緩釋微膠囊在提高瀝青抗老化性能中的應(yīng)用的制作方法

本發(fā)明屬于道路材料領(lǐng)域，涉及抗老化瀝青材料，具體涉及一種緩釋微膠囊在提高瀝青抗老化性能中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

由于自然和交通環(huán)境等因素，瀝青和瀝青混合料會發(fā)生老化，其物理力學(xué)性能會逐漸降低以致無法滿足交通運輸?shù)囊螅瑸r青組分中輕質(zhì)組分的揮發(fā)是瀝青老化的主要原因，主要表現(xiàn)在瀝青主要組分中瀝青質(zhì)的增加、芳香芬的減少。瀝青中的輕質(zhì)油分不斷揮發(fā)，同時由于瀝青混合料中集料和瀝青接觸后集料易吸收輕質(zhì)組分，導(dǎo)致其原有的組分發(fā)生變化，從而使瀝青變硬、變脆，粘結(jié)力也會降低。

微膠囊技術(shù)中囊芯的釋放主要有兩種，一種是囊壁破裂一次釋放；另一種是囊芯通過囊壁的滲透或囊壁上的微孔結(jié)構(gòu)進行緩慢釋放?，F(xiàn)有技術(shù)采用微膠囊技術(shù)將再生劑包覆添加到瀝青中，當瀝青中產(chǎn)生的微裂縫擴展至微膠囊處時造成微膠囊囊壁破裂，流出的再生劑改善瀝青的性質(zhì)。此項技術(shù)制備的微膠囊只有等到瀝青裂縫擴展才能使微膠囊破裂，此時瀝青材料的性能已經(jīng)老化較為嚴重，并且囊壁破裂后再生劑流出發(fā)生在較短的時間，修復(fù)的效果是有限的。

微膠囊的緩釋技術(shù)具有能夠延長囊芯的釋放時間、提高其作用時間、防止囊芯降解等優(yōu)點，吸引了廣泛的關(guān)注，在食品、香料、化妝品、農(nóng)藥、醫(yī)藥生物等領(lǐng)域有一些應(yīng)用。文獻Yang,C.Y,Tsay,S.Y.,Tsiang,R.C.C.,An enhanced process for encapsulating aspirin in ethylcellulose microcapsules by solvent evaporation in an O/W emulsion.J.Microencap.2000,17,269–277.在微膠囊制備技術(shù)中添加造孔劑制備出多孔結(jié)構(gòu)的緩釋微膠囊，但其主要應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域來控制藥物緩慢釋放。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種緩釋微膠囊，用于提高瀝青抗老化性能，解決現(xiàn)有用于瀝青的微膠囊技術(shù)不能及時延緩瀝青老化的技術(shù)問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

緩釋微膠囊在提高瀝青抗老化性能中的應(yīng)用，緩釋微膠囊包括囊芯和囊壁，緩釋微膠囊的囊芯為芳烴油，囊壁為造孔劑與聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚砜聚合物的復(fù)合材料。

緩釋微膠囊的制備方法如下：

步驟一，將乳化劑溶解于水中得到連續(xù)相的溶液；

步驟二，將芳烴油和聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚砜聚合物溶于有機溶劑二氯甲烷中，攪拌溶解后加入造孔劑，形成的溶液為油相；

步驟三，將步驟二得到的油相加入到步驟一得到的連續(xù)相溶液中，經(jīng)過1000r/min～3500r/min高速剪切2min～15min，低速攪拌至有機溶劑揮發(fā)，得到含有緩釋微膠囊的懸濁液；

步驟四，將步驟三得到的懸濁液經(jīng)過離心分離，所得沉淀物進行洗滌后經(jīng)常溫干燥得到所述緩釋微膠囊。

所述乳化劑的質(zhì)量濃度為0.5％～2％。

所述乳化劑為聚乙烯醇、明膠、烷基酚聚氧乙烯醚和吐溫80中的一種或多種組合物。

所述芳烴油、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚砜聚合物和造孔劑的加入量按質(zhì)量比為1:0.5～2:0.0005～0.1。

所述造孔劑為乙酸乙酯、正庚烷、丙酮或三氯甲烷。

一種緩釋微膠囊，包括囊芯和囊壁，囊芯為芳烴油，囊壁為造孔劑與聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚砜聚合物的復(fù)合材料。

一種瀝青，該瀝青中添加了緩釋微膠囊，緩釋微膠囊包括囊芯和囊壁，囊芯為芳烴油，囊壁為造孔劑與聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚砜聚合物的復(fù)合材料。

所述緩釋微膠囊的添加量為瀝青質(zhì)量的0.5％～3％。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)效果：

