本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，尤其涉及一種高性能改性聚氨酯灌漿材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代道路建設(shè)中，瀝青路面以其卓越的性能廣泛應(yīng)用于我國公路及高等級道路系統(tǒng)。然而，長期承受重載交通、極端溫度變化、紫外線輻射及自然風(fēng)化等多重因素作用，瀝青路面不可避免地會出現(xiàn)各種病害，尤其是路面裂縫問題，已成為影響道路安全、舒適性和使用壽命的關(guān)鍵因素。

2、當(dāng)前市場上存在的裂縫修補(bǔ)技術(shù)各有千秋，但均存在不同程度的局限性。例如，微表處和薄層罩面技術(shù)雖然能夠覆蓋裂縫，但對于深層裂縫的修補(bǔ)效果有限；貼縫帶技術(shù)雖然施工便捷，但在極端氣候條件下易脫落或失效；而灌縫修補(bǔ)技術(shù)雖然應(yīng)用廣泛，然而，現(xiàn)有的灌縫料產(chǎn)品在性能上仍存在顯著不足。部分灌縫料在低溫環(huán)境下易變脆，導(dǎo)致修補(bǔ)后的裂縫在寒冷季節(jié)重新開裂，嚴(yán)重影響修補(bǔ)效果；特別是在寒區(qū)等極端氣候條件下，路面裂縫的修補(bǔ)難度更大。寒區(qū)溫差大，冬季長時間處于負(fù)溫狀態(tài)，對灌縫料的低溫韌性、粘附性和抗老化性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的灌縫料往往難以同時滿足這些要求，導(dǎo)致修補(bǔ)后的裂縫容易再次開裂，增加了養(yǎng)護(hù)成本和難度。

3、聚氨酯高分子材料以其優(yōu)異的物理機(jī)械性能、耐磨損性、高低溫性能以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。如非專利文獻(xiàn)《聚氨酯-環(huán)氧樹脂復(fù)合改性瀝青制備與性能優(yōu)化研究》和《基于正交試驗的聚氨酯改性瀝青制備工藝研究》公開了從聚氨酯與瀝青的復(fù)合作用進(jìn)一步研究聚氨酯改性瀝青的用途。然而，在瀝青路面裂縫修補(bǔ)領(lǐng)域，現(xiàn)有的聚氨酯灌漿材料仍存在諸多不足，如與瀝青路面的粘附性不強(qiáng)、低溫韌性不足、成本較高等問題。這些問題限制了聚氨酯灌漿材料在寒區(qū)瀝青路面裂縫修補(bǔ)中的廣泛應(yīng)用。

4、基于以上背景，本發(fā)明旨在提供一種高性能改性聚氨酯灌漿材料及其制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種高性能改性聚氨酯灌漿材料，能夠滿足寒區(qū)公路養(yǎng)護(hù)需求。

2、本發(fā)明的目的之一采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種高性能改性聚氨酯灌漿材料，按照重量份數(shù)計，包括以下組分：石油瀝青120份，多元醇30~50份，功能性添加劑35~50份，多異氰酸酯60~90份，催化劑0.1~2份，納米填料1~10份，改性劑5~15份；其中，所述功能性添加劑的結(jié)構(gòu)式為：

4、。

5、進(jìn)一步地，所述功能性添加劑的制備包括以下步驟：

6、

7、（1）取反式-4-羥基肉桂酸、1,6-己二醇、鈦酸四丁酯于惰性氛圍、150~165°c反應(yīng)12~16h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)處理制得中間體1；

8、（2）取中間體1、松香酸、一水合對甲苯磺酸于惰性氛圍、140~150°c反應(yīng)12~16，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)處理制得中間體2；

9、（3）取中間體2、甲酸、過氧化氫、強(qiáng)酸陽離子交換樹脂于60~70°c反應(yīng)6~8h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)處理制得中間體3；

10、（4）取中間體3、乙酸酐、強(qiáng)酸陽離子交換樹脂于110~120°c反應(yīng)6~8h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)處理制得所述功能性添加劑。

11、功能性添加劑的制備機(jī)理為：反式-4-羥基肉桂酸的羧基與1,6-己二醇的醇羥基進(jìn)行酯化反應(yīng)制得中間體1；中間體1的酚羥基與松香酸的羧基發(fā)生酯化反應(yīng)制得中間體2；中間體2上的雙鍵經(jīng)過氧化氫與甲酸的共同作用發(fā)生氧化成環(huán)反應(yīng)制得中間體3；中間體3與乙酸酐發(fā)生開環(huán)反應(yīng)制得功能性添加劑。

