环氧沥青的制备与合成方法

环氧沥青的制备与合成方法
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早在20世纪60年代，欧美等国家就开始对其进行研究，其研究和应用日趋成熟。

[2]但其在国内的研发仅仅处于起步阶段，除中国林业科学院、东南大学、同济大学等部分单位有少量的研究成果外，国内的研发基本属于空白。

这主要是由于国外的技术封锁和国内对其研发重视不够所造成(涉及到环氧沥青制备的文献仅有很少量的专利和文章)，而近年来，随着我国公路事业的突飞猛进，高等级路面的设计与技术日益与国际接轨，同时对材料的要求也日益增高，环氧沥青成为一种重要的公路和桥梁用原材料，但采用的环氧沥青原材料均需进口。

其价格昂贵(大约是普通沥青的10一20倍)，且生产工艺一直保密。

[1]因此，开发适当的环氧沥青原材料对我国的公路事业的发展具有极其重要的理论和实践意义比较全面的介绍了道桥用环氧沥青的制备原理及国内外的制备方法，讨论了其不同的制备工艺的特点及其得到的产物的性能，以期对该领域的基础研究与应用开发有所裨益。

环氧沥青既不是环氧树脂，也不是沥青，而是一种通过精确组分和相态设计，经化学反应形成的多组分互穿网络三维立体结构热固性材料，兼具环氧树脂和沥青两种材料的优点，是一种具有高强度、高粘结力、高柔韧性的新型路面防水、铺装的复合材料，从而可以满足中国高速发展的交通建设对高性能改性沥青材料的要求。

同时环氧沥青还是一种与国家“节能减排”目标相适应的一种新型绿色环保材料，具体体现在以下几个方面：
节能：环氧沥青混合料的拌和温度一般在115℃左右，而传统沥青混合料的拌和温度通常在160℃~180℃。

据测算，沥青混合料生产温度下降40℃~50℃时，可以节省30%的燃油。

降耗：环氧沥青混泥土具有强度高、耐疲劳性能等优越特性，只需3~6cm 厚度就可达到铺装层对强度和耐久性的要求，而普通沥青的铺装层设计厚度通常要求不小于9cm。

这样因铺装厚度减薄，对沥青混泥土集料（石子、砂、矿粉等）材料的用量将减少约50%，对国土资源的开采保护将起到积极的作用。

温拌技术：环氧沥青的拌和温度一般在115℃左右，属于典型的温拌材料，非常适合应用于城市道路和长大隧道的铺装工程应用。

环保：环氧沥青混合料在拌和、运输、施工过程中，能显著减少沥青烟及其它挥发物对周边环境的影响，实现人与自然的和谐。

据测算，环氧沥青在实际工程应用时，CO2、烟尘和可悬浮物的排放能降低50%左右，氮氧化物（Nox）、SO2的排放能减少65%以上。

20世纪90年代Gallagher等明确提出了热固性沥青的概念后，国际上沥青改性的研发重心开始转到环氧树脂改性沥青上。

纵观目前采用的改性方法，除采用环氧树脂改性方法外，很难做到能同时提高沥青材料的黏附力、拉伸强度及断裂延伸率、且能从根本上改变普通沥青的热塑性等要求。

[2]
关于环氧沥青的制备，国内贾辉博士[3]等人利用顺酐对基质沥青进行改性，然后加入助剂和环氧树脂已经制备得到环氧沥青材料。

根据工艺条件的不同，顺酐与沥青的反应转化率通常在50％～60％，残留顺酐的存在影响了使用环境，也使得原材料不能充分利用，需要将游离顺酐转化为合适的功能聚合物以实现环氧沥青材料的绿色生产和使用。

贾辉博士他们在顺酐化改性沥青的基础上，加入适量的聚合物中和剂，进行与顺酐的转化反应，得到可以对沥青起到改性作用的酯类聚合物，然后通过调整促进剂的加入量来控制体系在环境温度下的固化速度。

而制备出来的环氧沥青进行表征，制备的环氧沥青粘结层材料，粘结性能超过了未加入脂肪族多元醇的环氧沥青材料，与水泥混凝土的拉拔强度2.0 MPa，与钢板的拉拔强度可以达到7.8 MPa，剪切强度为2.2 MPa。

制备的马歇尔试件初始稳定度为10.51kN，最终稳定度达到56.87 kN，制备的复合梁在扰动1200万次后，复合梁挠度差没有变化，复合梁没有损伤。

中国林业科学研究院林产化学工业研究所的黄坤等人[4]采用改性环氧树脂和脂肪族多元羧酸固化剂(由C22三元酸和二聚脂肪酸固化剂复配而成)及石油沥青制备了热固性环氧沥青材料。

