一种温度可逆热变色沥青基复合涂料及其制备方法

1.本发明是一种温度可逆热变色沥青基复合涂料及其制备方法，属于沥青路面复合涂层技术领域。


背景技术：

2.沥青路面由于其养护容易、工期短、表面平整、可再生利用等优点而被广泛使用。但是也存在一些弊端，一方面，由于沥青路面的黑色外观，夏季高温时容易吸收大量太阳辐射，造成路表温度升高，引发一系列车辙、老化、疲劳破坏、拥包等高温病害；另一方面，冬季低温时，沥青路面散热快，容易造成路面开裂、结冰等一系列病害，进而影响路面行车安全性，十分容易诱发交通事故。
3.此外，城市中的黑色沥青路面相比于郊区土壤，比热容更小，容易吸收更多的太阳辐射产生热量，接着将产生的热量释放到路表周围时，使得城市下垫层温度不平衡，加剧城市热岛效应。因此，若能降低城市路面对太阳辐射吸热率，提高反射率，也能够有效缓解城市热岛效应。
4.针对以上情况，目前已有学者提出凉爽路面，以期对沥青路面温度场进行调控，凉爽路面主要有三种形式：透水路面、改变热存储路面和热反射涂层法。其中，透水路面由透水面层、基层、垫层组成，可以在高温季节迅速排出自身吸收的太阳辐射，但是正由于透水路面的特殊结构，使得温度极易流失，加剧冬季路面结冰状况；改变热存储路面是将相变材料掺入沥青路面材料中，利用相变材料的热能存储特性，对沥青路面温度场进行调节，但是容易在夜晚形成热量逆流，夜间路面温度升高；热反射涂层法是将具有反射红外光能力的材料做成涂料，涂刷在沥青路表，这种方式虽然降低了夏季高温时路面温度，但是在冬季更容易造成沥青路面冻胀。
5.可逆热变色材料在一定温度范围内，加热到某一温度或温度区间时，颜色将会由深色系转变为浅色系，提高对太阳辐射的反射率；恢复初温时，颜色也随之复原，由浅色系转变为深色系，增加红外吸收，可逆热变色材料是一种具有颜色记忆功能的智能材料。热变色材料由于其优异的温控效果，已经被广泛运用到众多领域。例如，航空领域及智能电网领域，用其制作示温材料，服装领域用其制作热变色衣物，智能建筑领域用其制作智能窗户等。
6.因此，将热变色材料运用到沥青路面中，可以很好的解决沥青路面温度场目前存在问题。目前已有学者提出制备热变色沥青混合料，然而，由于热变色沥青混合料中掺入的集料影响整体热变色沥青的颜色变化，使得热变色沥青混合料实际运用时，效果并不显著。此外，表层的热变色材料很容易被磨损掉，磨损后不易于修补，且成本较高。
7.因此，本发明提供一种温度可逆热变色沥青基复合涂料及其制备方法，将热变色材料加入到乳化沥青和弹性丙烯酸乳液制成的成膜材料中，再添加其他助剂，形成热变色沥青基复合涂料。涂刷在沥青路面上，夏季高温时，涂层颜色变浅，提高反射率，降低沥青路表温度；冬季低温时，涂层颜色变深，提高吸收率，增加沥青路表温度。解决了传统凉爽路面
存在的问题，同时，也充分发挥热变色材料的温控性能，且当沥青路面表层的热变色沥青基复合涂料磨损后，方便修补，节约了成本。


