聚氨酯改性沥青的性能相关研究

聚氨酯改性沥青的抗老化特性研究
王新刚;张振波
【期刊名称】《新型建筑材料》
【年(卷),期】2024(51)1
【摘要】通过旋转薄膜烘箱加热试验(RTFOT)和压力老化试验(PAV)模拟沥青中长期老化过程,结合动态剪切流变、弯曲梁流变试验和傅里叶变换红外光谱,分析聚氨酯改性沥青的基本性能、流变特性及老化机理。

结果表明:与5%SBS改性沥青相比,30%聚氨酯改性沥青老化后性能损失较小,热稳定性较好;聚氨酯改性沥青高温性能与SBS改性沥青相当;聚氨酯使得基质沥青复数模量中弹性成分显著增多,其疲劳性能与SBS改性沥青相当;聚氨酯可显著改善基质沥青的低温流变性能,聚氨酯改性沥青比SBS改性沥青具有更好的低温性能;PAV老化后聚氨酯改性沥青中的羰基、羟基和羧基化合物明显增多,聚氨酯材料PAV老化后羰基/苯环比值显著增大。

【总页数】4页(P74-77)
【作者】王新刚;张振波
【作者单位】陕西西公院工程试验检测有限公司;陕西省交通环境监测中心站有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU535
【相关文献】
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聚酯纤维改性沥青混合料试验及应用研究摘要：沥青作为道路建设的传统材料，由于其易于施工和经济性，一直是道路建设的主要选择。

然而，随着交通量的增加和车辆重量的提升，传统沥青材料面临着高温稳定性不足、低温裂缝和老化等问题。

近年来，改性沥青的研究和应用日益受到关注，尤其是聚酯纤维改性沥青。

聚酯纤维因其独特的物理和化学特性，被认为是提升沥青性能的有效材料。

本文致力于探讨聚酯纤维改性沥青混合料的性能特点及其在道路建设和维护中的实际应用，旨在为提高道路材料的性能和延长道路使用寿命提供新的解决方案。

关键词：聚酯纤维；改性沥青；混合料；试验；应用途径引言：聚酯纤维作为改性剂在改性沥青中的引入，是基于提升沥青混合料性能的需求。

制备聚酯纤维改性沥青时，选择合适的聚酯纤维和基础沥青至关重要。

聚酯纤维应具备高强度、良好的耐热性和抗化学腐蚀性，以确保改性沥青混合料的性能优化。

基础沥青的选择则依赖于其粘度、软化点和渗透度，以保证混合料的稳定性和适应性。

一、聚酯纤维改性沥青的发展历程（一）早期沥青的使用和局限性沥青作在早期道路建设中的使用历史悠久。

起初，沥青因其优异的粘合性和防水特性而被广泛应用于路面铺设。

随着现代交通条件的发展和车辆重量的增加，沥青的若干局限性逐渐显现，对其应用范围和效果构成了显著制约。

高温条件下，沥青会变软，导致路面出现车辙和流动现象，尤其是在炎热地区和高交通负荷的情况下尤为明显，而寒冷环境下，沥青会变得脆硬，容易产生裂缝，影响道路的平整性和安全性，还可能随着温度变化和车辆荷载的作用逐渐扩大，增加道路维护的难度和成本。

