缓释微胶囊在提高沥青抗老化性能中的应用的制作方法

本发明属于道路材料领域，涉及抗老化沥青材料，具体涉及一种缓释微胶囊在提高沥青抗老化性能中的应用。

背景技术：

由于自然和交通环境等因素，沥青和沥青混合料会发生老化，其物理力学性能会逐渐降低以致无法满足交通运输的要求，沥青组分中轻质组分的挥发是沥青老化的主要原因，主要表现在沥青主要组分中沥青质的增加、芳香芬的减少。沥青中的轻质油分不断挥发，同时由于沥青混合料中集料和沥青接触后集料易吸收轻质组分，导致其原有的组分发生变化，从而使沥青变硬、变脆，粘结力也会降低。

微胶囊技术中囊芯的释放主要有两种，一种是囊壁破裂一次释放；另一种是囊芯通过囊壁的渗透或囊壁上的微孔结构进行缓慢释放。现有技术采用微胶囊技术将再生剂包覆添加到沥青中，当沥青中产生的微裂缝扩展至微胶囊处时造成微胶囊囊壁破裂，流出的再生剂改善沥青的性质。此项技术制备的微胶囊只有等到沥青裂缝扩展才能使微胶囊破裂，此时沥青材料的性能已经老化较为严重，并且囊壁破裂后再生剂流出发生在较短的时间，修复的效果是有限的。

微胶囊的缓释技术具有能够延长囊芯的释放时间、提高其作用时间、防止囊芯降解等优点，吸引了广泛的关注，在食品、香料、化妆品、农药、医药生物等领域有一些应用。文献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.在微胶囊制备技术中添加造孔剂制备出多孔结构的缓释微胶囊，但其主要应用于医药领域来控制药物缓慢释放。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种缓释微胶囊，用于提高沥青抗老化性能，解决现有用于沥青的微胶囊技术不能及时延缓沥青老化的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

缓释微胶囊在提高沥青抗老化性能中的应用，缓释微胶囊包括囊芯和囊壁，缓释微胶囊的囊芯为芳烃油，囊壁为造孔剂与聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚砜聚合物的复合材料。

缓释微胶囊的制备方法如下：

步骤一，将乳化剂溶解于水中得到连续相的溶液；

步骤二，将芳烃油和聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚砜聚合物溶于有机溶剂二氯甲烷中，搅拌溶解后加入造孔剂，形成的溶液为油相；

步骤三，将步骤二得到的油相加入到步骤一得到的连续相溶液中，经过1000r/min～3500r/min高速剪切2min～15min，低速搅拌至有机溶剂挥发，得到含有缓释微胶囊的悬浊液；

步骤四，将步骤三得到的悬浊液经过离心分离，所得沉淀物进行洗涤后经常温干燥得到所述缓释微胶囊。

所述乳化剂的质量浓度为0.5％～2％。

所述乳化剂为聚乙烯醇、明胶、烷基酚聚氧乙烯醚和吐温80中的一种或多种组合物。

所述芳烃油、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚砜聚合物和造孔剂的加入量按质量比为1:0.5～2:0.0005～0.1。

所述造孔剂为乙酸乙酯、正庚烷、丙酮或三氯甲烷。

一种缓释微胶囊，包括囊芯和囊壁，囊芯为芳烃油，囊壁为造孔剂与聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚砜聚合物的复合材料。

一种沥青，该沥青中添加了缓释微胶囊，缓释微胶囊包括囊芯和囊壁，囊芯为芳烃油，囊壁为造孔剂与聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚砜聚合物的复合材料。

所述缓释微胶囊的添加量为沥青质量的0.5％～3％。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本发明提供的缓释微胶囊的囊壁为造孔剂与聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚砜聚合物的复合材料，囊芯为芳烃油，在与沥青拌合时，达到触发温度后，在壁材表面留下微孔，微孔可以缓慢释放出芳香芬，以补充沥青老化过程中挥发的芳香芬组分，从而大大延缓沥青老化的进程，对于提高沥青路面的使用寿命具有十分重要的意义。

(Ⅱ)本发明的缓释微胶囊释放囊芯中的芳香芬是一个持续发生的过程，其从触发温度之后就开始对沥青有延迟老化的作用，因此相比现有的囊壁破裂释放再生剂技术能更及时的延缓沥青老化。

附图说明

图1为沥青样品老化前后复数模量与温度关系图。

图2为沥青样品老化前后相位角与温度关系图。

图3为实施例1制备的缓释微胶囊光学显微照片。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

缓释微胶囊按照一定比例置于沥青中，微胶囊高温触发温度范围为120～150摄氏度，经过高温触发后，微胶囊受到高温加热，微胶囊壁材中的造孔剂不断从壁材表面挥发，从而在壁材表面留下微孔，形成了微孔结构的微胶囊。这些微孔结构的微胶囊含有高浓度的芳香芬成分，在沥青老化过程中沥青组分中的芳香芬不断减少，从而造成微胶囊体系和沥青体系中的芳香芬浓度差，这种浓度差所导致的扩散通过微胶囊微孔不断释放出芳香芬进入沥青体系，从而使得沥青组分保持相对地稳定，得到具有优良抗老化的沥青

