本发明涉及一种新型高性能水性环氧树脂制备方法，尤其涉及一种防水粘结层用新型高性能水性环氧树脂的制备方法及其应用。
背景技术：
进入21世纪，随着我国经济的快速发展，道路、桥梁作为公共基础建设的重要组成部分，格外受到重视。国内20世纪90年代初建设的道桥桥面铺装基本上不设防水层，投入使用不久后，桥面沥青混凝土铺装层就会出现严重的破损、开裂、坑槽、涌包等早期破坏现象，严重影响桥梁的使用寿命和行车的舒适性、安全性。桥梁混凝土主要的病害原因有冻融破坏、钢筋腐蚀、碱集料反应、混凝土碳化等。通过分析可以知道，水是造成上述破坏的最直接和最重要的原因之一。因此，从根本上切断水的来源即做好桥面防水处理，是保证混凝土桥梁免遭破坏、延长桥梁使用寿命、提高桥梁上部结构耐久性的有效措施。
随着道桥防水技术研究的不断深入，我国颁布实施了道桥用防水材料的相关标准，对推动我国道桥用防水材料的技术升级、更新换代和健康发展发挥了重要作用，并为确保道桥工程质量提供了技术支持。目前，道桥用沥青防水涂料存在涂抹后粘脚、干燥慢、容易分层、强度低等问题，所以开发一种具有优良防水性能的道桥用沥青涂料就显得格外重要。本课题研发了一种水性环氧沥青防水涂料，可以解决上述问题。该涂料兼具环氧树脂和沥青涂料的双重优点，涂膜干燥后具有力学性能好、剪切强度大、粘结力强、高低温性能好、不发软、不发粘等特点，还具有低温柔韧性优异、不透水性强、抗硌破性好等优点。
目前国内道路行业针对水性环氧沥青研究还是仅仅拿到国外产品进行复配改性，没有任何报道针对环氧树脂结构进行改性，从分子结构上设计出适合我国高速公路用防水粘结层专用水性环氧树脂。本专利基于对市面上常用水性环氧树脂进行改性，使之能够与沥青发生作用结合到一起，从根本上解决目前水性环氧沥青中水性环氧树脂与沥青相离析的难题，大幅度提升水性环氧沥青的拉拔强度和抗剪切强度。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于，克服现有的水性环氧沥青存在的缺陷，而提供一种新型高性能水性环氧树脂的制备方法及其应用，解决水性环氧树脂与乳化沥青易分离，高温拉拔强度低的问题，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：
一种高性能水性环氧树脂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氯代烷和双酚A环氧树脂加入有机溶剂中在催化剂的催化下升温反应得到中间产物；所述氯代烷的质量占双酚A环氧树脂质量的10％～50％；所述催化剂的质量占反应体系总质量的0.2％～0.5％；
(2)向降温后的中间产物中加入聚乙二醇或聚乙二醇衍生物，升温反应即得到目标产物，所述的聚乙二醇或聚乙二醇衍生物占所述双酚A环氧树脂质量的80％～150％。
步骤(1)中所述升温反应的反应温度为80℃～100℃，反应时间为3.5h～7h；步骤(2)中所述升温反应的反应温度为70℃～120℃，反应时间为5h～12h。
步骤(1)中所述的催化剂为AlCl3、FeCl3、H2SO4、H3PO4、BF3、HF或ZnCl2。
步骤(1)中所述的氯代烷为式(I)所示结构的化合物：
R1Cl
(I)
R1为正壬基、正辛基、正十二烷基、正十四烷基和正十六烷基中的一种。
所述的双酚A环氧树脂为式(II)所示结构的化合物：
步骤(2)中所述的聚乙二醇或者其衍生物为式(III)所示结构的化合物：
R2为H、烯丙基、甲级烯丙基、甲基烯丁基或甲基烯戊基；所述的聚乙二醇是分子量为800、1000、2000或5000的聚乙二醇(即为聚乙二醇800、聚乙二醇1000、聚乙二醇2000或聚乙二醇5000)；所述的聚乙二醇衍生物优选为甲基烯丙醇聚醚2400、甲基烯丙醇聚醚5000、甲基烯丙醇聚醚8000、烯丙醇聚醚2400、甲基烯丁醇聚醚2400或甲基烯戊醇聚醚2400。
本发明所述高性能水性环氧树脂的制备方法中，新型高性能水性环氧树脂的具体反应过程如下：