此外，若长期暴露在紫外线和氧化环境下，沥青会逐渐硬化和脆化，进而影响其性能和使用寿命，这一问题尤其在高交通密度和强紫外线照射的地区更为突出。

（二）聚酯纤维的初步应用聚酯纤维的发展历程始于20世纪初，标志着高分子化学领域的一项重大突破。

其研发起源于对更高效、更经济的合成纤维材料的需求，旨在替代或补充传统的天然纤维，如棉和羊毛。

道路用聚氨酯改性沥青的制备工艺研究最近，随着我国社会经济的发展和技术的进步，道路系统是社会发展所不可或缺的重要基础设施。

道路完善与发展，至关重要。

聚氨酯改性沥青作为一种抗渗漏、降低抗滑移性能的改善剂，在道路建设中得到了广泛的应用，对道路的经久耐用和安全可靠性有着重要的意义。

聚氨酯改性沥青是聚氨酯分子链接修饰普通沥青油，是一种具有良好性能的新型道路沥青。

它可以有效地提高沥青的抗渗性能，提高抗水凝胶性能，降低抗滑移性能，缩短施工周期，改善路面质量，提高耐用性，并且可以更有效地使用资源，节约能源。

制备聚氨酯改性沥青的工艺是建造优质的道路的关键一步。

聚氨酯改性沥青的制备包括原料准备，改性剂加工，聚氨酯改性沥青的加工，聚氨酯改性沥青的试验，聚氨酯改性沥青的贮存和运输等几个步骤。

首先，原料准备包括聚氨酯类原料、抗磨损添加剂、矿粉、柔性剂、沥青油和着色剂等。

其次，改性剂处理是制备聚氨酯改性沥青的关键技术。

将改性剂和沥青油混合搅拌，保持一定的温度和搅拌时间，以便聚氨酯改性沥青可以充分发挥最佳的性能。

第三，聚氨酯改性沥青加工是采用熔化沥青的方法进行的，也就是利用有机改性剂和石油沥青的相容性，使改性剂在石油沥青中充分溶解，以达到聚氨酯改性沥青的加工。

第四，聚氨酯改性沥青的试验是必不可少的要求，要对其密实度、粘结性、抗水凝胶性、抗滑移性能等进行测试，确保聚氨酯改性沥青的质量合格。

最后，聚氨酯改性沥青的贮存和运输也是一项重要的工作，要求贮存室具有良好的通风、保温、湿度控制等功能，并且要加强贮存管理，以便在必要时能及时运输，避免损坏。

以上就是聚氨酯改性沥青的制备工艺的简要介绍，它是一种新型的沥青改性剂，具有很好的耐久性、抗渗性能和抗滑移性能，可以有效改善道路质量，延长道路使用寿命。

因此，研究聚氨酯改性沥青的制备工艺具有重要的意义。

在实践中，可以对原料进行选择，改变改性剂添加量，调整搅拌温度和时间，以便进一步实现聚氨酯改性沥青制备的理想性能，为道路建设提供优质的道路系统，更好地满足社会的需求。

聚氨酯改性沥青的发展研究综述摘要：聚合物改性沥青自进入人们的视野以来，其功能性和制备工艺不断得到优化，在改善行车舒适度、延长沥青路面的使用寿命方面取得了非常显著的效果。

但当前，传统的聚合物改性沥青在生产、贮存以及性能上仍差强人意。

因此，需要寻求一种可有效弥补上述缺陷的新型沥青改性剂。

本文主要归纳了聚氨酯作为改性剂对沥青进行改性的研究进展，并分别从防水工程、路用工程和生物基与可循环再利用三个方面概述了聚氨酯改性沥青的应用，提出了聚氨酯改性沥青研究中存在的问题，同时对聚氨酯改性沥青的发展趋势进行了展望。

关键词：聚氨酯；改性沥青；聚合物；0引言为了能够有效应对上述沥青路面遇到的问题，提高沥青路面的通行质量和使用寿命。

针对道路石油沥青进行物化改性研究，以此大幅度提升沥青路面的使用性能的关键技术，即聚合物改性沥青技术，受到道路工作者的高度重视。

所谓改性沥青技术，据我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的定义：“掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、天然沥青、磨细的橡胶粉或者其他材料等外掺剂（改性剂），或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料”。

