本發(fā)明涉及一種新型高性能水性環(huán)氧樹(shù)脂制備方法，尤其涉及一種防水粘結(jié)層用新型高性能水性環(huán)氧樹(shù)脂的制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
進(jìn)入21世紀(jì)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，道路、橋梁作為公共基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成部分，格外受到重視。國(guó)內(nèi)20世紀(jì)90年代初建設(shè)的道橋橋面鋪裝基本上不設(shè)防水層，投入使用不久后，橋面瀝青混凝土鋪裝層就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的破損、開(kāi)裂、坑槽、涌包等早期破壞現(xiàn)象，嚴(yán)重影響橋梁的使用壽命和行車(chē)的舒適性、安全性。橋梁混凝土主要的病害原因有凍融破壞、鋼筋腐蝕、堿集料反應(yīng)、混凝土碳化等。通過(guò)分析可以知道，水是造成上述破壞的最直接和最重要的原因之一。因此，從根本上切斷水的來(lái)源即做好橋面防水處理，是保證混凝土橋梁免遭破壞、延長(zhǎng)橋梁使用壽命、提高橋梁上部結(jié)構(gòu)耐久性的有效措施。
隨著道橋防水技術(shù)研究的不斷深入，我國(guó)頒布實(shí)施了道橋用防水材料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)道橋用防水材料的技術(shù)升級(jí)、更新?lián)Q代和健康發(fā)展發(fā)揮了重要作用，并為確保道橋工程質(zhì)量提供了技術(shù)支持。目前，道橋用瀝青防水涂料存在涂抹后粘腳、干燥慢、容易分層、強(qiáng)度低等問(wèn)題，所以開(kāi)發(fā)一種具有優(yōu)良防水性能的道橋用瀝青涂料就顯得格外重要。本課題研發(fā)了一種水性環(huán)氧瀝青防水涂料，可以解決上述問(wèn)題。該涂料兼具環(huán)氧樹(shù)脂和瀝青涂料的雙重優(yōu)點(diǎn)，涂膜干燥后具有力學(xué)性能好、剪切強(qiáng)度大、粘結(jié)力強(qiáng)、高低溫性能好、不發(fā)軟、不發(fā)粘等特點(diǎn)，還具有低溫柔韌性?xún)?yōu)異、不透水性強(qiáng)、抗硌破性好等優(yōu)點(diǎn)。
目前國(guó)內(nèi)道路行業(yè)針對(duì)水性環(huán)氧瀝青研究還是僅僅拿到國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)行復(fù)配改性，沒(méi)有任何報(bào)道針對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性，從分子結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)出適合我國(guó)高速公路用防水粘結(jié)層專(zhuān)用水性環(huán)氧樹(shù)脂。本專(zhuān)利基于對(duì)市面上常用水性環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行改性，使之能夠與瀝青發(fā)生作用結(jié)合到一起，從根本上解決目前水性環(huán)氧瀝青中水性環(huán)氧樹(shù)脂與瀝青相離析的難題，大幅度提升水性環(huán)氧瀝青的拉拔強(qiáng)度和抗剪切強(qiáng)度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的水性環(huán)氧瀝青存在的缺陷，而提供一種新型高性能水性環(huán)氧樹(shù)脂的制備方法及其應(yīng)用，解決水性環(huán)氧樹(shù)脂與乳化瀝青易分離，高溫拉拔強(qiáng)度低的問(wèn)題，從而更加適于實(shí)用，且具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
一種高性能水性環(huán)氧樹(shù)脂的制備方法，包括如下步驟：
(1)將氯代烷和雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂加入有機(jī)溶劑中在催化劑的催化下升溫反應(yīng)得到中間產(chǎn)物；所述氯代烷的質(zhì)量占雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量的10％～50％；所述催化劑的質(zhì)量占反應(yīng)體系總質(zhì)量的0.2％～0.5％；
(2)向降溫后的中間產(chǎn)物中加入聚乙二醇或聚乙二醇衍生物，升溫反應(yīng)即得到目標(biāo)產(chǎn)物，所述的聚乙二醇或聚乙二醇衍生物占所述雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量的80％～150％。
步驟(1)中所述升溫反應(yīng)的反應(yīng)溫度為80℃～100℃，反應(yīng)時(shí)間為3.5h～7h；步驟(2)中所述升溫反應(yīng)的反應(yīng)溫度為70℃～120℃，反應(yīng)時(shí)間為5h～12h。