式IV中的R1与式I中的R1具有相同的含义，R1为正壬基、正辛基、正十二烷基，正十四烷基，正十六烷基中的一种。式IV中的R2与式III中的R2具有相同的含义，R2为H、烯丙基、甲级烯丙基、甲基烯丁基、甲基烯戊基；聚乙二醇的分子量为800、1000、2000或5000；聚乙二醇衍生物为甲基烯丙醇聚醚2400、甲基烯丙醇聚醚5000、甲基烯丙醇聚醚8000、烯丙醇聚醚2400、甲基烯丁醇聚醚2400、甲基烯戊醇聚醚2400。式IV中的n和m分别与式II中n和式III中的m具有相同的含义。
步骤(1)中所述的有机溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、二氧六环、乙腈、正辛烷、甲醇、乙醇、异丙醇、甲苯、甲醇、四氢呋喃、乙酸乙酯、正己烷、环己烷、氯仿、二氯甲烷和吡啶中的任意一种。优选的，所述双酚A环氧树脂与有机溶剂的质量体积比(g：mL)为1:1～3。
上述的方法制备的高性能水性环氧树脂。
一种水性环氧沥青，将上述方法制备的高性能水性环氧树脂添加到乳化沥青中，所述高性能水性环氧树脂添加量占乳化沥青质量分数的2％-20％(w/w)。所述乳化沥青的固含量为40％～50％。
上述的水性环氧沥青在防水粘结层中的应用。所述水性环氧沥青喷洒剂量为每平米0.2-0.6Kg。
本发明采用在双酚A上接支直链型亲油剂，可促使新型双酚A环氧树脂与沥青进行融合，克服了普通双酚A环氧树脂易于沥青分离的难题，增强了防水粘结层的抗拉和抗剪切强度，延长的沥青路面的使用寿命。
借由上述技术方案，本发明的新型改性水性环氧沥青的制备方法及其应用至少具有下列优点：
解决水性环氧树脂与乳化沥青易分离，高温拉拔强度低的问题，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,对依据本发明提出的新型改性水性环氧沥青的制备方法及其应用其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
以下实施例中，双酚A环氧树脂通过液相色谱计算。液相色谱分离产物的条件为：采用反向色谱柱，流动相为甲醇/水＝80/20，紫外吸收波长选择在254nm，采用内标法测转化率。
新型高性能水性环氧沥青的性能检测参照《水泥混凝土桥面水性环氧沥青防水粘结层施工技术规范》(江苏省地方标准，DB32/T 2285-2012)。
实施例1
将20g济宁华凯树脂有限公司的双酚A环氧树脂E51，0.3g AlCl3和4g 1-氯代正壬烷加入50ml N,N-二甲基甲酰胺中，升温到85℃，反应4h得到环氧中间体。再将中间体降温到室温(25±5℃)，加入16g聚乙二醇2000，再升温到90℃反应7h得到目标产物，通过液相色谱测得双酚A环氧树脂的转化率为91.2％。
水溶性环氧沥青制备及喷洒：
取4g新型水性环氧树脂加入到100g的50％的阴离子乳化沥青中，通过胶体磨过磨一次，即得到水性环氧沥青乳液。乳液的喷洒量为0.3Kg/m2。
陶氏水性环氧沥青的制备：
取陶氏水性环氧树脂4g，加入到100g的50％的阴离子乳化沥青中，通过胶体磨过磨一次，即得到水性环氧沥青乳液。乳液的喷洒量为0.3Kg/m2。测试水性环氧沥青的技术指标如下：
表1水性环氧沥青技术规范
实施例2
将40g济宁华凯树脂有限公司的双酚A环氧树脂E51，0.3g FeCl3和4g 1-氯代正辛烷加入50ml乙酸乙酯中，升温到80℃，反应3.5h得到环氧中间体。再将中间体降温到室温，加入40g甲基烯丙醇聚醚2400，再升温到110℃反应5h得到目标产物，通过液相色谱测得双酚A环氧树脂的转化率为87.6％。
水溶性环氧沥青制备及喷洒：
取2g新型水性环氧树脂加入到100g的50％的阴离子乳化沥青中，通过胶体磨过磨一次，即得到水性环氧沥青乳液。乳液的喷洒量为0.44Kg/m2。
陶氏水性环氧沥青的制备：
取陶氏水性环氧树脂2g，加入到100g的50％的阴离子乳化沥青中，通过胶体磨过磨一次，即得到水性环氧沥青乳液。乳液的喷洒量为0.44Kg/m2。测试水性环氧沥青的技术指标如下：
表2水性环氧沥青技术规范
实施例3
将30g济宁华凯树脂有限公司的双酚A环氧树脂E51，0.35g H2SO4和15g 1-氯代正十二烷加入50ml乙醇中，升温到80℃，反应7h得到环氧中间体。再将中间体降温到室温，加入45g甲基烯戊醇聚醚2400，再升温到78℃反应12h得到目标产物，通过液相色谱测得双酚A环氧树脂的转化率为75.2％。