技术实现要素：

8.(1)技术问题
9.本发明目的是提供一种温度可逆热变色沥青基复合涂料及其制备方法，该方法将热变色材料加入到乳化沥青和弹性丙烯酸乳液制成的成膜材料中，再添加其他助剂，形成热变色沥青基复合涂料，涂刷在沥青路面上，从而解决目前传统凉爽路面降温效果差、只能针对某一季节沥青路面温度场起到调节作用，以及现有热变色沥青路面容易磨损、耐久性较差、难以修补、维修成本较高的问题。
10.(2)技术方案
11.为了解决目前传统的凉爽路面只能针对某一季节沥青路面温度场起到调节作用，已研究的热变色沥青路面易磨损、难修补、维修成本较高的技术难题。本发明从沥青涂料入手，提供一种温度可逆热变色沥青基复合涂料及其制备方法，让其主动的对沥青路面温度场进行调控，从而解决传统凉爽路面的问题，且实际运用时，便于修补。本发明技术方案如下：首先，将乳化沥青与弹性丙烯酸乳液混合，得到热变色沥青基复合涂料的成膜材料，使用单一变量法，测试不同成膜材料配比的漆膜力学性能及防水能力，选定最佳成膜物质配比；其次，加入功能性填料、热变色材料及防滑材料，通过路面调温性能测试装置，测试所制备涂料的调温效果，据此设计合适配比；最后，评价热变色沥青基复合涂料的调温性能，进一步优化涂料的制备方案，从而更好的调控沥青路面温度场，减少沥青路面的高温病害以及低温病害，进而提高沥青路面的耐久性。
12.(3)有益效果
13.随着我国道路交通规模发展，建设了越来越多的沥青路面，并且对沥青路面的要求也逐步提高。由于沥青路面的黑色外观，夏季高温时造成路表温度升高，引发一系列车辙、老化、疲劳破坏、拥包等高温病害；冬季低温时容易造成路面开裂、结冰等一系列病害，进而影响路面行车安全性，十分容易诱发交通事故，这为温度调控型沥青路面涂料提供了广阔的推广应用前景。
14.本发明提供一种温度可逆热变色沥青基复合涂料及其制备方法，将热变色材料加入到乳化沥青和弹性丙烯酸乳液制成的成膜材料中，再添加其他助剂，形成热变色沥青基复合涂料。涂刷在沥青路面上，可以弥补传统凉爽路面的不足，无论任何环境温度下，赋予沥青路面主动调节温度场的功能，冬季增加路面温度，减少结冰现象，提高沥青路面的低温抗裂性，夏季降低沥青路面的温度，提高其高温稳定性；此外，将热变色材料加到沥青中制备成涂料，当沥青路面原有的涂料被磨耗后，可以及时的补涂，十分方便，并且效果十分良好；同时，更好的调控沥青路面温度场，减少沥青路面的车辙、老化、疲劳破坏、拥包、结冰等病害，延长沥青路面寿命，提高沥青安全性能，减少交通事故的发生率，适应我国道路交通的发展趋势，具有良好的经济、社会、环境效益。
具体实施方式
15.本发明提供一种温度可逆热变色沥青基复合涂料及其制备方法，具体实施步骤如
下：
16.(1)使用电子天平将热敏红、双酚a、十四醇按一定配比称量好，先将十四醇加入500ml烧杯中，将烧杯放入水浴锅中，融化十四醇，再将热敏红加入烧杯中，并充分振荡，随后加入双酚a，温度升至90℃，采用高速磁力搅拌机搅拌1h，放在室温下冷却，制得热变色复配物；
17.(2)将50ml浓度为3％的阿拉伯胶溶液加入另一个500ml烧杯中，搅拌均匀后加入10g热变色复配物，温度升至65℃，采用高速磁力搅拌机在2000rpm下搅拌20min，再将25ml新配制的脲醛树脂预聚液缓慢滴入，控制30min滴完，在300rpm下搅拌30min，随后每隔30min调节ph值依次为4.5、3.5和3，调节完后继续在300rpm下搅拌1h，在室温下冷却，用循环水式真空泵对反应液进行抽滤，然后将产物放入真空冷冻干燥箱中干燥4h，制得热变色微胶囊；
18.(3)分别将适量的去离子水、分散剂、消泡剂、成膜助剂加入500ml烧杯中，将烧杯放至磁力搅拌器中，在600rpm下搅拌5min，随后加入弹性丙烯酸乳液，继续搅拌l 0min，得到溶液a；
19.(4)将步骤(2)制备的热变色微胶囊、中空微珠、滑石粉加入溶液a中，使用分散机，进行分散5min，制得色浆溶液b；
20.(5)把装有一定量乳化沥青的烧杯固定在剪切搅拌机上，少量多次加入色浆溶液b，利用剪切搅拌机持续剪切搅拌10min，转速为1500rpm，将弹性丙烯酸乳液完全溶于乳化沥青之中，制得成分分布均匀的热变色沥青基复合涂料；
21.(6)对制备的热变色沥青基复合涂料进行疏水性、抗老化性、紫外-可见光吸收光谱、温度调控效果测试，以及抗滑性能、粘结性、耐磨性能测试，根据测试结果确定涂料的配比，并进一步优化涂料的制备工艺，更好地调控沥青路面温度场，减少沥青路面在高温和低温季节常出现的病害。