步驟(1)中所述的催化劑為AlCl3、FeCl3、H2SO4、H3PO4、BF3、HF或ZnCl2。
步驟(1)中所述的氯代烷為式(I)所示結(jié)構(gòu)的化合物：
R1Cl
(I)
R1為正壬基、正辛基、正十二烷基、正十四烷基和正十六烷基中的一種。
所述的雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂為式(II)所示結(jié)構(gòu)的化合物：
步驟(2)中所述的聚乙二醇或者其衍生物為式(III)所示結(jié)構(gòu)的化合物：
R2為H、烯丙基、甲級(jí)烯丙基、甲基烯丁基或甲基烯戊基；所述的聚乙二醇是分子量為800、1000、2000或5000的聚乙二醇(即為聚乙二醇800、聚乙二醇1000、聚乙二醇2000或聚乙二醇5000)；所述的聚乙二醇衍生物優(yōu)選為甲基烯丙醇聚醚2400、甲基烯丙醇聚醚5000、甲基烯丙醇聚醚8000、烯丙醇聚醚2400、甲基烯丁醇聚醚2400或甲基烯戊醇聚醚2400。
本發(fā)明所述高性能水性環(huán)氧樹(shù)脂的制備方法中，新型高性能水性環(huán)氧樹(shù)脂的具體反應(yīng)過(guò)程如下：
式IV中的R1與式I中的R1具有相同的含義，R1為正壬基、正辛基、正十二烷基，正十四烷基，正十六烷基中的一種。式IV中的R2與式III中的R2具有相同的含義，R2為H、烯丙基、甲級(jí)烯丙基、甲基烯丁基、甲基烯戊基；聚乙二醇的分子量為800、1000、2000或5000；聚乙二醇衍生物為甲基烯丙醇聚醚2400、甲基烯丙醇聚醚5000、甲基烯丙醇聚醚8000、烯丙醇聚醚2400、甲基烯丁醇聚醚2400、甲基烯戊醇聚醚2400。式IV中的n和m分別與式II中n和式III中的m具有相同的含義。
步驟(1)中所述的有機(jī)溶劑為二甲基亞砜、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、二氧六環(huán)、乙腈、正辛烷、甲醇、乙醇、異丙醇、甲苯、甲醇、四氫呋喃、乙酸乙酯、正己烷、環(huán)己烷、氯仿、二氯甲烷和吡啶中的任意一種。優(yōu)選的，所述雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂與有機(jī)溶劑的質(zhì)量體積比(g：mL)為1:1～3。
上述的方法制備的高性能水性環(huán)氧樹(shù)脂。
一種水性環(huán)氧瀝青，將上述方法制備的高性能水性環(huán)氧樹(shù)脂添加到乳化瀝青中，所述高性能水性環(huán)氧樹(shù)脂添加量占乳化瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2％-20％(w/w)。所述乳化瀝青的固含量為40％～50％。
上述的水性環(huán)氧瀝青在防水粘結(jié)層中的應(yīng)用。所述水性環(huán)氧瀝青噴灑劑量為每平米0.2-0.6Kg。
本發(fā)明采用在雙酚A上接支直鏈型親油劑，可促使新型雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂與瀝青進(jìn)行融合，克服了普通雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂易于瀝青分離的難題，增強(qiáng)了防水粘結(jié)層的抗拉和抗剪切強(qiáng)度，延長(zhǎng)的瀝青路面的使用壽命。
借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明的新型改性水性環(huán)氧瀝青的制備方法及其應(yīng)用至少具有下列優(yōu)點(diǎn)：
解決水性環(huán)氧樹(shù)脂與乳化瀝青易分離，高溫拉拔強(qiáng)度低的問(wèn)題，從而更加適于實(shí)用，且具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。
上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如后。
具體實(shí)施方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效,對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的新型改性水性環(huán)氧瀝青的制備方法及其應(yīng)用其具體實(shí)施方式、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。
以下實(shí)施例中，雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂通過(guò)液相色譜計(jì)算。液相色譜分離產(chǎn)物的條件為：采用反向色譜柱，流動(dòng)相為甲醇/水＝80/20，紫外吸收波長(zhǎng)選擇在254nm，采用內(nèi)標(biāo)法測(cè)轉(zhuǎn)化率。