(Ⅰ)本發(fā)明提供的緩釋微膠囊的囊壁為造孔劑與聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚砜聚合物的復(fù)合材料，囊芯為芳烴油，在與瀝青拌合時，達到觸發(fā)溫度后，在壁材表面留下微孔，微孔可以緩慢釋放出芳香芬，以補充瀝青老化過程中揮發(fā)的芳香芬組分，從而大大延緩瀝青老化的進程，對于提高瀝青路面的使用壽命具有十分重要的意義。

(Ⅱ)本發(fā)明的緩釋微膠囊釋放囊芯中的芳香芬是一個持續(xù)發(fā)生的過程，其從觸發(fā)溫度之后就開始對瀝青有延遲老化的作用，因此相比現(xiàn)有的囊壁破裂釋放再生劑技術(shù)能更及時的延緩瀝青老化。

附圖說明

圖1為瀝青樣品老化前后復(fù)數(shù)模量與溫度關(guān)系圖。

圖2為瀝青樣品老化前后相位角與溫度關(guān)系圖。

圖3為實施例1制備的緩釋微膠囊光學(xué)顯微照片。

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體內(nèi)容作進一步詳細解釋說明。

具體實施方式

緩釋微膠囊按照一定比例置于瀝青中，微膠囊高溫觸發(fā)溫度范圍為120～150攝氏度，經(jīng)過高溫觸發(fā)后，微膠囊受到高溫加熱，微膠囊壁材中的造孔劑不斷從壁材表面揮發(fā)，從而在壁材表面留下微孔，形成了微孔結(jié)構(gòu)的微膠囊。這些微孔結(jié)構(gòu)的微膠囊含有高濃度的芳香芬成分，在瀝青老化過程中瀝青組分中的芳香芬不斷減少，從而造成微膠囊體系和瀝青體系中的芳香芬濃度差，這種濃度差所導(dǎo)致的擴散通過微膠囊微孔不斷釋放出芳香芬進入瀝青體系，從而使得瀝青組分保持相對地穩(wěn)定，得到具有優(yōu)良抗老化的瀝青

從圖3中可以看出，本發(fā)明制備的緩釋微膠囊的粒徑大小在20～80微米，能清楚地顯示出囊芯和囊壁構(gòu)成的微膠囊形貌。

以下給出本發(fā)明的具體實施例，需要說明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實施例，凡在本申請技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明涉及的芳烴油是一種基礎(chǔ)化工原料，它是一種由芳香烴、烷烴、膠質(zhì)、瀝青烯等物質(zhì)構(gòu)成的一種混合物，通常以芳香烴含量作為對芳烴油的分類,本發(fā)明涉及的造孔劑是添加于混合料中的一種物質(zhì)，依靠其揮發(fā)而在最終產(chǎn)品中形成所需類型和數(shù)量的孔隙。

實施例1：

本實施例給出一種瀝青，以質(zhì)量百分數(shù)計，乳化劑質(zhì)量濃度為2％，芳烴油、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物和造孔劑的加入量按質(zhì)量比為1:1:0.01；緩釋微膠囊加入量為瀝青質(zhì)量的3％。

其中：瀝青為基質(zhì)瀝青70#。

基于本實施例的原料配方，本實施例瀝青的具體制備過程如下所述：

步驟一，稱取4g明膠溶于200ml去離子水中，得到明膠質(zhì)量濃度為2％的連續(xù)相；

步驟二，分別稱取2g芳烴油和2g聚甲基丙烯酸甲酯聚合物溶于20ml有機溶劑二氯甲烷中，攪拌使之溶解完全，并向其中加入0.02g乙酸乙酯造孔劑，形成的溶液為油相；

步驟三，將步驟二得到的油相慢慢加入到步驟一得到的連續(xù)相溶液中，經(jīng)過高速剪切乳化，高速剪切速率為3500r/min，剪切時間為2min，然后在常溫下，轉(zhuǎn)速為300r/min攪拌6h至有機溶劑完全揮發(fā)，得到含有緩釋微膠囊的懸濁液；

步驟四，將得到的懸濁液經(jīng)過離心，得到的沉淀使用蒸餾水進行洗滌，得到的沉淀常溫干燥得到緩釋微膠囊。

步驟五，將緩釋微膠囊按照瀝青重量比的3％置于瀝青中，加熱攪拌，加熱的溫度為120℃，得到內(nèi)含緩釋微膠囊的瀝青。

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》T0610-2011瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗標準制備試驗樣品，采用動態(tài)剪切流變儀(DSR)，測定瀝青的復(fù)數(shù)模量和相位角隨溫度的變化情況，測試結(jié)果如圖1和圖2所示，瀝青的短期老化試驗、針入度試驗、延度試驗及軟化點試驗測試結(jié)果如表1所示。

