聚氨酯改性沥青的性能研究

发布时间：2020-08-31 11:39

　　本研究旨在开发一种绿色环保的聚氨酯沥青改性剂。以蓖麻油,液化二苯基甲烷二异氰酸酯(液化MDI)为实验原料,丙酮为溶剂,磷酸为阻聚剂,合成了一种以-NCO封端的聚氨酯预聚物(C-PU)。通过对合成的预聚物进行红外定性分析,调节合成过程中不同参数变化,确定了聚氨酯预聚物的制备工艺,分别制备出10~40%掺量的聚氨酯预聚物改性沥青。对不同掺量的改性沥青的常规性能(25℃针入度、5℃延度、软化点、布氏粘度、TFOT,离析)、流变性能(温度扫描、频率扫描、多应力重复蠕变回复实验、疲劳实验、高温分级、弯曲梁流变实验)、分子量分布进行了分析表征。用荧光显微镜观察了改性剂的分散行为及其与基质沥青的相容性,采用红外光谱及凝胶渗透色谱分析了改性沥青的改性及老化机理。实验结果表明:聚氨酯预聚物改性剂的加入使基质沥青的高低温性能均有所提升,尤其是高温性能,改性剂起到“加劲”和“增弹”作用,改性沥青的高温等级均有所提高,且掺量越大,等级越高;改性沥青的劲度模量s均小于基质沥青,且掺量越大,劲度模量s越大,蠕变速率m越小,改性沥青低温柔性不同程度改善;温度扫描实验中,相同温度下,掺量越大,复数剪切模量G*越大,高温性能越明显;改性沥青的蠕变回复率均明显高于基质沥青,蠕变柔量均小于基质沥青,改性剂提升了沥青的抵抗变形能力及抗车辙能力;改性沥青的抗疲劳性能提升,可以在屈服应力水平下维持一段时间才发生变形破坏。常规实验以及流变实验结果一致,30%掺量是相转变掺量,当掺量小于30%时,掺量越大,性能越好,当掺量大于30%时,改性沥青的综合性能反而下降,30%为最优掺量。由于高温下极易发生一系列的交联固化、自聚及氧化反应,聚氨酯预聚物改性沥青在163℃下耐老化性能和储存稳定性较差。但荧光显微镜照片显示改性剂在沥青体系中分散均匀,无明显相界面存在,体系均一。布氏粘度随时间的变化曲线,结果表明改性沥青在120~130℃间储存稳定性良好。聚氨酯预聚物改性沥青混合料标准马歇尔稳定度能达到石油沥青标准的要求,随着聚氨酯掺量的增加,稳定度上升。聚氨酯预聚物改性沥青的改性机理包含简单的物理共混和化学改性,随着温度的变化由物理变化逐步过渡到化学变化。高温下以过量-NCO基团封端的聚氨酯预聚物改性剂能够与沥青及集料中的水分及其他活性氢物质发生反应,使改性沥青及其混合料的性能得到提高。
【学位单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TE626.86
【部分图文】：

聚氨酯材料,结构示意图,多元醇,聚氨酯

（a）SBS 热塑性弹性体（b）PU 二维热塑性或三维热固性弹性体图 1-1 聚氨酯材料结构示意图Fig1-1 The structure of PU materials聚氨酯可以形成二维热塑性结构或三维热固性结构，可以发生类似于 SBS 的两相离结构。所以，从结构上分析，聚氨酯与 SBS 存在很大程度上的相似性，基于聚氨酯前在泡沫塑料、弹性体、涂料、胶粘剂、纤维、合成皮革以及铺地材料等各个方面广的应用，聚氨酯也有望成为未来的新型沥青改性剂。传统的合成聚氨酯的原材料几乎都来自于毒性和腐蚀性较强的石油化工产品和可再生的石油资源。现今聚氨酯胶粘剂工业大多懫用的是石油基多元醇，仅有少量植油多元醇用于 PU 硬泡及涂料、胶黏剂、密封胶、弹性体等。本研究主要以绿色可再的植物油为多元醇原料，合成聚氨酯。与传统石油基多元醇相比，植物油多元醇可降非可再生资源的使用和温室气体 CO2的排放。目前，国外植物油多元醇的开发已取得一定成功，并已经将其应用于聚氨酯软泡

分子结构图,蓖麻油,分子结构,聚氨酯

AR 北AR 西陇化工AR 北CP 国AR 国AR 国AR 国AR 国—— 北AR 北SK il）与液化 MDI 是制备植物油基聚氨酯廉且可再生，能够有效降低聚氨酯生 2-1 所示。

动态剪切流变仪

中国石油大学（华东）硕士学位论文位角 δ。相位角 δ 表示不可恢复与可恢复形变的相对指标，，包含了弹性可恢复的部分和粘性不可恢复的部分。奥地利 Anton Paar 公司制造的 H-PTD120 型动态剪切流变表 2-9。青及不同掺量聚氨酯预聚物改性沥青进行相关流变性能的测：

【参考文献】