但当前，在聚合物改性沥青的研究上仍面临以下三点亟待解决的关键性技术问题：相容性、溶胀、分散性。

因此，寻求一种集高性能与高附加值于一体的高分子沥青改性剂，是解决目前所面临问题的关键[1]。

聚氨酯是一种正在蓬勃兴起的有机高分子材料，应用聚氨酯作为沥青改性剂无论是从耐久性能或是弹性恢复能力等均要强于传统的聚合物改性剂。

这主要源于聚氨酯改性剂的加入可以大幅度提高基质沥青的弹性性能，而这一性能的增加，可以对车辆负荷及环境荷载等因素下的塑性变形产生较强的抵抗能力。

这将极大地延长了沥青路面的使用寿命，并且能够有效提升道路的使用品质。

聚氨酯改性沥青的研究不仅丰富了我国改性沥青的品种，而且，在达到延长道路使用寿命效果的同时，亦能降低公路的运营维修成本，提高沥青路面的行车舒适度等。

聚氨酯材料在路面工程中的应用进展摘要聚氨酯是一种新型的路面铺装胶结材料。

为推动聚氨酯在路面工程中的应用，基于文献中的试验数据，对国内外最新研究内容进行了总结。

从聚氨酯与沥青的相容性、沥青性能试验和水对聚氨酯改性沥青性能的影响等方面探讨了聚氨酯改性沥青的性能。

从高温车辙试验、低温弯曲小梁试验和水稳定性试验等方面探讨了聚氨酯改性沥青混合料和多孔隙聚氨酯碎石混合料的路用性能，并研究了聚氨酯橡胶颗粒混合料的除冰性能、吸声减振性能。

综述分析表明:聚氨酯可降低沥青的针入度值，提高沥青的延度值和软化点。

动态剪切流变试验和弯曲蠕变劲度试验结果表明:聚氨酯可提高沥青的高温和低温性能;在聚氨酯改性沥青制备过程中加入适量的水可使沥青间氢键更加牢固，沥青的性能得到改善。

路用性能试验表明:聚氨酯改性沥青混合料的动稳定度优异，低温性能也得到了改善，但水稳定性能一般;多孔隙聚氨酯碎石混合料的高温性能、水-热性能和抗疲劳能力较好，但水稳定性和抗滑性能需要提高;随着聚氨酯掺量的增加，聚氨酯橡胶颗粒混合料的动稳定度、劈裂荷载、残留稳定度增加，飞散损失值下降;因聚氨酯和橡胶颗粒具有一定的弹性，聚氨酯橡胶颗粒混合料的除冰性能、吸声和减振性能优越。

最后，对今后研究方向给出了一些建议。

引言聚氨基甲酸酯(简称聚氨酯polyurethane，PU)是一种新型的高分子合成材料。

1937年，德国的O.Bayer等在勒沃库森的I.G.Farben实验室研发出来，现已成为世界上6大合成材料之一。

聚氨酯胶结料具有黏结力强、性能稳定、能耗低等优点，目前已应用于家具、地毯衬垫、汽车内饰件、包装材料、涂料、密封胶、胶黏剂和弹性体等领域。

且聚氨酯可常温拌和，其化学组分、分子结构和宏观性能具有极大的调控阈值[1-3]，为铺面材料一直追求的“基于性能的材料设计方法”提供了物质基础和理论空间。

再者，聚氨酯混合料作为一种以聚氨酯为胶结料的新型路面铺装材料，具有更好的耐久性、高温稳定性等路用性能，可以大幅减少养护维修频率与费用。

上海交通大学硕士学位论文聚氨酯改性及性能研究姓名：陈炜申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：王新灵;李肇强20070126聚氨酯改性及性能研究摘要聚氨酯具有优良的耐磨性能、韧性、及高抗冲性等，不仅是一类用途广泛的工程材料，而且还是涂料中重要的基材。