新型高性能水性環(huán)氧瀝青的性能檢測(cè)參照《水泥混凝土橋面水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層施工技術(shù)規(guī)范》(江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)，DB32/T 2285-2012)。
實(shí)施例1
將20g濟(jì)寧華凱樹(shù)脂有限公司的雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂E51，0.3g AlCl3和4g 1-氯代正壬烷加入50ml N,N-二甲基甲酰胺中，升溫到85℃，反應(yīng)4h得到環(huán)氧中間體。再將中間體降溫到室溫(25±5℃)，加入16g聚乙二醇2000，再升溫到90℃反應(yīng)7h得到目標(biāo)產(chǎn)物，通過(guò)液相色譜測(cè)得雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂的轉(zhuǎn)化率為91.2％。
水溶性環(huán)氧瀝青制備及噴灑：
取4g新型水性環(huán)氧樹(shù)脂加入到100g的50％的陰離子乳化瀝青中，通過(guò)膠體磨過(guò)磨一次，即得到水性環(huán)氧瀝青乳液。乳液的噴灑量為0.3Kg/m2。
陶氏水性環(huán)氧瀝青的制備：
取陶氏水性環(huán)氧樹(shù)脂4g，加入到100g的50％的陰離子乳化瀝青中，通過(guò)膠體磨過(guò)磨一次，即得到水性環(huán)氧瀝青乳液。乳液的噴灑量為0.3Kg/m2。測(cè)試水性環(huán)氧瀝青的技術(shù)指標(biāo)如下：
表1水性環(huán)氧瀝青技術(shù)規(guī)范
實(shí)施例2
將40g濟(jì)寧華凱樹(shù)脂有限公司的雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂E51，0.3g FeCl3和4g 1-氯代正辛烷加入50ml乙酸乙酯中，升溫到80℃，反應(yīng)3.5h得到環(huán)氧中間體。再將中間體降溫到室溫，加入40g甲基烯丙醇聚醚2400，再升溫到110℃反應(yīng)5h得到目標(biāo)產(chǎn)物，通過(guò)液相色譜測(cè)得雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂的轉(zhuǎn)化率為87.6％。
水溶性環(huán)氧瀝青制備及噴灑：
取2g新型水性環(huán)氧樹(shù)脂加入到100g的50％的陰離子乳化瀝青中，通過(guò)膠體磨過(guò)磨一次，即得到水性環(huán)氧瀝青乳液。乳液的噴灑量為0.44Kg/m2。
陶氏水性環(huán)氧瀝青的制備：
取陶氏水性環(huán)氧樹(shù)脂2g，加入到100g的50％的陰離子乳化瀝青中，通過(guò)膠體磨過(guò)磨一次，即得到水性環(huán)氧瀝青乳液。乳液的噴灑量為0.44Kg/m2。測(cè)試水性環(huán)氧瀝青的技術(shù)指標(biāo)如下：
表2水性環(huán)氧瀝青技術(shù)規(guī)范
實(shí)施例3
將30g濟(jì)寧華凱樹(shù)脂有限公司的雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂E51，0.35g H2SO4和15g 1-氯代正十二烷加入50ml乙醇中，升溫到80℃，反應(yīng)7h得到環(huán)氧中間體。再將中間體降溫到室溫，加入45g甲基烯戊醇聚醚2400，再升溫到78℃反應(yīng)12h得到目標(biāo)產(chǎn)物，通過(guò)液相色譜測(cè)得雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂的轉(zhuǎn)化率為75.2％。
水溶性環(huán)氧瀝青制備及噴灑：
取5g新型水性環(huán)氧樹(shù)脂加入到100g的50％的陰離子乳化瀝青中，通過(guò)膠體磨過(guò)磨一次，即得到水性環(huán)氧瀝青乳液。乳液的噴灑量為0.42Kg/m2。
陶氏水性環(huán)氧瀝青的制備：
取陶氏水性環(huán)氧樹(shù)脂5g，加入到100g的50％的陰離子乳化瀝青中，通過(guò)膠體磨過(guò)磨一次，即得到水性環(huán)氧瀝青乳液。乳液的噴灑量為0.42Kg/m2。測(cè)試水性環(huán)氧瀝青的技術(shù)指標(biāo)如下：
表3水性環(huán)氧瀝青技術(shù)規(guī)范
實(shí)施例4
將45g濟(jì)寧華凱樹(shù)脂有限公司的雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂E51，0.34g H3PO4和18g 1-氯代正辛烷加入50ml二氧六環(huán)，升溫到100℃，反應(yīng)5h得到環(huán)氧中間體。再將中間體降溫到室溫，加入36g聚乙二醇5000，再升溫到120℃反應(yīng)6h得到目標(biāo)產(chǎn)物，通過(guò)液相色譜測(cè)得雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂的轉(zhuǎn)化率為74.2％。
水溶性環(huán)氧瀝青制備及噴灑：
