一种聚氨酯微胶囊自修复沥青混合料及其制备方法

本发明涉及道路建筑材料领域，具体涉及一种聚氨酯微胶囊自修复沥青混合料及其制备方法。

背景技术：

1、沥青路面在车辆反复荷载及环境影响作用下，不可避免的会出现多种早期病害，其中，路面裂缝是沥青路面最主要的病害之一。路面的裂缝若不及时进行处治，雨水等外界有害物质会不断渗入，破坏道路内部结构，导致路面加剧破坏。现有的处治方式，如贴缝带或灌缝胶等，存在处治不及时及处治效果较差等问题。

2、为及时修复沥青路面的裂缝，研究者开发了多种沥青路面修复技术，如聚合物改性沥青自修复技术、感应加热技术和微胶囊修复技术等。marek w.urban等在《uv-initiated self-healing of oxolane–chitosan–polyurethane(oxo–chi–pur)networks.journal of materials chemistry,2012.22(31):p.16104-16113.》中公开了一种氧杂环丁烷取代基壳聚糖的聚氨酯，该材料是一种紫外光敏性自修复材料，可以在紫外光照条件下实现裂纹自愈合。其愈合机理是壳聚糖环体开环产生自由基,在损伤断裂时打开的氧杂环丁烷产生的自由基会和壳聚糖自由基连在一起，然后实现损伤的自愈合。sharareh shirzad等在《effects oflight-activated self-healing polymers on therheological behaviors of asphalt binder containing recycled asphaltshingles.2018.2672(28):p.301-310.》中公开了将5％自修复聚合物(氧杂环丁烷取代的壳聚糖-聚氨酯)加入到沥青材料中，并对其进行了流变性能及疲劳性能的测试。研究结果表明自愈聚合物的加入提高了材料的刚度，改善了车辙性能，延长疲劳寿命。专利cn117126548a公布了一种添加聚氨酯改性环氧丙烯酸酯的改性沥青，在紫外光作用下可发生反应而实现自愈合。

3、但紫外光敏性自修复材料仅能对可以接触到紫外光的路表面裂缝进行修补，对沥青路面内部产生的微裂缝修补有很大的局限性。

4、专利cn116813246a(一种基于橡胶颗粒和应变控释胶囊的自愈合沥青混凝土)公布了一种以海藻酸钙为囊壁材料，沥青再生剂为囊芯材料的自愈合微胶囊橡胶沥青，具有一定的自愈合能力。专利cn117264241a公开了一种双组分纤维素网络交联增强型沥青自愈合胶囊的制备方法，其囊壁材料为海藻酸钙与羧甲基纤维素形成的复合物，囊芯材料为为植物油、植物废油或工业再生剂。在沥青混合料出现裂纹时，微胶囊破裂释放出囊芯材料而修复裂纹。然而，现有的传统自修复微胶囊的囊芯材料多为再生剂，只能以物理填充的方式对沥青混凝土的裂缝进行修复，其修复效果有限。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种在出现裂缝时，囊芯材料与空气中的潮气发生化学反应固化，而实现沥青路面的原位靶向修复的聚氨酯微胶囊自修复沥青混合料及其制备方法。

2、为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

3、提供一种聚氨酯微胶囊自修复沥青混合料，其包括聚氨酯微胶囊、沥青、矿物质石料和填料；聚氨酯微胶囊包括以反应性多异氰酸酯作为囊芯，以及聚氨酯预聚体与扩链剂经界面聚合反应的产物为囊壁。

4、进一步的，反应性多异氰酸酯包括脂肪族或脂环族多异氰酸酯；聚氨酯预聚体为芳香族聚氨酯预聚体。

5、进一步的，反应性多异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种的组合。

6、进一步的，扩链剂为多元醇类扩链剂或多元胺类扩链剂。

7、进一步的，多元醇类扩链剂为乙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丁二醇或三羟基丙烷；

8、多元胺类扩链剂为3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷，3,5-二氨基对氯苯甲酸异丁酯，二乙基甲苯二胺或3,5-二甲硫基甲苯二胺。

