一种具有可逆热反射功能的雾封层材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，具体的说是一种具有可逆热反射功能的雾封层材料及其制备方法。

背景技术

沥青路面因具有良好的平整度、行车舒适性和安全性等，在我国高速公路领域得到了广泛应用。因其材料组成成分以及色泽的特殊性，沥青路面材料具有较高的太阳热辐射吸收率，特别是夏季，沥青路面在太阳热辐射长时间照射下表面温度极易升高，过高的路面温度导致沥青流动性增加，在车轮荷载的作用下容易形成车辙、推移和拥包等高温病害。同样，在温度较低的冬季，沥青路面热辐射系数较高，热量损失较快，不利于冬季路面低温开裂与积雪冰冻的防治。

针对这种情况，目前的解决思路有增加路面反射率和改变路面热存储特性两种方式。第一种通过在路表增加反射涂层，提高路面对太阳光的反射率，在夏季可以有效降低路面温度，但高反射率的路面在冬季更容易形成低温病害；第二种改变路面热存储特性原理是利用三层沥青混合料试件使其面层导热系数最高、底层最低，引导热量下传，从而降低沥青面层结构的温度场，缺点是夜晚会造成热量反向传递，且热量传递效果差强人意。

发明内容

本发明针对目前技术发展的需求和不足之处，提供一种具有可逆热反射功能的雾封层材料及其制备方法，通过采用掺钨二氧化钒纳米粉体作为可逆热反射材料的功能成分，并与湿固化聚氨酯材料混合制备，实现了雾封层材料的热反射光学特性以及封层与沥青混合料良好的黏附特性，有效缓解夏季沥青路面高温病害车辙以及冬季路面低温病害问题。

第一方面，本发明提供一种具有可逆热反射功能的雾封层材料，解决上述技术问题采用的技术方案如下：

一种具有可逆热反射功能的雾封层材料，其组分及重量份为：湿固化聚氨酯材料60～77份，润湿分散剂0.04～0.12份，热反射粉体0.4～1.2份，醇溶剂12～24份，其中，热反射粉体为M相掺钨1.5％的VO

湿固化聚氨酯材料为一种单组份聚氨酯材料，由以下成分组成：脂肪族二异氰酸酯单体15～18份，聚醚多元醇38～42份，增塑剂5～34份，催化剂0.04～0.08份，匀泡剂1～1.5份，扩链剂7～12份，交联剂2～6份。

可选的，脂肪族二异氰酸酯单体为六甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯其中一种或多种的组合物；

聚醚多元醇为聚四氢呋喃二醇、聚环氧丙烷醚二元醇和聚氧化丙烯二醇其中一种或多种的组合物；

增塑剂选用环氧四氢邻苯二甲酸二辛酯；

催化剂选用二月桂酸二丁基锡、异辛酸锡或异辛酸铋；

匀泡剂选用有机硅活性剂；

扩链剂选用乙二醇、2-甲基-1,3丙二醇或1,4-丁二醇；

交联剂选用三羟基甲基丁烷、丙烯酸羟丙酯或n-羟甲基丙烯酰胺。

可选的，润湿分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。

可选的，醇溶剂为按照1:1比例混合的苯甲醇-异丁醇溶液。

第二方面，本发明提供一种具有可逆热反射功能的雾封层材料制备方法，解决上述技术问题采用的技术方案如下：

一种具有可逆热反射功能的雾封层材料制备方法，雾封层材料的组分及重量份为：湿固化聚氨酯材料60～77份，润湿分散剂0.04～0.12份，热反射粉体0.4～1.2份，醇溶剂12～24份，其中，所述热反射粉体为M相掺钨1.5％的VO

雾封层材料的制备过程包括：

(1)将聚醚多元醇、扩链剂和交联剂加入反应釜中，升温至110℃真空搅拌脱水1h；

(2)降温至80℃，按计量将脂肪族二异氰酸酯单体和催化剂滴加至反应釜内，保温反应1.5～3h；

(3)降温至50℃，加入匀泡剂和增塑剂，以500～800转/分速度搅拌30min后出料，得到湿固化聚氨酯材料；

(4)将热反射粉体、润湿分散剂、醇溶剂三者混合，在100℃～120℃的硅油中搅拌回流1.5～2h，形成钒的复合醇盐溶液；

(5)降温至室温，加入5％乙酸溶液调节pH至中性，在300转/分速度下搅拌10分钟后逐渐降低至150转/分速度，并继续搅拌1～2h后出料，得到氧化钒溶胶体系；

(6)将步骤(3)得到的湿固化聚氨酯材料与步骤(5)得到的氧化钒溶胶在室温下混合搅拌，得到具有可逆热反射功能的雾封层材料。

可选的，执行步骤(1)，真空度为-0.2Mpa，搅拌速度为1000～1500转/分。

可选的，步骤(5)和(6)中的室温为21℃-25℃。

可选的，脂肪族二异氰酸酯单体为六甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯其中一种或多种的组合物；