12、進(jìn)一步地，步驟（1）所述反式-4-羥基肉桂酸、1,6-己二醇、鈦酸四丁酯的摩爾用量比為1：（0.48~0.50）：（0.04~0.08）。

13、進(jìn)一步地，步驟（2）所述中間體1、松香酸、一水合對甲苯磺酸的摩爾用量比為1：（2.2~2.5）：（0.08~0.12）。

14、進(jìn)一步地，步驟（3）所述中間體2、甲酸、過氧化氫的摩爾用量比為1：（2.0~2.2）：（2.5~2.8）；所述中間體2與強(qiáng)酸陽離子交換樹脂的質(zhì)量比為10~12：1。

15、進(jìn)一步地，步驟（4）所述中間體3、乙酸酐的摩爾用量比為1：（5~6）；所述中間體3與強(qiáng)酸陽離子交換樹脂的質(zhì)量比為10~12：1。

16、進(jìn)一步地，所述多異氰酸酯為十六烷二異氰酸酯，其制備過程包括以下步驟：取十八烷二酸、三乙胺、二苯基膦疊氮化物至溶劑中，于110~125℃下反應(yīng)0.5~2h，將反應(yīng)液進(jìn)行處理，即得十六烷二異氰酸酯。

17、進(jìn)一步地，所述十八烷二酸、三乙胺、二苯基膦疊氮化物的摩爾用量比為1：（2.4~3.0）：（2.2~2.5）。

18、進(jìn)一步地，所述多元醇為聚四氫呋喃醚二醇、聚乙二醇中的一種；所述催化劑為有機(jī)錫化合物或胺類催化劑；所述納米填料為納米硅或納米鈦；所述改性劑為羧甲基纖維素鈉、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯亞胺、聚醚胺中的至少兩種。

19、更進(jìn)一步地，所述有機(jī)錫化合物為二正丁基二月桂酸錫、二正丁基二乙酸錫中放入一種；所述胺類催化劑為n，n-二甲基氨基乙氧基乙氧基乙醇，5-(n，n-二甲基)氨基-3-甲基-1-戊醇中的一種。

20、本發(fā)明的目的之二在于提供一種高性能改性聚氨酯灌漿材料的制備方法。

21、本發(fā)明的目的之二采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

22、上述高性能改性聚氨酯灌漿材料的制備方法，包括以下步驟：

23、s1：按照所述重量份數(shù)稱取各組分，然后將石油瀝青加入反應(yīng)釜中，加熱至石油瀝青融化后再加入所述多元醇、功能性添加劑、改性劑，于60~80°c攪拌1~2h，獲得均勻的混合物；

24、s2：將所述多異氰酸酯、催化劑、納米填料加入到所述混合物中，于50~80°c攪拌2~4h后固化2h，即得所述高性能改性聚氨酯灌漿材料。

25、相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：

26、本發(fā)明通過將精心設(shè)計的功能性添加劑與多異氰酸酯、石油瀝青、多元醇、催化劑、納米填料、改性劑進(jìn)行科學(xué)配比組合，制得了一種瀝青基灌漿材料；該灌漿材料具有良好的耐低溫性能，可以有效防止裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展，提高道路和橋梁的整體穩(wěn)定性和耐用性。

27、本發(fā)明提供的功能性添加劑中含有較多酯基和芳香環(huán)，酯基能夠與聚氨酯鏈段產(chǎn)生相互作用（如范德華力和氫鍵作用），這種相互作用不僅提高了添加劑、聚氨酯基體之間以及與瀝青基體的相容性，還促進(jìn)了分子間的緊密結(jié)合，有助于灌漿材料在混合和使用過程中保持均勻性和穩(wěn)定性，進(jìn)而影響灌漿材料的整體性能。功能性添加劑的柔性烷基鏈、芳香環(huán)能夠增大分子鏈自由運(yùn)動空間，削弱分子鏈間的相互作用力，使得材料在受力時能夠更容易地發(fā)生形變而不易斷裂，從而降低灌漿材料的耐熱性能（軟化點），提升流淌性能（流動值），降低灌漿材料的粘度、彈性恢復(fù)率，提高其流動性，增加材料的錐入度值。

28、此外，本發(fā)明選用的十六烷二異氰酸酯具有長鏈結(jié)構(gòu)，在低溫條件下，這種長鏈結(jié)構(gòu)能夠有效保持灌漿材料的韌性和彈性，防止因溫度下降而導(dǎo)致的性能劣化；本發(fā)明選用的改性劑中含有較多的活性官能團(tuán)，如羥基、氨基，從而增加與聚氨酯的相容性，進(jìn)而與聚氨酯協(xié)同作用有效保持灌漿材料的韌性。