不过，用传统原料和方法制备的聚氨酯基材的耐热性较弱，因而限制了它在涂料中的进一步应用。

通过共聚的方式将耐热性基团及刚性基团引入到聚氨酯主链中去，是改善聚氨酯基材耐热性能及机械性能的重要方法。

本研究分别从硬段和软段两个方面对聚氨酯进行了改性。

首先合成了一种含氟芳族二醚胺，并以此为扩链（交联）剂，制备了聚氨酯改性基材，并对其结构和性能进行了讨论。

此外，将有机硅引入聚氨酯分子主链中，从软段的角度对聚氨酯基材进行了改性。

具体研究内容如下：1. 以含氟二苯醚二胺为扩链交联剂制备聚氨酯改性基材用两步法合成了一种新型含氟芳香族二醚胺BAFP，并用红外光谱、核磁共振、元素分析等方法对其结构进行了分析验证。

分别以BAFP和传统的3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷（MOCA）为扩链交联剂，采取相同的反应条件，用预聚体法制备了两种聚氨酯基材FPUU和MPUU。

热重分析的结果表明，FPUU基材的热分解稳定性高于MPUU，这应该是由于氟原子和较多芳醚环的引入，使得聚氨酯基材分子之间的内聚能变大，所以热分解稳定性较好。

由拉伸测试的结果可知FPUU基材的拉伸强度和硬度高于MPUU，但断裂伸长率相差不大。

此外由红外光谱和差示扫描量热分析的结果可知，FPUU软硬两相微区的相容性相对较大，硬段微区尺寸较小，数量较多，于是硬段能够更加均匀地分散在软段微区中。

而由此也可以推断，FPUU基材的微相混容程度比MPUU高，可能是F原子的引入使得两相间的作用力增大的缘故。

2. 有机硅改性聚氨酯基材的研究用碳羟基封端的聚二甲基硅氧烷（PDMS）和聚四氢呋喃二醇组成混合聚醚，采取本体聚合的方法，将有机硅链段引入到了聚氨酯主链中。

・15・2020 年第 35 卷 第 5 期2020.Vol.35 No.5聚氨酯工业P0LYURETHANE INDUSTRY聚氨酯改性沥青的制备及流变性能研究*张增平1彭江1*朱永彪2孙 佳1王力1吕文江3（1.长安大学教育部特殊地区公路工程重点实验室陕西西安710064）（2.中国电力建设集团 北京100089）（3.陕西省交通建设集团公司 陕西西安710075）摘要：选用聚醚型聚氨酯（PU ）预聚体并采用3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷（M0CA ）为扩链 交联剂对基质沥青进行改性。

通过傅立叶变换红外光谱（FTIR ）技术、原子力显微镜（AFM ）对PU 改性沥青的改性机理、微观构造进行分析,通过动态剪切流变（DSR ）试验对PU 改性沥青以及SBS改性沥青的流变性能进行对比分析。

结果表明，在制备过程中发生了化学反应，PU 的加入能使基质沥青中的沥青质很好地被其周围的沥青分子溶解分散，形成更加稳定的体系；相比于SBS 改性 沥青,PU 的加入可以有效提高沥青的高温性能、降低沥青对温度变化以及荷载作用频率的敏感性。

关键词：聚氨酯；聚氨酯改性沥青；改性机理；微观构造;流变性能中图分类号：TQ 323.8文献标识码：A随着我国公路交通建设事业的蓬勃发展，对沥青材料提出了越来越高的要求，不同类型的沥青改 性剂层出不穷［1］。

其中，以SBS 为代表的热塑性聚合物是目前应用效果最好，也是使用最广泛的沥青 改性剂［2-3］。

然而大量的研究表明，SBS 和沥青之 间并没有发生明显的化学反应，而是均匀地分散、吸附在沥青中，仅仅是物理意义上的共存共融,属于热力学不相容体系,在生产、热储存和使用过程中会发生聚合物离析或降解的现象，致其热储存稳定性 不高［4-5］。

聚氨酯（PU ）弹性体具有耐磨损、耐老化、强度 高、低温柔性好等优点［6-7］。

同时,PU 预聚体和沥 青在高温及加入扩链交联剂的条件下会发生固化反 应，形成交联网状结构，成为一种均匀稳定的全新聚 合物改性沥青［8］。