一种桐油基动态共价交联聚氨酯改性沥青及其制备方法

本发明属于沥青材料，具体涉及一种桐油基动态共价交联聚氨酯改性沥青及其制备方法。

背景技术：

1、沥青是一种黑褐色复杂混合物，由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成，沥青凭借其具有较低的成本以及良好的力学性能，目前在道路工程领域得到广泛的应用。随着社会的快速发展以及人民生活水平的提高，现代社会对道路工程提出了更高的要求，沥青的路用性能直接影响道路工程水平。

2、沥青路面在服役期间，常受到车轮的重复荷载作用以及自然条件(热、氧气、雨水)的侵蚀，容易出现车辙、坑槽和开裂等病害，严重影响道路行驶的舒适性及安全性。

3、因此，需要对沥青进行改性以提升沥青的路用性能。聚氨酯改性沥青是一种性能优良的沥青材料，根据改性沥青的物理特性，聚氨酯改性沥青中常用的为热固性聚氨酯改性沥青。在热固性聚氨酯改性沥青中，聚氨酯改性剂通过化学键交联形成网状结构，完成固化，这种固化具有不可逆性，使得热固性聚氨酯改性沥青废弃后存在难以回收的问题，造成废旧材料的堆积。

4、动态共价键是一类在一定条件下(光、热、湿度刺激等)可以发生可逆交换的化学键，将动态共价键引入聚氨酯改性沥青中能形成动态共价交联聚氨酯改性沥青，具有可再加工性。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种桐油基动态共价交联聚氨酯改性沥青及其制备方法。本发明创造性地将动态共价键结合引入沥青改性，通过沥青与聚氨酯结构的动态共价交联，实现可逆互换，本发明的桐油基动态共价交联聚氨酯改性沥青具有明显提高的路面性能。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种桐油基动态共价交联聚氨酯改性沥青，其特征在于，原料包括以下重量份的组分：沥青100份、无水桐油1～35份、异氰酸酯基封端聚氨酯预聚体1～40份和扩链剂0.1～30份。

3、上述的桐油基动态共价交联聚氨酯改性沥青，其特征在于，

4、所述沥青包括石油沥青、煤沥青、岩沥青和聚合物改性沥青中的一种或多种；

5、所述无水桐油的原料包括桐油和分子筛，所述分子筛包括3a分子筛、4a分子筛和5a分子筛中的一种或多种；

6、所述异氰酸酯基封端聚氨酯预聚体原料包括端羟基低聚物和多异氰酸酯，所述端羟基低聚物包括聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚硅氧烷多元醇和聚碳酸酯二元醇中的一种或多种，

7、多异氰酸酯包括4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,2'-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、多苯基甲烷多异氰酸酯以及六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种；

8、所述扩链剂包括马来酰亚胺、4-马来酰亚胺丁酸、n-羟基甲基马来酰亚胺、5-(2,5-二氧代-2,5-二氢-1h-吡咯-1-基)戊基)氨基甲酸叔丁酯和6-马来酰亚胺基己酸中的一种或多种。

9、此外，本发明还提供一种制备上述的桐油基动态共价交联聚氨酯改性沥青的方法，其特征在于，包括：

10、步骤一、提供无水桐油，包括：

11、步骤101、将桐油加热至70～80℃并保持，进行真空抽滤；

12、步骤102、保持抽滤后桐油温度不变，加入分子筛，搅拌，真空抽滤，得到滤液；

13、步骤103、测试所述滤液的含水率，当所述含水率＞0.05％时，重复步骤101～102，当所述含水率≤0.05％时，所述滤液即为无水桐油；

14、步骤二、提供异氰酸酯基封端聚氨酯预聚体，包括：

15、步骤201、将多异氰酸酯加热到60℃并保持，加入端羟基低聚物；

16、步骤202、在70～80℃氮气气氛中，将步骤201的体系搅拌，得到异氰酸酯基封端聚氨酯预聚体；

17、步骤三、提供桐油基动态共价交联聚氨酯改性沥青材料，包括：

18、步骤301、搅拌状态下，向熔融沥青中加入扩链剂，在140～180℃下搅拌，得到体系a；

19、步骤302、将所述异氰酸酯基封端聚氨酯预聚体在1～5min内匀速加入体系a，保持温度和剪切速率不变，继续加热剪切，得到体系b；

20、步骤303、将所述无水桐油在1～3min内匀速加入体系b，保持温度和剪切速率不变，继续加热剪切，得到体系c；

21、步骤304、冷却所述体系c，得到桐油基动态共价交联聚氨酯改性沥青材料。

22、上述的方法，其特征在于，步骤102中，所述分子筛的质量为步骤101所述桐油质量的10％。

23、上述的方法，其特征在于，步骤202中，步骤201的体系搅拌速率为100～300r/min，搅拌时间为1.5～3h。

24、上述的方法，其特征在于，步骤201中，多异氰酸酯中异氰酸酯基的摩尔量为端羟基低聚物中羟基摩尔量的2～3倍。

25、上述的方法，其特征在于，步骤301中，向熔融沥青中加入扩链剂的搅拌速率为2000～3000r/min，搅拌时间为20～60min。

26、上述的方法，其特征在于，步骤302，继续加热剪切的时间为20～30min。

27、上述的方法，其特征在于，步骤303，继续加热剪切时间为20～60min。

28、所述重量份可以为克、两、斤、公斤、吨等重量计量单位。

29、本发明与现有技术相比具有以下优点：

30、1.本发明创造性地将动态共价键结合引入沥青改性，通过沥青与聚氨酯结构的动态共价交联，实现可逆互换，本发明的桐油基动态共价交联聚氨酯改性沥青具有明显提高的路面性能。

31、2.本发明的桐油基动态共价交联聚氨酯改性沥青，相较于传统沥青，软化度和延度明显提高，针入度明显降低，具有明显优于传统沥青的路面性能，同时基于动态交联结构的可逆性，赋予沥青良好的可再加工特性。

32、3.本发明的桐油基动态共价交联聚氨酯改性沥青的制备方法，包括以无水桐油为动态交联剂，以经扩链剂官能化后的异氰酸酯基封端聚氨酯预聚体和沥青为主要原料，经三段式热剪切，得到内部具有动态共价交联的三维网状结构的桐油基动态共价交联聚氨酯改性沥青材料。

33、4.本发明的桐油基动态共价交联聚氨酯改性沥青的制备方法，包括对以经扩链剂官能化后的异氰酸酯基封端聚氨酯预聚体和沥青等原料进行三段式热剪切，可有效促进原料的均质混合，实现桐油基动态共价交联聚氨酯改性沥青的高效制备。

34、5.本发明的桐油基动态共价交联聚氨酯改性沥青的制备方法，包括在1～5min向含有熔融沥青和扩链剂的体系中加入异氰酸酯基封端聚氨酯预聚体，然后在1～3min向上述体系中加入无水桐油，可充分促进桐油基动态共价交联聚氨酯改性沥青分子结构的统一。

35、6.本发明的桐油基动态共价交联聚氨酯改性沥青的制备方法，包括先制备得到无水桐油，然后以该制备所得的无水桐油为动态交联剂，现用现配，能够有效保证无水桐油含水率保持在较低水平，避免异氰酸酯基封端聚氨酯预聚体中异氰酸酯基发生水分反应。

36、下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。