取20g新型水性環(huán)氧樹(shù)脂加入到100g的40％的陰離子乳化瀝青中，通過(guò)膠體磨過(guò)磨一次，即得到水性環(huán)氧瀝青乳液。乳液的噴灑量為0.53Kg/m2。
陶氏水性環(huán)氧瀝青的制備：
取陶氏水性環(huán)氧樹(shù)脂20g，加入到100g的40％的陰離子乳化瀝青中，通過(guò)膠體磨過(guò)磨一次，即得到水性環(huán)氧瀝青乳液。乳液的噴灑量為0.53Kg/m2。測(cè)試水性環(huán)氧瀝青的技術(shù)指標(biāo)如下：
表4水性環(huán)氧瀝青技術(shù)規(guī)范
實(shí)施例5
將30g濟(jì)寧華凱樹(shù)脂有限公司的雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂E51，0.27g BF3和9.2g 1-氯代正十四烷加入50ml正辛烷，升溫到82℃，反應(yīng)6.5h得到環(huán)氧中間體。再將中間體降溫到室溫，加入36g聚乙二醇800，再升溫到75℃反應(yīng)5h得到目標(biāo)產(chǎn)物，通過(guò)液相色譜測(cè)得雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂的轉(zhuǎn)化率為72.1％。
水溶性環(huán)氧瀝青制備及噴灑：
取10g新型水性環(huán)氧樹(shù)脂加入到100g的45％的陰離子乳化瀝青中，通過(guò)膠體磨過(guò)磨一次，即得到水性環(huán)氧瀝青乳液。乳液的噴灑量為0.57Kg/m2。
陶氏水性環(huán)氧瀝青的制備：
取陶氏水性環(huán)氧樹(shù)脂10g，加入到100g的45％的陰離子乳化瀝青中，通過(guò)膠體磨過(guò)磨一次，即得到水性環(huán)氧瀝青乳液。乳液的噴灑量為0.57Kg/m2。測(cè)試水性環(huán)氧瀝青的技術(shù)指標(biāo)如下：
表5水性環(huán)氧瀝青技術(shù)規(guī)范
實(shí)施例6
將30g濟(jì)寧華凱樹(shù)脂有限公司的雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂E51，0.23g FeCl3和10.5g 1-氯代正十六烷加入50ml甲苯中，升溫到95℃，反應(yīng)5.5h得到環(huán)氧中間體。再將中間體降溫到室溫，加入33g聚乙二醇1000，再升溫到110℃反應(yīng)11h得到目標(biāo)產(chǎn)物，通過(guò)液相色譜測(cè)得雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂的轉(zhuǎn)化率為75.8％。
水溶性環(huán)氧瀝青制備及噴灑：
取5g新型水性環(huán)氧樹(shù)脂加入到100g的50％的陰離子乳化瀝青中，通過(guò)膠體磨過(guò)磨一次，即得到水性環(huán)氧瀝青乳液。乳液的噴灑量為0.46Kg/m2。
陶氏水性環(huán)氧瀝青的制備：
取陶氏水性環(huán)氧樹(shù)脂5g，加入到100g的50％的陰離子乳化瀝青中，通過(guò)膠體磨過(guò)磨一次，即得到水性環(huán)氧瀝青乳液。乳液的噴灑量為0.46Kg/m2。測(cè)試水性環(huán)氧瀝青的技術(shù)指標(biāo)如下：
表6水性環(huán)氧瀝青技術(shù)規(guī)范
實(shí)施例7
將30g濟(jì)寧華凱樹(shù)脂有限公司的雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂E51，0.29g FeCl3和6g 1-氯代正辛烷加入50ml二氯甲烷中，升溫到87℃，反應(yīng)6h得到環(huán)氧中間體。再將中間體降溫到室溫，加入42g甲基烯丁醇聚醚2400，再升溫到108℃反應(yīng)10h得到目標(biāo)產(chǎn)物，通過(guò)液相色譜測(cè)得雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂的轉(zhuǎn)化率為97.2％。
水溶性環(huán)氧瀝青制備及噴灑：
取7g新型水性環(huán)氧樹(shù)脂加入到100g的50％的陰離子乳化瀝青中，通過(guò)膠體磨過(guò)磨一次，即得到水性環(huán)氧瀝青乳液。乳液的噴灑量為0.44Kg/m2。
陶氏水性環(huán)氧瀝青的制備：
取陶氏水性環(huán)氧樹(shù)脂7g，加入到100g的50％的陰離子乳化瀝青中，通過(guò)膠體磨過(guò)磨一次，即得到水性環(huán)氧瀝青乳液。乳液的噴灑量為0.44Kg/m2。測(cè)試水性環(huán)氧瀝青的技術(shù)指標(biāo)如下：
表7水性環(huán)氧瀝青技術(shù)規(guī)范
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明,任何熟悉本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi),當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例,但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。