技术特征：
1.一种温度可逆热变色沥青基复合涂料及其制备方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：(1)使用电子天平将热敏红、双酚a、十四醇按一定配比称量好，先将十四醇加入500ml烧杯中，将烧杯放入水浴锅中，融化十四醇，再将热敏红加入烧杯中，并充分振荡，随后加入双酚a，温度升至90℃，采用高速磁力搅拌机搅拌1h，放在室温下冷却，制得热变色复配物；(2)将50ml浓度为3％的阿拉伯胶溶液加入另一个500ml烧杯中，搅拌均匀后加入10g热变色复配物，温度升至65℃，采用高速磁力搅拌机在2000rpm下搅拌20min，再将25ml新配制的脲醛树脂预聚液缓慢滴入，控制30min滴完，在300rpm下搅拌30min，随后每隔30min调节ph值依次为4.5、3.5和3，调节完后继续在300rpm下搅拌1h，在室温下冷却，用循环水式真空泵对反应液进行抽滤，然后将产物放入真空冷冻干燥箱中干燥4h，制得热变色微胶囊；(3)分别将适量的去离子水、分散剂、消泡剂、成膜助剂加入500ml烧杯中，将烧杯放至磁力搅拌器中，在600rpm下搅拌5min，随后加入弹性丙烯酸乳液，继续搅拌10min，得到溶液a；(4)将步骤(2)制备的热变色微胶囊、中空微珠、滑石粉加入溶液a中，使用分散机，进行分散5min，制得色浆溶液b；(5)把装有一定量乳化沥青的烧杯固定在剪切搅拌机上，少量多次加入色浆溶液b，利用剪切搅拌机持续剪切搅拌10min，转速为1500rpm，将弹性丙烯酸乳液完全溶于乳化沥青之中，制得成分分布均匀的热变色沥青基复合涂料；(6)对制备的热变色沥青基复合涂料进行疏水性、抗老化性、紫外-可见光吸收光谱、温度调控效果测试，以及抗滑性能、粘结性、耐磨性能测试，根据测试结果确定涂料的配比，并进一步优化涂料的制备工艺，更好地调控沥青路面温度场，减少沥青路面在高温和低温季节出现的病害类型。

技术总结
本发明是一种温度可逆热变色沥青基复合涂料及其制备方法，属于沥青路面复合涂层技术领域，解决目前传统的凉爽路面只能针对某一季节沥青路面温度场起到调节作用，已研究的热变色沥青路面易磨损、难修补、维修成本较高的问题。本发明首先将制备的热变色复配物用微胶囊进行包覆，得到热变色微胶囊；将乳化沥青与弹性丙烯酸乳液进行充分混合，得到成膜物质；再将热变色微胶囊材料加入成膜物质中，加入一系列助剂，混合均匀后，得到热变色沥青基复合涂料。本发明制备的热变色沥青基复合涂料可以赋予沥青路面主动调节温度的功能，在冬季提高沥青路表温度，夏季降低沥青路表温度，在表层的热变色沥青基复合涂料磨损后，可以直接涂刷修补，施工方便。施工方便。


技术研发人员：许涛 章娟 夏文静 陶梦强
受保护的技术使用者：南京林业大学
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/7/19