9.26MPa，此时断裂伸长率最小，为10.4%。水性环氧树脂制备过程中由于环氧基团的消耗，导致其与双酚A环氧树脂E-51相比，拉伸剪切强度有一定程度的降低，但醚键等柔性基团的引入使得水性环氧树脂韧性增强，这避免了环氧树脂刚性过大而导致的易脆裂现象，有利于保证水性环氧树脂改性乳化沥青的低温性能。
结论
a)利用双酚A环氧树脂E-51与PEG反应，制备出一种自乳化非离子水性环氧树脂，并得出了最佳反应条件。
ｂ)根据红外光谱分析，制备过程中各基团的反应都是按设计理论所进行的。
c)制备的水性环氧树脂乳液具有优异的稳定性及与乳化沥青的配伍性，其固化物具有一定强度的同时，兼具韧性，这有利于保.证水性环氧树脂改性乳化沥青的低温性能。