9、进一步的，矿物质石料的粒径大于等于0.075mm；填料的粒径小于0.075mm。

10、还提供一种上述的聚氨酯微胶囊自修复沥青混合料的制备方法，具体包括如下步骤：

11、s1：使用反应性多异氰酸酯、聚氨酯预聚体和扩链剂制备得到聚氨酯微胶囊；聚氨酯微胶囊的制备方法为：

12、s101：将1～10质量份的表面活性物质加入到30～100质量份的去离子水中，搅拌直至分散均匀，得到混合物a；

13、s102：将1～10质量份的反应性多异氰酸酯与1～5质量份的聚氨酯预聚体加入到1～10质量份的有机溶剂中，搅拌直至分散均匀，得到混合物b；

14、s103：将混合物b缓慢加入混合物a，以300～3000转/分钟的速度混合分散均匀，将温度逐步提高至50～80℃，搅拌3～5分钟，形成水包油型的乳液c；

15、s104：将1～5质量份的扩链剂缓慢滴加到乳液c中，继续搅拌1～3小时，过滤并用去离子水冲洗3～5次，再在室温下放置直至干燥得到聚氨酯微胶囊；

16、s2：将90～100质量份的矿物质石料与3～10质量份的填料的加热到160～180℃，将3～8质量份的沥青加热到120～150℃；

17、s3：将加热好的矿物质石料与填料拌和均匀后，加入s104制得的聚氨酯微胶囊0.5～5.0质量份，搅拌均匀，加入加热好的沥青，继续拌和2～3分钟，制得聚氨酯微胶囊自愈合沥青混合料。

18、进一步的，表面活性物质为聚乙烯醇或阿拉伯胶中的一种或多种任意比例的组合。

19、进一步的，有机溶剂为氯苯、丙酮、乙酸乙酯或乙酸丁酯。

20、本发明的有益效果为：

21、本发明通过使用反应性多异氰酸酯作为囊芯，使用聚氨酯预聚体与扩链剂经界面聚合反应的产物为囊壁，制得的聚氨酯微胶囊添加至沥青料中用以制备路面，这样的路面出现裂缝时，在裂缝尖端的巨大应力作用下，聚氨酯微胶囊发生破裂，内部的反应性多异氰酸酯囊芯随着流出，并与空气中的水气发生化学反应而固化，从而能够实现沥青路面的原位靶向修复，修复效果显著优于传统微胶囊的物理修复作用。

技术特征：

1.一种聚氨酯微胶囊自修复沥青混合料，其特征在于，包括聚氨酯微胶囊、沥青、矿物质石料和填料；所述聚氨酯微胶囊包括以反应性多异氰酸酯作为囊芯，以及聚氨酯预聚体与扩链剂经界面聚合反应的产物为囊壁。

2.根据权利要求1所述的聚氨酯微胶囊自修复沥青混合料，其特征在于，所述反应性多异氰酸酯包括脂肪族或脂环族多异氰酸酯；所述聚氨酯预聚体为芳香族聚氨酯预聚体。

3.根据权利要求2所述的聚氨酯微胶囊自修复沥青混合料，其特征在于，所述反应性多异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求1所述的聚氨酯微胶囊自修复沥青混合料，其特征在于，所述扩链剂为多元醇类扩链剂或多元胺类扩链剂。

5.根据权利要求4所述的聚氨酯微胶囊自修复沥青混合料，其特征在于，所述多元醇类扩链剂为乙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丁二醇或三羟基丙烷；

6.根据权利要求1所述的聚氨酯微胶囊自修复沥青混合料，其特征在于，所述矿物质石料的粒径大于等于0.075mm；所述填料的粒径小于0.075mm。

7.一种权利要求1-6任一所述的聚氨酯微胶囊自修复沥青混合料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的聚氨酯微胶囊自修复沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述表面活性物质为聚乙烯醇或阿拉伯胶中的一种或多种任意比例的组合。

9.根据权利要求7所述的聚氨酯微胶囊自修复沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为氯苯、丙酮、乙酸乙酯或乙酸丁酯。

技术总结本发明公开了一种聚氨酯微胶囊自修复沥青混合料及其制备方法，涉及道路建筑材料领域，包括聚氨酯微胶囊、沥青、矿物质石料和填料；聚氨酯微胶囊包括以反应性多异氰酸酯作为囊芯，以及聚氨酯预聚体与扩链剂经界面聚合反应的产物为囊壁。本发明通过使用反应性多异氰酸酯作为囊芯，使用聚氨酯预聚体与扩链剂经界面聚合反应的产物为囊壁，制得的聚氨酯微胶囊添加至沥青料中用以制备路面，这样的路面出现裂缝时，在裂缝尖端的巨大应力作用下，聚氨酯微胶囊发生破裂，内部的反应性多异氰酸酯囊芯随着流出，并与空气中的水气发生化学反应而固化，从而能够实现沥青路面的原位靶向修复，修复效果显著优于传统微胶囊的物理修复作用。技术研发人员：李睿,陈媛媛,朱洪洲,唐乃膨,娄超,马欣悦受保护的技术使用者：重庆交通大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14