聚醚多元醇为聚四氢呋喃二醇、聚环氧丙烷醚二元醇和聚氧化丙烯二醇其中一种或多种的组合物；

增塑剂选用环氧四氢邻苯二甲酸二辛酯；

催化剂选用二月桂酸二丁基锡、异辛酸锡或异辛酸铋；

匀泡剂选用有机硅活性剂；

扩链剂选用乙二醇、2-甲基-1,3丙二醇或1,4-丁二醇；

交联剂选用三羟基甲基丁烷、丙烯酸羟丙酯或n-羟甲基丙烯酰胺；

润湿分散剂为聚乙烯吡咯烷酮；

醇溶剂为按照1:1比例混合的苯甲醇-异丁醇溶液。

可选的，将步骤(6)制备的雾封层材料采用专用雾封层养护设备均匀地喷涂在沥青道路表面，固化后形成一层具有温度敏感性和光学特性的保护层，实现路表对温度的负反馈调节。

本发明的一种具有可逆热反射功能的雾封层材料及其制备方法，与现有技术相比具有的有益效果是：

(1)本发明的雾封层材料中加入了掺钨二氧化钒纳米粉体作为热反射粉体，利用M相VO

(2)本发明雾封层材料通过将具有光学节能性能的氧化钒溶胶与具有黏结性能的湿固化聚氨酯材料进行复配，实现了可逆热反射率响应在沥青路面养护领域中的应用；

(3)本发明采用M相掺钨二氧化钒纳米粉体为原料，制备了具有可逆热反射性能的雾封层材料，将相变温度降低到38℃，更比于传统二氧化钒薄膜(相变温度约68℃)更加适应了路面温度负反馈调节的应用场景需求；

(4)本发明所制备的雾封层材料采用专用雾封层养护设备在沥青混合料表面喷涂成膜，膜厚0.2～0.5mm之间，该材料在的可见光透过率约为40～50％，在室温下红外光的反射率约为20～30％，在高温下对红外光的反射率约为60～80％；

(5)相比于传统乳化沥青基的雾封层材料，本发明所制备的雾封层材料表现出更高的粘结性能和力学性能，能更有效地适应路面的应变和抑制裂缝的扩展；同时具有优越的防水防渗性能，能更有效地预防路面水损伤类病害的发生。

附图说明

附图1是本发明实施例一与对比例所得雾封层进行反射率检测的结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案、解决的技术问题和技术效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例一：

本实施例提出一种具有可逆热反射功能的雾封层材料，其组分包括湿固化聚氨酯材料、润湿分散剂0.5g、热反射粉体5g、醇溶剂100ml，其中：

湿固化聚氨酯材料为一种单组份聚氨酯材料，由以下成分组成：脂肪族二异氰酸酯单体220g、聚醚多元醇400g、增塑剂110g、催化剂0.4g、匀泡剂12g、扩链剂72g、交联剂22g；

热反射粉体为M相掺钨1.5％的VO

本实施例中，脂肪族二异氰酸酯单体选用异佛尔酮二异氰酸酯，聚醚多元醇选用聚四氢呋喃二醇，增塑剂选用环氧四氢邻苯二甲酸二辛酯，催化剂选用二月桂酸二丁基锡，匀泡剂选用有机硅活性剂，扩链剂选用1,4-丁二醇，交联剂选用三羟基甲基丁烷，润湿分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，醇溶剂为按照1:1比例混合的苯甲醇-异丁醇溶液。

本实施例所述雾封层材料的制备方法包括如下步骤：

(1)将400g聚四氢呋喃二醇、72g1，4-丁二醇和22g三羟基甲基丁烷加入反应釜中，升温至110℃真空搅拌脱水1h；这一过程中，真空度为-0.2Mpa，搅拌速度为1000～1500转/分；

(2)降温至80℃，向反应釜内加入220g异氟尔酮二异氰酸酯和0.4g二月桂酸二丁基锡，在氮气保护下保温反应3h；

(3)使用二正丁胺滴定测定NCO值达到2.8％后，降温至50℃，加入12g有机硅活性剂和110g环氧四氢邻苯二甲酸二辛酯，搅拌30min后冷却出料，得到湿固化聚氨酯材料；

