一种具有路面降温功能的聚氨酯路面材料的制作方法

本发明属于路面材料，具体涉及一种具有路面降温功能的聚氨酯路面材料。

背景技术：

1、随着全球环境变暖及道路路面硬化率的逐渐提高，城市热岛现象日趋明显，城市热环境质量逐渐恶化，这极大的影响了城市的生活环境和人民的生活水平。路面作为最主要的地表结构物，其对城市热岛效应的影响最为显著，主要通过路面热传导、路表热辐射和热对流三种方式对周围的环境温度场，从而对城市热岛效应产生影响。而道路对热岛效应的影响因素主要包括：道路材料的吸热储热能力、路表的反射率、道路结构的导热率等。当前环境下，我国的道路路面结构多为沥青路面，由于沥青路面的黑色特性，其具有较强的吸热能力，对阳光热量的吸收率达到0.85-0.95，在夏季炎热高温的环境下，沥青路面的最高温度可达60℃以上，这极大的加剧了城市热岛效应。针对城市道路存在的严重的热环境问题及城市热岛效应日趋严重的现象，开发具有降温效果的道路路面材料变得日益迫切。

2、目前，公开报道的降低路面温度的方法主要为在路面加铺热反射涂层。如公开号为cn110437709a“沥青路面热反射涂层及其制备方法”通过在路面加铺热反射涂层来降低路面温度。该方法虽然可在一定程度上降低路面温度，但存在涂料使用寿命短，路面灰尘等污染物聚集覆盖降低涂料降温效果以及有机溶剂挥发增加voc排放等环境污染问题。公开号为cn111170678 a“一种聚氨酯为结合料的浇筑式混凝土及其制备方法”，使用单组份聚氨酯粘结剂，制备了一种浇筑型的混凝土，解决了钢桥面铺装层早期病害严重，使用寿命短的问题，但其应用领域限于钢桥面，且制备过程中使用昂贵的潜固化剂，不利于大规模应用。公开号为cn110922091 a“混凝土改性用双组分聚氨酯组合物及其制备方法”利用双组分聚氨酯对混凝土进行改性提高了水泥混凝土材料的力学性能和机械性能，解决了聚合物改性水泥材料力学性能差等问题，但该复合材料在实际应用过程中需对粘接面进行水洗、酸洗等预处理，使得实际使用成本及应用范围大大缩小。公开号为cn112824474 a“一种无醛粘合剂及用其制备复合人造板的方法，及制备的复合人造板”，利用改性异氰酸酯作为粘合剂来制备复合人造板，解决了了粘合剂的试用期及板材的耐水性等问题。但由于改性异氰酸酯的固化过程为湿固化，固化过程中不可避免的会产生气泡问题而影响胶层的粘接效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有路面降温功能的聚氨酯路面材料及其制备方法。所述的具有路面降温功能的聚氨酯路面材料强度高、粘接性能好，耐水解稳定性和耐老化性能优良，使用寿命长，受污染物聚集影响小，无环境污染等问题，可显著降低路面温度13-15℃。

2、为达到以上目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种具有路面降温功能的聚氨酯路面材料，包含a组分组合聚醚和b组分多孔材料改性多异氰酸酯组合物；其中，所述的b组分按质量百分比包含8-19％的隔热材料，基于b组分质量计，所述的隔热材料为二异氰酸酯改性的多孔材料。

4、本发明所述的a组分和b组分的质量比为1-2：1，优选1.2-1.8：1。

5、本发明所述的a组分包含，以a组分总质量计：

6、

7、

8、本发明所述聚氨酯路面材料的异氰酸根指数为0.95-1.35，优选1.0-1.3。

9、本发明所述a组分的多元醇组合包括植物油多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇的一种或多种，优选包含以下多元醇，以多元醇组合总质量计：

10、植物油多元醇1，数均分子量为300-1400，优选350-1300，官能度2-4，羟值为150-300mgkoh/g，优选为50-80wt％，更优选为53-75wt％；

11、植物油多元醇2，数均分子量1500-3500，优选1600-3400，官能度2-6，羟值为50-150mgkoh/g，优选为10-40wt％，更优选为16-37wt％；

12、聚醚多元醇1，数均分子量200-400，优选220-380，官能度2-4，羟值为400-800mgkoh/g，优选为1-6wt％，更优选为1-5wt％；

13、聚醚多元醇2，数均分子量400-1000，优选450-950，官能度3-6，羟值为200-400mgkoh/g，优选为1-10wt％，更优选为2-8wt％。

