一种胶囊型低碳助剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于道路工程，具体涉及一种胶囊型低碳助剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、高粘沥青具有优良的路用性能，常用于高等级公路、生态环保路面、超薄磨耗层的建设与施工。然而高粘沥青施工时相比于普通沥青需要更高的温度，导致了更多的能耗，产生了更多难以处理的沥青烟气，有违低碳环保的发展理念。目前已有胶囊化的添加剂用于解决上述问题，但当前的胶囊仍存在所使用材料不能完全被用于目标改性以及其主要作用的材料或传统的囊芯材料占整体胶囊结构比例小的问题。专利cn202311269090.x公开了一种实现隧道沥青路面抑烟阻燃功能一体化的微胶囊、沥青混合料及制备方法，该方法在制备胶囊时使用的硅凝胶起到了凝聚氢氧化镁和蒙脱石的作用，但并没有影响胶囊的抑烟及阻燃效果。虽然，专利cn202111117300.4公开的复合温拌阻燃改性剂及其制备方法、改性胶囊及其应用中，提及了作为囊壁的低密度聚乙烯材料可以改善路用性能，但并未说明对温拌阻燃这一主体目标的影响。另一方面，一些胶囊材料在合成的过程中为了有足够的结构强度保护囊芯材料，不得不增加囊壁的厚度进而使囊芯材料所占比例减小。

2、目前研究者们通过添加温拌剂来降低高粘沥青的拌合温度，但这种方式会造成路用性能的下降，因此一些研究者尝试改性剂与温拌剂的复合来提升整体路用性能，但由于各类改性剂之间存在一定程度上的影响，导致改性效果不能达到最佳。因此需要探索一些具不发生负面反应的复合改性剂，使改性效果达到效率最大化。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种胶囊型低碳助剂及其制备方法和应用。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、本发明技术方案之一：提供一种胶囊型低碳助剂的制备方法，包括以下步骤：

4、将甲基苯乙烯类嵌段共聚物(smc)与钼酸盐混合均匀后得到液态复合抑烟剂；将所述液态复合抑烟剂渗入多孔二氧化硅孔隙中，得到嚢芯材料；

5、以多元醇与多元异氰酸酯为原料，二月桂酸二丁基锡为催化剂，二硫代二丙酸作为扩链剂，甲乙酮肟作为封闭剂，在惰性气氛下反应得到封闭型聚氨酯预聚物溶液，即为囊壁材料；

6、利用囊壁材料包裹嚢芯材料，并使囊壁材料固化，得到封装胶囊，所述封装胶囊中固化后的囊壁材料占封装胶囊体积的80～90％；

7、最后利用胶囊稳定剂包覆封装胶囊，制得胶囊型低碳助剂；

8、所述胶囊稳定剂的成分包括抗氧剂四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸和稳定剂双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯。

9、优选地，所述钼酸盐为cumoo4和/或znmoo4；所述甲基苯乙烯类嵌段共聚物与所述钼酸盐的重量比为24～30:1～3。

10、优选地，所述多孔二氧化硅为过30目筛的多孔二氧化硅，且孔隙率不低于85vol.％。

11、优选地，所述多元醇为聚己二酸乙二醇酯二醇(pea)、聚丙二醇(ppg)和聚四氢呋喃二醇(ptmg)中的一种或多种；所述多元异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)和/或1,4-甲苯二异氰酸酯(tdi)。

12、更优选地，所述多元醇、多元异氰酸酯、催化剂、扩链剂和封闭剂的摩尔比为10:40:1:10:10。

13、优选地，所述包覆胶囊稳定剂的步骤为：利用胶囊稳定剂溶液涂覆于囊壁外，干燥后即完成包覆。

14、更优选地，所述胶囊稳定剂溶液的制备步骤为：将抗氧剂四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸与丙酮按等摩尔比混合得到溶液a，将稳定剂双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯与无水乙醇按等摩尔比混合得到溶液b，将溶液a和溶液b按等体积混合，得到胶囊稳定剂溶液。