(4)将5g掺钨二氧化钒纳米粉末、0.5g聚乙烯吡咯烷酮与100ml苯甲醇-异丁醇溶液相混合，在120℃的硅油中搅拌回流1.5h，形成了钒的复合醇盐溶液；

(5)降温至室温21℃-25℃，加入5％乙酸溶液调节体系pH至7.0，在300转/分速度下搅拌10分钟后逐渐降低至150转/分速度，并继续搅拌1h后出料，得到氧化钒溶胶体系；

(6)将步骤(3)得到的100g湿固化聚氨酯材料与步骤(5)得到的12g氧化钒溶胶在室温21℃-25℃下混合搅拌均匀，喷涂于沥青混合料表面，于室温下静置固化24h，获得可逆热反射雾封层。

实施例二：

本实施例提出本实施例提出一种具有可逆热反射功能的雾封层材料，其组分包括湿固化聚氨酯材料、润湿分散剂0.7g、热反射粉体7g、醇溶剂100ml，其中：

湿固化聚氨酯材料为一种单组份聚氨酯材料，由以下成分组成：脂肪族二异氰酸酯单体230g、聚醚多元醇400g、增塑剂180g、催化剂0.4g、匀泡剂18g、扩链剂86g、交联剂26g；

热反射粉体为M相掺钨1.5％的VO

本实施例中，脂肪族二异氰酸酯单体选用异佛尔酮二异氰酸酯，聚醚多元醇选用聚四氢呋喃二醇，增塑剂选用环氧四氢邻苯二甲酸二辛酯，催化剂选用二月桂酸二丁基锡，匀泡剂选用有机硅活性剂，扩链剂选用1,4-丁二醇，交联剂选用三羟基甲基丁烷，润湿分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，醇溶剂为按照1:1比例混合的苯甲醇-异丁醇溶液。

本实施例所述雾封层材料的制备方法包括如下步骤：

(1)将400g聚四氢呋喃二醇、86g1，4-丁二醇和26g三羟基甲基丁烷加入反应釜中，升温至110℃真空搅拌脱水1.5h；这一过程中，真空度为-0.2Mpa，搅拌速度为1000～1500转/分；

(2)降温至80℃，向反应釜内加入230g异氟尔酮二异氰酸酯和0.4g二月桂酸二丁基锡，在氮气保护下保温反应2.5h；

(3)使用二正丁胺滴定测定NCO值达到2.7％后，降温至50℃，加入18g有机硅活性剂和180g环氧四氢邻苯二甲酸二辛酯，搅拌30min后冷却出料，得到湿固化聚氨酯材料；

(4)将7g掺钨二氧化钒纳米粉末、0.7g聚乙烯吡咯烷酮与100ml苯甲醇-异丁醇溶液相混合，在120℃的硅油中搅拌回流1.5h，形成了钒的复合醇盐溶液；

(5)降温至室温21℃-25℃，加入5％乙酸溶液调节体系pH至7.0，在300转/分速度下搅拌10分钟后逐渐降低至150转/分速度，并继续搅拌1h后出料，得到氧化钒溶胶体系；

(6)将步骤(3)得到的100g湿固化聚氨酯材料与步骤(5)得到的20g氧化钒溶胶在室温21℃-25℃下混合搅拌均匀，喷涂于沥青混合料表面，于室温下静置固化24h，获得可逆热反射雾封层。

实施例三：

本实施例提出一种具有可逆热反射功能的雾封层材料，其组分包括湿固化聚氨酯材料、润湿分散剂0.9g、热反射粉体9g、醇溶剂100ml，其中：

湿固化聚氨酯材料为一种单组份聚氨酯材料，由以下成分组成：脂肪族二异氰酸酯单体260g、聚醚多元醇600g、增塑剂180g、催化剂0.7g、匀泡剂18g、扩链剂72g、交联剂28g；

热反射粉体为M相掺钨1.5％的VO

本实施例中，脂肪族二异氰酸酯单体选用二环己基甲烷二异氰酸酯，聚醚多元醇选用聚氧化丙烯二醇，增塑剂选用环氧四氢邻苯二甲酸二辛酯，催化剂选用二月桂酸二丁基锡，匀泡剂选用有机硅活性剂，扩链剂选用1,4-丁二醇，交联剂选用丙烯酸羟丙酯，润湿分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，醇溶剂为按照1:1比例混合的苯甲醇-异丁醇溶液。

