非离子型水性环氧树脂制备及其改性乳化沥青性能研究

2018年6月石油沥青PETROLEUMASPHALT第32卷第3期

非离子型水性环氧树脂制备及其改性乳化沥青

性能研究

蔡丽却i’2，穆建音i’2，谢邦杜丄’2

(1.山西省交通科学研究院，太原030006; 2.新型道路材料国家地方联合工程实验室，太原030006)

摘要：采用亲核加成法制备了非离子型水性环氧树脂乳化剂，利用制备的乳化剂对环氧 树脂进行乳化得到尺寸均4、分布集中、稳定性好的水性环氧树脂乳液，所得乳液用于改性

乳化沥青可以提高乳化沥青混合料的抗水损害能力。

关键词：水性环氧树脂改性乳化沥青

随着经济的快速发展，我国迎来了公路建设 机遇期和公路养护高峰期。“十三五”期间，我 国公路将有42 x104km的建设任务和458 x104 km的养护任务，这对道路石油沥青的性能提出

了更高的要求。乳化沥青混合料同常规热拌沥青 混合料相比，更加节能环保和安全，但是仍存在 黏结度低、柔韧性差、强度不够等缺点，因此，改善乳化沥青的粘结力、稳定性、弹性恢复能 力、抗变形能力等性能，成为乳化沥青应用推广 亟待解决的问题:1]。而水性环氧树脂材料具有 环氧树脂热稳定性好、强度高和黏结力强、绿色 环保的特点，而且可溶于水或在水中分散，潮湿条 件下可固化，可以用作乳化沥青的改性剂。水性 环氧树脂改性乳化沥青兼顾了环氧树脂和乳化沥 青的特点，具有较强的粘结性能、优良的高温稳定 性和弹性恢复能力、较高的抗压和抗变形能力、较 好的防水性能等优点，因此可广泛应用于道路建 养领域，水性环氧树脂改性乳化沥青的研究对于 我国道路交通建设的发展具有重要的意义>5]。

采用亲核加成法制备水性环氧树脂乳化剂，利用自制乳化剂采用相反转法乳化对环氧树脂进 行乳化，得到均匀稳定的水性环氧树脂乳液，研 究了乳化剂类型和用量对不同环氧树脂乳化能力 和水性环氧树脂性能的影响，进一步研究了水性 环氧树脂改性乳化沥青混合料的抗水损害能力。1原材料和测试方法水性化技术

1.1水性环氧树脂及固化剂

采用化学改性法制备水性环氧树脂乳化剂，进而对环氧树脂进行乳化，制备而得水性环氧树 脂乳液。试验所用的环氧树脂E44和E51及 1622T型水性固化剂均为市售。

1.2乳化沥青

试验中采用的基质沥青为中海90#基质沥 青，其基本技术指标见表1。

采用阳离子乳化剂对基质沥青进行乳化，乳 化沥青各项指标均满足规范要求，具体技术指标 见表2。

表1 90#基质沥青技术指标

项目平均值

软化点/'48.5

针人度（25 ')/(10-1mm)85.2

延度/ (15 ')/(!>100

表2乳化沥青基本性能

项目性能

乳化剂计量，0 2.0

蒸发残留物含量，059

筛上剩余量，00.01

5 d稳定性，0 3.2

蒸发残留物

针人度（25 ')/(10-1mm)88

延度/ (15 ')/(!>100

软化点/'48

收稿日期：2018 -01 -26。

作者简介：蔡丽娜，女，山东潍坊人，高级工程师。主要

研究方向：新型道路材料。邮箱：linacaidut@ 。

第3期蔡丽娜等.非离子型水性环氧树脂制备及其改性乳化沥青性能研究

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1.3性能测试方法1. 3.1

水性环氧树脂乳液稳定性测试

将所制备的水性环氧树脂乳液在不同转速下 离心，根据分层情况表征其机械稳定性，具体判 断标准为：1级：1 500 r/min , 20 m in 分层；2 级：2 000 r/min , 20 min 分层；3 级：2 500 r /

min ，20 min 分层；4 级：3 000 r/min ，20 min 分层；5 级:3 500 r/min ，30 min 分层;6 级:3 500 r/min ，30min 不分层。另外将所制备的水性环氧

树脂乳液在室温下放置考察其存储稳定性。1.3.2水性环氧树脂乳液的粒径分布

采用动态光散射（DLS )表征所制备的水性 环氧树脂乳液的粒径分布。通过粒度分析来判断 乳液是否为均匀稳定乳液，乳液尺寸越小表明乳 液的稳定性越好，存储性能越好。1.3.3水性环氧树脂固化后剪切强度

水性环氧树脂固化后剪切强度按GB 7124— 2008《胶粘剂拉伸剪切强度的测定（刚性材料 对刚性材料)》进行。采用1622T 型水性脂肪胺 固化剂对所合成的水性环氧树脂进行固化。1.3.4水性环氧树脂改性乳化沥青混合料抗水 损害性能

采用湿轮磨耗试验检验成型后的水性环氧树 脂改性乳化沥青混合料的抗水损害能力。表3为

水性环氧树脂改性乳化沥青混合料的配合比。

表3

水性环氧改性乳化沥青混合料的配合比

试验材料

用i

石料（辉绿岩）/g 油石比，0

乳化沥青固含量，％乳化沥青乳化剂含量，％ 水性环氧树脂固含量，％ 水性环氧树脂乳化剂含量，0 环氧树脂与沥青比，％固化剂用量及类型自来水&

0〜3 mm 石料560，3〜5 mm 石料240

6.56518505.0

7(以溶液所含物计算）

64 (环氧样品中的水不计人其中)

环氧固化比（3.715/1.733 =2.144)

固化剂1622T

2非离子型水性环氧树脂制备及表征

试验采用亲水性聚合物聚乙二醇

(PEG 6000)作为反应物，与双酚A 环氧树脂 (E 44和E 51)进行亲核加成，在路易斯酸催化 剂的作用下环氧树脂环氧基中带有负电性的氧原 子与酸性催化剂中的H +形成过渡态的羟基 OH +，与聚乙二醇的活泼端羟基形成过渡态，

进而使得聚乙二醇加成到环氧基上，形成由聚乙 二醇为亲水基团的非离子型表面活性剂，该表面 活性剂可以作为环氧树脂的乳化剂，通过乳化得 到水性环氧树脂乳液。加成反应机理如下。

通过亲核加成所制备的水性环氧树脂乳化剂 具有很好的水溶性，说明聚乙二醇与双酚A 型E 44 和E 51环氧树脂成功进行了加成反应。通过E 44 和E 51分别与聚乙二醇进行加成反应，可得到N 2

型和N 4型水性环氧树脂乳化剂。采用相反转法 乳化法利用N 2型乳化剂对不同类型环氧树脂进 行乳化，可得到均匀稳定的乳液，对所得乳液进行 动态光散射粒径分析，所得结果如表4和图1所示。

表4 N 2型水性环氧乳化剂乳化性能测试

样品名称乳化剂含量，0

环氧树脂类型

固含量，0

分布范围/ Cm 机械稳定性

存储稳定性N 2E 116E 44650. 73-12.43级 4 d 后分层

N 2E 26E 44600. 18-1.576级稳定N 2E 35E 44500.39 〜14 516级轻微分层N 2E 45E 51500. 10 〜14 875级轻微分层N 2E 5

21

E 44

70

0. 13 -2. 84

6级

稳定