14、本发明中a组分中植物油多元醇1选自蓖麻油、大豆油、棕榈油、葵花籽油或其改性产品中的一种或多种，优选蓖麻油和/或其改性产品。所述的蓖麻油改性产品为经过乙二醇、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇通过醇解和酯交换所得到的不同羟值、官能度和分子量的蓖麻油衍生物。合适的例子包括但不限于青岛通凯蓖麻化工有限公司的蓖麻油、南京金海威化工实业有限公司的蓖麻油、美国vertellus公司的gr-160、gr-220,日本伊藤制油株式会社的uric h-30、uric h-854。

15、本发明中a组分中植物油多元醇2选自蓖麻油、大豆油多元醇、棕榈油、葵花籽油或其改性产品中的一种或多种，优选大豆油多元醇和或棕榈油多元醇。合适的例子包括但不限于广州海珥玛大豆油多元醇10100、美国cargill公司的x-0500、北京波斯卡科技有限公司的soyol560、马来西亚maskimi多元醇公司的pkf 3000。

16、本发明中a组分中聚醚多元醇1的起始剂为甘油、丙二醇、乙二醇、二甘醇、一缩二乙二醇、一缩二丙二醇和三羟甲基丙烷、乙二胺、三乙醇胺、甲苯二胺、蔗糖中的一种或多种，优选甘油、甲苯二胺、三乙醇胺、蔗糖、乙二胺中的一种或多种，更优选甘油和或乙二胺。合适的例子包括但不限于万华化学(宁波)容威聚氨酯有限公司的a303、a304、a403。

17、本发明中a组分中聚醚多元醇2的起始剂为甘油、丙二醇、乙二醇、二甘醇、一缩二乙二醇、一缩二丙二醇和三羟甲基丙烷、乙二胺、三乙醇胺中的一种或多种，优选为甘油、甲苯二胺、三乙醇胺、蔗糖、三羟甲基丙烷一种或多种。合适的例子包括但不限于万华化学(宁波)容威聚氨酯有限公司的a305、a307、a35、a29、a42-a。

18、聚醚多元醇1与聚醚多元醇2的聚合单体为环氧乙烷、环氧丙烷和四氢呋喃中的一种或多种，优选环氧丙烷。

19、本发明所述a组分中的扩链剂包括醇类或胺类扩链剂中的一种或多种。所述醇类扩链剂包括但不限于1，4丁二醇、一缩二丙二醇、一缩二乙二醇、1，6己二醇等；所述胺类扩链剂包括但不限于3，3’-二氯-4，4’-二苯基甲烷二胺、3,5-二甲硫基甲苯二胺、3，5-二乙基甲苯二胺、4，4’-亚甲基双(3-氯-2，6-二乙基苯胺)等。优选1，4-丁二醇、一缩二丙二醇、一缩二乙二醇、丙二醇中一种或多种，更优选1，4-丁二醇和/或丙二醇。扩链剂可以增加聚氨酯的硬段含量，提高制品的强度和硬度。

20、本发明所述a组分中的润湿分散剂为byk 9076、byk 9077、byk-w961、byk-w966、byk-w980、byk-w969、byk-w985中的一种或多种，优选为byk-980、byk 9077、byk-w961、byk-w966中的一种或多种，更优选为byk-980、byk 9077、byk-w961中的一种或多种。

21、本发明所述a组分中的催化剂为有机金属催化剂，包括异辛酸钾、甲酸季铵盐、醋酸钾、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡和油酸钾中的一种或多种，优选为二月桂酸二丁基锡，合适的例子包括但不限于美国空气化工产品公司的dabco t12、江苏宜兴雅克化工有限公司的yoke t-12。

22、本发明所述a组分的制备方法，包括以下步骤：按照比例，将多元醇组合、扩链剂加入反应釜中搅拌30-60min，然后依次加入润湿分散剂、催化剂继续搅拌45-70min，即得a组分。

23、本发明所述的b组分包含以下组成：

24、二异氰酸酯改性多孔材料 8-19wt％，优选10-17wt％；

25、多亚甲基多苯基异氰酸酯 81-92wt％，优选83-90wt％。

26、本发明所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异弗尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。