本实施例所述雾封层材料的制备方法包括如下步骤：

(1)将600g聚氧化丙烯二醇、72g1，4-丁二醇和28g丙烯酸羟丙酯加入反应釜中，升温至120℃真空搅拌脱水1.5h；这一过程中，真空度为-0.2Mpa，搅拌速度为1000～1500转/分；

(2)降温至80℃，向反应釜内加入260g二环己基甲烷二异氰酸酯和0.7g二月桂酸二丁基锡，在氮气保护下保温反应2.5h；

(3)使用二正丁胺滴定测定NCO值达到2.5％后，降温至50℃，加入18g有机硅活性剂和180g环氧四氢邻苯二甲酸二辛酯，搅拌30min后冷却出料，得到湿固化聚氨酯材料；

(4)将9g掺钨二氧化钒纳米粉末、0.9g聚乙烯吡咯烷酮与100ml苯甲醇-异丁醇溶液相混合，在120℃的硅油中搅拌回流2h，形成了钒的复合醇盐溶液；

(5)降温至室温21℃-25℃，加入5％乙酸溶液调节体系pH至7.0，在300转/分速度下搅拌10分钟后逐渐降低至150转/分速度，并继续搅拌1h后出料，得到氧化钒溶胶体系；

(6)将步骤(3)得到的100g湿固化聚氨酯材料与步骤(5)得到的23g氧化钒溶胶在室温21℃-25℃下混合搅拌均匀，喷涂于沥青混合料表面，于室温下静置固化24h，获得可逆热反射雾封层。

实施例四：

本实施例提出一种具有可逆热反射功能的雾封层材料，其组分包括湿固化聚氨酯材料、润湿分散剂0.9g、热反射粉体9g、醇溶剂100ml，其中：

湿固化聚氨酯材料为一种单组份聚氨酯材料，由以下成分组成：脂肪族二异氰酸酯单体260g、聚醚多元醇600g、增塑剂180g、催化剂0.4g、匀泡剂18g、扩链剂50g、交联剂32g；

热反射粉体为M相掺钨1.5％的VO

本实施例中，脂肪族二异氰酸酯单体选用二环己基甲烷二异氰酸酯，聚醚多元醇选用聚氧化丙烯二醇，增塑剂选用环氧四氢邻苯二甲酸二辛酯，催化剂选用异辛酸铋，匀泡剂选用有机硅活性剂，扩链剂选用乙二醇，交联剂选用丙烯酸羟丙酯，润湿分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，醇溶剂为按照1:1比例混合的苯甲醇-异丁醇溶液。

本实施例所述雾封层材料的制备方法包括如下步骤：

(1)将600g聚氧化丙烯二醇、50g乙二醇和32g丙烯酸羟丙酯加入反应釜中，升温至120℃真空搅拌脱水1.5h；这一过程中，真空度为-0.2Mpa，搅拌速度为1000～1500转/分；

(2)降温至80℃，向反应釜内加入260g二环己基甲烷二异氰酸酯和0.4g异辛酸铋，在氮气保护下保温反应3h；

(3)使用二正丁胺滴定测定NCO值达到2.6％后，降温至50℃，加入18g有机硅活性剂和180g环氧四氢邻苯二甲酸二辛酯，搅拌30min后冷却出料，得到湿固化聚氨酯材料；

(4)将9g掺钨二氧化钒纳米粉末、0.9g聚乙烯吡咯烷酮与100ml苯甲醇-异丁醇溶液相混合，在120℃的硅油中搅拌回流2h，形成了钒的复合醇盐溶液；

(5)降温至室温21℃-25℃，加入5％乙酸溶液调节体系pH至7.0，在300转/分速度下搅拌10分钟后逐渐降低至150转/分速度，并继续搅拌1h后出料，得到氧化钒溶胶体系；

(6)将步骤(3)得到的100g湿固化聚氨酯材料与步骤(5)得到的23g氧化钒溶胶在室温21℃-25℃下混合搅拌均匀，喷涂于沥青混合料表面，于室温下静置固化24h，获得可逆热反射雾封层。

实施例五：

本实施例提出一种具有可逆热反射功能的雾封层材料，其组分包括湿固化聚氨酯材料、润湿分散剂0.9g、热反射粉体9g、醇溶剂100ml，其中：

湿固化聚氨酯材料为一种单组份聚氨酯材料，由以下成分组成：脂肪族二异氰酸酯单体260g、聚醚多元醇400g、增塑剂160g、催化剂0.7g、匀泡剂18g、扩链剂50g、交联剂22g；