15、本发明技术方案之二：提供一种根据上述胶囊型低碳助剂的制备方法制得的胶囊型低碳助剂。

16、本发明技术方案之三：提供一种上述胶囊型低碳助剂在沥青改性剂中的应用。

17、本发明制备的胶囊型低碳助剂中各原料组分的作用原理：

18、(1)囊壁材料中封闭型聚氨酯预聚物在施工容留阶段由于所选封闭剂甲乙酮肟在120℃～135℃条件下解封闭，释放出异氰酸酯基(-nco)与沥青中的轻质组分发生反应产生co2气体，使沥青体积膨胀，加速了沥青胶团的分离。另一方面封闭型聚氨酯预聚物在50℃及以上条件下为液态，二者共同作用，降低了高粘沥青的拌合温度。随着拌合时间的延长，产生的气体减少，高粘沥青中的气体在高温作用下逐渐溢出，封闭型聚氨酯预聚物与沥青中的轻质组分反应后分子质量增大以及形成的交联网络，使得低温下的高粘沥青粘度增加，结构增强，具有良好的缓粘效果。

19、(2)本发明嚢芯材料选择的多孔二氧化硅比表面积大，在范德华力的作用下形成有数个吸附质分子的厚度(多分子)或单分子的吸附层，抑烟效果良好。所选择的特殊抗氧剂能够有效地捕捉密封材料在受热过程中产生的自由基，从而中断链式反应，表现出卓越的热氧老化防护性能。此外，在紫外光的照射和氧气的存在下，本发明选择的稳定剂中的受阻胺能够优先与氧气发生反应，形成氮氧自由基，这些形成的氮氧自由基捕捉密封材料受热自由基。所用液态抑烟剂为smc和钼酸盐的混合物，其中钼酸盐在沥青燃烧过程中，能够通过lewis酸机理促进炭层的生成，从而减少烟的产生。这一抑烟过程主要发生在固相中。具体来说，钼化合物能够催化沥青中的某些组分，具体来说，可形成反式多烯碳链。反式多烯因其特殊的结构特性，不易转化为苯和其他芳香族化合物，从而减少了这类化合物——烟的主要成分的生成。此外，反式多烯能够参与friedel～crafts烷基化反应，实现交联作用，进而促进炭化过程，形成物理屏障减烟雾。

20、(3)smc加入沥青混合料中时，会发生电离反应，生成含酰胺基的季铵阳离子和氯离子。酰胺基作为一种强亲水的官能团，能与极性的水分子牢固地缔合，在沥青分子表面形成一层致密的水膜。同时，芳香烃和烷烃等亲油基团会与沥青分子吸附在一起，这不仅提高了其分散体系的稳定性，减小了沥青分子自由能，降低了表面张力，还减少了黏度和施工温度。

21、本发明的有益技术效果如下：

22、本发明提供的胶囊型低碳助剂考虑到一些胶囊的材料不能全部被用于主体改性，以及传统的囊壁需要具有足够结构强度保护主要成分而造成主要成分相对含量的减少的问题；创新性地采用封装胶囊的技术将主要成分作为外层结构，次要成分作为内层结构从而使胶囊的使用效率达到100％，主要成分占胶囊结构的80％以上。将胶囊型低碳助剂设计为封装胶囊的形式，可极大的提高施工效率及沥青改性效果，扩展其应用领域和施工场景，有助于实现降低能源消耗及沥青烟气排放的目标。

23、本发明所述胶囊型低碳助剂的胶囊结构，囊壁材料采用封闭型聚氨酯预聚物，在低温时可以形成交联结构，保证了改性后高粘沥青的路用性能。囊芯材料采用多孔二氧化硅吸附以smc和钼酸盐为主要成分的抑烟剂，在保证抑烟效果的同时，smc不与钼酸盐以及封闭型聚氨酯发生负面反应，多孔二氧化硅更不与上述材料发生反应，由于封闭型聚氨酯预聚物具有降低拌合温度的作用，温度降低的同时也间接抑制了一部分烟气的生成，多孔二氧化硅具备吸附作用，钼酸盐催化的反式多烯碳链进一步促进炭化过程直接减少烟气的生成，同时smc的电离反应形成的水膜也有降低拌合温度的作用，本发明的囊芯材料与囊壁材料共同使用进一步优化了缓粘抑烟的低碳效果。