水溶性环氧沥青制备及喷洒：
取5g新型水性环氧树脂加入到100g的50％的阴离子乳化沥青中，通过胶体磨过磨一次，即得到水性环氧沥青乳液。乳液的喷洒量为0.42Kg/m2。
陶氏水性环氧沥青的制备：
取陶氏水性环氧树脂5g，加入到100g的50％的阴离子乳化沥青中，通过胶体磨过磨一次，即得到水性环氧沥青乳液。乳液的喷洒量为0.42Kg/m2。测试水性环氧沥青的技术指标如下：
表3水性环氧沥青技术规范
实施例4
将45g济宁华凯树脂有限公司的双酚A环氧树脂E51，0.34g H3PO4和18g 1-氯代正辛烷加入50ml二氧六环，升温到100℃，反应5h得到环氧中间体。再将中间体降温到室温，加入36g聚乙二醇5000，再升温到120℃反应6h得到目标产物，通过液相色谱测得双酚A环氧树脂的转化率为74.2％。
水溶性环氧沥青制备及喷洒：
取20g新型水性环氧树脂加入到100g的40％的阴离子乳化沥青中，通过胶体磨过磨一次，即得到水性环氧沥青乳液。乳液的喷洒量为0.53Kg/m2。
陶氏水性环氧沥青的制备：
取陶氏水性环氧树脂20g，加入到100g的40％的阴离子乳化沥青中，通过胶体磨过磨一次，即得到水性环氧沥青乳液。乳液的喷洒量为0.53Kg/m2。测试水性环氧沥青的技术指标如下：
表4水性环氧沥青技术规范
实施例5
将30g济宁华凯树脂有限公司的双酚A环氧树脂E51，0.27g BF3和9.2g 1-氯代正十四烷加入50ml正辛烷，升温到82℃，反应6.5h得到环氧中间体。再将中间体降温到室温，加入36g聚乙二醇800，再升温到75℃反应5h得到目标产物，通过液相色谱测得双酚A环氧树脂的转化率为72.1％。
水溶性环氧沥青制备及喷洒：
取10g新型水性环氧树脂加入到100g的45％的阴离子乳化沥青中，通过胶体磨过磨一次，即得到水性环氧沥青乳液。乳液的喷洒量为0.57Kg/m2。
陶氏水性环氧沥青的制备：
取陶氏水性环氧树脂10g，加入到100g的45％的阴离子乳化沥青中，通过胶体磨过磨一次，即得到水性环氧沥青乳液。乳液的喷洒量为0.57Kg/m2。测试水性环氧沥青的技术指标如下：
表5水性环氧沥青技术规范
实施例6
将30g济宁华凯树脂有限公司的双酚A环氧树脂E51，0.23g FeCl3和10.5g 1-氯代正十六烷加入50ml甲苯中，升温到95℃，反应5.5h得到环氧中间体。再将中间体降温到室温，加入33g聚乙二醇1000，再升温到110℃反应11h得到目标产物，通过液相色谱测得双酚A环氧树脂的转化率为75.8％。
水溶性环氧沥青制备及喷洒：
取5g新型水性环氧树脂加入到100g的50％的阴离子乳化沥青中，通过胶体磨过磨一次，即得到水性环氧沥青乳液。乳液的喷洒量为0.46Kg/m2。
陶氏水性环氧沥青的制备：
取陶氏水性环氧树脂5g，加入到100g的50％的阴离子乳化沥青中，通过胶体磨过磨一次，即得到水性环氧沥青乳液。乳液的喷洒量为0.46Kg/m2。测试水性环氧沥青的技术指标如下：
表6水性环氧沥青技术规范
实施例7
将30g济宁华凯树脂有限公司的双酚A环氧树脂E51，0.29g FeCl3和6g 1-氯代正辛烷加入50ml二氯甲烷中，升温到87℃，反应6h得到环氧中间体。再将中间体降温到室温，加入42g甲基烯丁醇聚醚2400，再升温到108℃反应10h得到目标产物，通过液相色谱测得双酚A环氧树脂的转化率为97.2％。
水溶性环氧沥青制备及喷洒：
取7g新型水性环氧树脂加入到100g的50％的阴离子乳化沥青中，通过胶体磨过磨一次，即得到水性环氧沥青乳液。乳液的喷洒量为0.44Kg/m2。
陶氏水性环氧沥青的制备：
取陶氏水性环氧树脂7g，加入到100g的50％的阴离子乳化沥青中，通过胶体磨过磨一次，即得到水性环氧沥青乳液。乳液的喷洒量为0.44Kg/m2。测试水性环氧沥青的技术指标如下：
表7水性环氧沥青技术规范
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。