實施例2：

本實施例給出一種瀝青，以質(zhì)量百分數(shù)計，乳化劑質(zhì)量濃度為1％，芳烴油、聚砜聚合物和造孔劑的加入量按質(zhì)量比為1:0.5:0.0005；緩釋微膠囊加入量為瀝青質(zhì)量的1％。

本實施例中對原料的要求和瀝青的制備方法均與實施例1相同，所不同的是，采用乳化劑為聚乙烯醇，造孔劑為正庚烷，高速剪切速率為3000r/min，剪切時間為5min，高溫觸發(fā)溫度為150℃。

本實施例測試方法與實施例1相同，測試結(jié)果如圖1、圖2及表1所示。

實施例3：

本實施例給出一種瀝青，以質(zhì)量百分數(shù)計，乳化劑質(zhì)量濃度為0.5％，芳烴油、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物和造孔劑的加入量按質(zhì)量比為1:2:0.1；緩釋微膠囊加入量為瀝青質(zhì)量的0.5％。

本實施例中對原料的要求和瀝青的制備方法均與實施例1相同，所不同的是，采用乳化劑為烷基酚聚氧乙烯醚，造孔劑為丙酮，高速剪切速率為2000r/min，剪切時間為8min，高溫觸發(fā)溫度為140℃。

本實施例測試方法與實施例1相同，測試結(jié)果如圖1、圖2及表1所示。

實施例4：

本實施例給出一種瀝青，以質(zhì)量百分數(shù)計，乳化劑質(zhì)量濃度為1％，芳烴油、聚砜聚合物和造孔劑的加入量按質(zhì)量比為1:1:0.01；緩釋微膠囊加入量為瀝青質(zhì)量的3％。

本實施例中對原料的要求和瀝青的制備方法均與實施例1相同，所不同的是，采用乳化劑為吐溫80，造孔劑為三氯甲烷，高速剪切速率為1000r/min，剪切時間為15min，高溫觸發(fā)溫度為130℃。

本實施例測試方法與實施例1相同，測試結(jié)果如圖1、圖2及表1所示。

對比例1：

本對比例給出一種瀝青，為沒有添加微膠囊的未老化基質(zhì)瀝青70#。

本對比例測試方法與實施例1相同，測試結(jié)果如圖1、圖2及表1所示。

對比例2：

本對比例給出一種瀝青，為經(jīng)過瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜實驗得到的老化基質(zhì)瀝青70#。

本對比例測定瀝青的復(fù)數(shù)模量和相位角隨溫度的變化情況，測試方法與實施例1相同，測試結(jié)果如圖1和圖2所示。

效果分析：

采用動態(tài)剪切流變儀可以表征在不同溫度下瀝青的復(fù)數(shù)模量和相位角的變化，當瀝青發(fā)生老化時，瀝青的復(fù)數(shù)模量會變大，其相位角會減小。圖1及圖2表明：基質(zhì)瀝青70#在老化后，復(fù)數(shù)模量數(shù)值增大，相位角變小，出現(xiàn)明顯的老化特征；而添加不同比例的緩釋微膠囊瀝青的復(fù)數(shù)模量增加幅度變小，相位角減小的幅度也明顯變小，老化程度大大減緩。結(jié)果表明添加了緩釋微膠囊的瀝青在老化過程中，不斷釋放出瀝青老化過程中減小的揮發(fā)芳香芬成分，使得瀝青組分保持相對地穩(wěn)定，從而也極大地減緩了瀝青老化的速度。

將實施例1-4所得到的抗老化瀝青，以及對比例1基質(zhì)瀝青采用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱(RTFO)進行短期老化試驗，實驗按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中第T0610-2011條規(guī)定進行，瀝青針入度試驗按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》第T0604-2011條規(guī)定進行，瀝青延度試驗按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》第T0605-2011條規(guī)定進行，瀝青軟化點試驗按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》第T0606-2011條規(guī)定進行。

試驗結(jié)果如表1所示。

表1不同瀝青老化前后性能。

從實驗結(jié)果可以看出：基質(zhì)瀝青與摻入微膠囊的瀝青經(jīng)過短期老化試驗后，其針入度變小，軟化點變大，延度減小。與基質(zhì)瀝青老化相比，摻入微膠囊所制備的瀝青的殘留針入度有了較大的提高；軟化點變化率在逐漸減小；殘留延度變大。殘留針入度越大，軟化點變化率越小，殘留延度越大，瀝青的抗老化性能越好。實驗結(jié)果表明在瀝青中摻入本發(fā)明制備的緩釋微膠囊，大大改善了基質(zhì)瀝青的抗老化性能。