通过对环氧树脂和固化剂的改性，制备出了一种能够直接与石油沥青共混均匀的环氧一一固化剂组分，无需对石油沥青进行改性，而且通过调整固化剂的配方，环氧沥青固化物的性能也具有可调性。

这样不仅省却了改性沥青的麻烦，而且让环氧沥青材料的使用变得更加灵活。

此外通过廉价的改性环氧一一固化剂体系使环氧沥青材料获得了更优异的性价比。

亢阳等用过量马来酸酐改性沥青，提高了沥青与环氧树脂的相容性，并大大提高了环氧沥青的强度。

黄坤等通过对环氧树脂和固化剂的改性，制备了一种能
够直接与石油沥青共混均匀的环氧-固化剂组分。

但是，这两种方法都对沥青或是环氧树脂进行了改性，操作复杂，成本较高。

武汉工程大学材料科学与工程的陈栋等人制备了一种环氧沥青增容剂，一端含有环氧基，可以参与到环氧树脂的固化反应，另一端含有双键，可以通过硫化与沥青中的双键交联，使得沥青与环氧树脂牢固结合。

[5]
美国ChemCoSystems公司的环氧沥青是由双组分组成：组分A是环氧树脂，组分B为由石油沥青和固化剂及其它助剂组成的均质混合物。

环氧沥青组分A 是由二酚基丙烷和环氧氯丙烷(表氯醇)在碱性催化剂(通常用Na0H)作用下缩聚得到的液态双酚A型环氧树脂，组分A中不含稀释剂、软化剂或增塑剂，也不含无机填料、色素和其它污染物或不溶物质。

[6]组分B是一种由石油沥青、固化剂和其它助剂组成的匀质混合物，不含不溶物质和污染物质。

环氧沥青组分A 和组分B按照一定比例混合，并且在混合的过程中对时间和温度按规定严格要求。

其中A组分混合前要预热到(87土5)℃，B组分混合前应预热到(128士5)℃。

A组分和B组分混合后即开始发生化学反应，通常A组分和B组分混合后搅拌5min即制得环氧沥青。

[7]
日本大有建设株式会社生产的环氧沥青混合料是一种三组分材料，[8]包括基质沥青、环氧树脂(主剂)和固化剂(硬化剂)。

日本环氧沥青与美国环氧沥青施工工艺的差别较大，日本环氧沥青的生产过程是先将基质沥青加热到150℃，环氧树脂和同化剂加热到60℃搅拌均匀，然后与基质沥青一起搅拌4rain后即制成环氧沥青。

环氧沥青作为一种高性能的、新型路面复合材料，因其性能优越、环保，让环氧沥青的价值功能也很好的得以体现：[9]
环氧沥青铺装层厚度减薄，路用性能高，性价比明显提高，综合造价相对明显降低；环氧沥青铺装层厚度减薄一定程度上降低了桥梁的恒载，增加了桥梁的承载力，有效延长桥梁的经济寿命；环氧沥青用于隧道路面铺装，环保、阻燃、耐腐、耐久，并可以有效增加净空；用于机场跑道、高速公路加铺照面工程，由于铺装厚度薄，路缘及排水设施等无需改动，不仅满足功能和经济的要求，还可以大大加快施工进度。

参考文献：
[1] 刘松, 邹云华, 文俊, 万进. 桥面铺装用环氧沥青制备技术的现状与展望[J]. 石油沥青, 2009(23):1-6.
[2] 黄卫, 陈志明, 亢阳, 闵召辉, 应军. 道桥用热固性环氧沥青及其制备方法[P]. 中国专利:20061039988.8 ,2006-09-27
[3] 贾辉, 陈志明, 亢阳等. 高性能环氧沥青材料的绿色制备技术[J]. 东南大学学报:自然科学版, 2008(38):496-499.
[4] 黄坤,夏建陵,王定选. 热固性环氧沥青材料/制备方法及其专用增容剂: CN, 1952012[P]. 2007-04-25.
[5] 丛培良, 余剑英等. 环氧沥青及其混合料性能的影响因素[J]. 武汉理工大学学报, 2009(31):7-10.
[6] 杨永红. 优异应用性能的环氧沥青材料制备与表征[D]. 南京: 东南大学应用化学, 2009.
[7] 蒋玲. 环氧沥青混合料应用研究现状与发展趋势[J]. 化工新型材料, 201038(9):34-36.
[8] 多田宏行. 桥面铺装的设计与施工[M]. 日本:鹿岛出版会, 1993,10-18.
[9] Thoms F. Mika Orind a Calif.Polyepoxide compositions [P] .U .S.Pat:3 ,012 ,487.。