27、本发明所述的多孔材料为纳米二氧化硅、分子筛、活性炭、硅藻纯、多孔氧化硅、多孔氧化铝中的一种或多种，其粒径为0.1-1nm。

28、作为一个优选的方案，本发明的多孔材料优选硅藻纯和/或分子筛，孔径为0.1-1nm，优选为0.2-0.5nm；孔隙率为75-90％，优选为80-90％；比表面积为60-70m2/g，优选为62-70m2/g。合适的例子包含但不限于蓝润环保科技硅藻纯，法国arkema集团ceca公司的siliporitenk30。

29、优选的，所述的二异氰酸酯改性多孔材料为二苯基甲烷二异氰酸酯改性的硅藻纯和或分子筛。

30、本发明所述的多亚甲基多苯基异氰酸酯包括但不限于万华化学集团股份有限公司生产的pm-100、pm-120、pm-200、pm-300、pm-400、pm-2010、pm-2025、pm-6302、pm-6304。

31、本发明所述的异氰酸酯改性多孔材料的制备方法，包括以下步骤：按照比例，多孔材料在300-500℃焙烧1-1.5h，分散在二异氰酸酯的甲苯溶液中，加热至70-90℃在氮气保护下反应1-4h，抽滤，洗涤，干燥。

32、本发明所述b组分的制备方法，包括以下步骤：按照比例，将多亚甲基多苯基异氰酸酯、二异氰酸酯改性多孔材料加入反应釜中搅拌30-60min，即得b组分。

33、一种聚氨酯混合料，包括以下组成：18-25质量份粒径为10-15mm的玄武岩粗集料s10、16-23质量份粒径为5-10mm的玄武岩粗集料s12、40-58质量份粒径为0.075-5mm的玄武岩细集料s15、2-12质量份矿粉以及3-6质量份本发明所述的聚氨酯路面材料。

34、本发明所述聚氨酯混合料的制备方法，包括以下步骤：按照比例，粗集料s10、粗集料s12、细集料s15、矿粉及本发明所述聚氨酯路面材料中的a组分搅拌30-180s，然后加入本发明所述聚氨酯路面材料的b组分继续搅拌30-180s，即得聚氨酯混合料。

35、本发明的积极效果在于：

36、(1)本发明的聚氨酯路面材料是一种用于替代沥青的路面粘接材料，以聚氨酯路面材料作为路面粘接材料具有粘结强度高，耐水解、耐冻融、及耐磨等特点，其可将集料有效的粘合起来，有效的防止水对粘结层的破坏；

37、(2)利用热阻高的聚氨酯材料代替沥青材料有效降低了路面对热量的吸收和传导。选用的多孔材料孔径介于0.2-0.5纳米之间，这种特殊的孔径可防止异氰酸酯组分堵塞孔道而失去隔热效果。同时，使用二异氰酸酯在多孔材料表面改性后既在一定程度上改善了多孔材料对多异氰酸酯的亲和性，可有效提高其在异氰酸酯组分中的分散性，提升聚氨酯材料的整体隔热效果的均匀性；

38、(3)本发明中所用的植物油多元醇1和植物油多元醇2含有大量的长链脂肪基，这些长链脂肪基可插入聚氨酯分子链中间，起到润滑作用，降低聚氨酯分子链之间的摩擦，同时可阻止水分子对于氨酯键的水解作用，可赋予聚氨酯材料较好的柔韧性以及抗水解能力；植物油多元醇1、植物油多元醇2中的长链脂肪基不参与和异氰酸酯的反应，其可插入到聚醚链段之间，从而降低醚键吸附水分子的作用，防止水分子破坏聚氨酯分子与基材之间的粘接效果。而醚键由于内聚能较低并易于旋转，其具有较好的低温柔韧性。在植物油多元醇1、植物油多元醇2以及聚醚多元醇1、聚醚多元醇2同时使用的情况下，可充分发挥植物油聚醚多元醇与聚醚多元醇之间的协同作用，使得所制备的聚氨酯材料具有优异的抗冻融损害性能及低温疲劳韧性；

39、(4)利用植物油多元醇1、植物油多元醇2中大量的酯键可以有效提高胶粘剂与石料的粘结性能和胶粘剂的抗热氧化性能；而植物油多元醇1和植物油多元醇2中含有大量非极性基团，这些基团的存在可以显著提高多元醇组合的疏水性；二异氰酸改性的多孔材料，其具有吸附水的能力，具有疏水作用的多元醇组合以及具有吸水能力的多孔材料的同时使用时可发挥二者的协同作用，可以有效降低聚氨酯材料对水分的吸附，提高粘接层的抗水损能力以及聚氨酯材料抵抗长期水解的能力。