热反射粉体为M相掺钨1.5％的VO

本实施例中，脂肪族二异氰酸酯单体选用二环己基甲烷二异氰酸酯，聚醚多元醇选用聚四氢呋喃二醇，增塑剂选用环氧四氢邻苯二甲酸二辛酯，催化剂选用异辛酸铋，匀泡剂选用有机硅活性剂，扩链剂选用乙二醇，交联剂选用三羟基甲基丁烷，润湿分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，醇溶剂为按照1:1比例混合的苯甲醇-异丁醇溶液。

本实施例所述雾封层材料的制备方法包括如下步骤：

(1)将400g聚四氢呋喃二醇、50g乙二醇和22g三羟基甲基丁烷加入反应釜中，升温至110℃真空搅拌脱水1.5h；这一过程中，真空度为-0.2Mpa，搅拌速度为1000～1500转/分；

(2)降温至80℃，向反应釜内加入260g二环己基甲烷二异氰酸酯和0.7g异辛酸铋，在氮气保护下保温反应2.5h；

(3)使用二正丁胺滴定测定NCO值达到3.6％后，降温至50℃，加入18g有机硅活性剂和160g环氧四氢邻苯二甲酸二辛酯，搅拌30min后冷却出料，得到湿固化聚氨酯材料；

(4)将9g掺钨二氧化钒纳米粉末、0.9g聚乙烯吡咯烷酮与100ml苯甲醇-异丁醇溶液相混合，在120℃的硅油中搅拌回流2h，形成了钒的复合醇盐溶液；

(5)降温至室温21℃-25℃，加入5％乙酸溶液调节体系pH至7.0，在300转/分速度下搅拌10分钟后逐渐降低至150转/分速度，并继续搅拌1h后出料，得到氧化钒溶胶体系；

(6)将步骤(3)得到的100g湿固化聚氨酯材料与步骤(5)得到的23g氧化钒溶胶在室温21℃-25℃下混合搅拌均匀，喷涂于沥青混合料表面，于室温下静置固化24h，获得可逆热反射雾封层。

针对实施例一、实施例二、实施例三、实施例四、实施例五制备得到的雾封层材料，再以实施例一“步骤(1)-(3)制备得到的湿固化聚氨酯材料100g喷涂于沥青混合料表面，于室温下静置固化24h，获得聚氨酯雾封层”为对比例，同时，与某品牌传统路面养护用乳化沥青类雾封层材料进行相关性能测试，结果如下表1。

表1雾封层材料性能比较

从五个实施例和一个对比例的数据可以看出，纳米氧化钒溶胶的加入对单组份聚氨酯材料的剥离强度有轻微的负面影响，但对其他雾封层的关键性能指标没有显著的改变；纵向比较方面，聚氨酯基雾封层材料在粘结强度和渗水系数方面优于传统的乳化沥青基雾封层材料，抗滑性能虽略逊一筹，却也符合相关规范的标准要求。

随后，对实施例一与对比例的雾封层进行反射率检测，见图1，结果表明，在300～2500波长范围内，热反射率随温度变化的响应特性与波长有关：在380～600nm的可见光区域，实施例一中的雾封层材料的反射率在高温和常温条件下相差不大，而在880～2500nm的红外区域，当温度升高到38℃以上时，反射率显著增加，反射强度与常温时相比有20％～40％的差异；与对比例中不含氧化钒的雾封层材料相比，实施例一具备明显的热反射效应机制。

对实施例三与某品牌传统路面养护用乳化沥青类的雾封层进行夏季隔热/冬季保温模拟，将喷涂不同雾封层材料的混合料试件置于户外接受太阳辐射，以固定的时间间隔测量并记录试件的路表温度变化情况。结果如下表2。

表2路表温度变化

实验结果表明，与传统乳化沥青类雾封层材料相比，可逆热反射雾封层能够在夏季使沥青路面平均温度下降约7.6℃，在冬季使沥青路面平均温度上升约4.3℃，在一定程度上改善了沥青路面的热储存特性。该技术为沥青路面养护提供了一种新的方法，有利于延长沥青路面的使用寿命和提高沥青路面的性能。

综上可知，采用本发明的一种具有可逆热反射功能的雾封层材料及其制备方法，利用M相VO

以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了详细阐述，这些实施例只是用于帮助理解本发明的核心技术内容。基于本发明的上述具体实施例，本技术领域的技术人员在不脱离本发明原理的前提下，对本发明所作出的任何改进和修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。