从图3中可以看出，本发明制备的缓释微胶囊的粒径大小在20～80微米，能清楚地显示出囊芯和囊壁构成的微胶囊形貌。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

本发明涉及的芳烃油是一种基础化工原料，它是一种由芳香烃、烷烃、胶质、沥青烯等物质构成的一种混合物，通常以芳香烃含量作为对芳烃油的分类,本发明涉及的造孔剂是添加于混合料中的一种物质，依靠其挥发而在最终产品中形成所需类型和数量的孔隙。

实施例1：

本实施例给出一种沥青，以质量百分数计，乳化剂质量浓度为2％，芳烃油、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物和造孔剂的加入量按质量比为1:1:0.01；缓释微胶囊加入量为沥青质量的3％。

其中：沥青为基质沥青70#。

基于本实施例的原料配方，本实施例沥青的具体制备过程如下所述：

步骤一，称取4g明胶溶于200ml去离子水中，得到明胶质量浓度为2％的连续相；

步骤二，分别称取2g芳烃油和2g聚甲基丙烯酸甲酯聚合物溶于20ml有机溶剂二氯甲烷中，搅拌使之溶解完全，并向其中加入0.02g乙酸乙酯造孔剂，形成的溶液为油相；

步骤三，将步骤二得到的油相慢慢加入到步骤一得到的连续相溶液中，经过高速剪切乳化，高速剪切速率为3500r/min，剪切时间为2min，然后在常温下，转速为300r/min搅拌6h至有机溶剂完全挥发，得到含有缓释微胶囊的悬浊液；

步骤四，将得到的悬浊液经过离心，得到的沉淀使用蒸馏水进行洗涤，得到的沉淀常温干燥得到缓释微胶囊。

步骤五，将缓释微胶囊按照沥青重量比的3％置于沥青中，加热搅拌，加热的温度为120℃，得到内含缓释微胶囊的沥青。

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0610-2011沥青旋转薄膜加热试验标准制备试验样品，采用动态剪切流变仪(DSR)，测定沥青的复数模量和相位角随温度的变化情况，测试结果如图1和图2所示，沥青的短期老化试验、针入度试验、延度试验及软化点试验测试结果如表1所示。

实施例2：

本实施例给出一种沥青，以质量百分数计，乳化剂质量浓度为1％，芳烃油、聚砜聚合物和造孔剂的加入量按质量比为1:0.5:0.0005；缓释微胶囊加入量为沥青质量的1％。

本实施例中对原料的要求和沥青的制备方法均与实施例1相同，所不同的是，采用乳化剂为聚乙烯醇，造孔剂为正庚烷，高速剪切速率为3000r/min，剪切时间为5min，高温触发温度为150℃。

本实施例测试方法与实施例1相同，测试结果如图1、图2及表1所示。

实施例3：

本实施例给出一种沥青，以质量百分数计，乳化剂质量浓度为0.5％，芳烃油、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物和造孔剂的加入量按质量比为1:2:0.1；缓释微胶囊加入量为沥青质量的0.5％。

本实施例中对原料的要求和沥青的制备方法均与实施例1相同，所不同的是，采用乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚，造孔剂为丙酮，高速剪切速率为2000r/min，剪切时间为8min，高温触发温度为140℃。

本实施例测试方法与实施例1相同，测试结果如图1、图2及表1所示。

实施例4：

本实施例给出一种沥青，以质量百分数计，乳化剂质量浓度为1％，芳烃油、聚砜聚合物和造孔剂的加入量按质量比为1:1:0.01；缓释微胶囊加入量为沥青质量的3％。

本实施例中对原料的要求和沥青的制备方法均与实施例1相同，所不同的是，采用乳化剂为吐温80，造孔剂为三氯甲烷，高速剪切速率为1000r/min，剪切时间为15min，高温触发温度为130℃。

本实施例测试方法与实施例1相同，测试结果如图1、图2及表1所示。

对比例1：

本对比例给出一种沥青，为没有添加微胶囊的未老化基质沥青70#。

本对比例测试方法与实施例1相同，测试结果如图1、图2及表1所示。

对比例2：

本对比例给出一种沥青，为经过沥青旋转薄膜实验得到的老化基质沥青70#。

本对比例测定沥青的复数模量和相位角随温度的变化情况，测试方法与实施例1相同，测试结果如图1和图2所示。

效果分析：

采用动态剪切流变仪可以表征在不同温度下沥青的复数模量和相位角的变化，当沥青发生老化时，沥青的复数模量会变大，其相位角会减小。图1及图2表明：基质沥青70#在老化后，复数模量数值增大，相位角变小，出现明显的老化特征；而添加不同比例的缓释微胶囊沥青的复数模量增加幅度变小，相位角减小的幅度也明显变小，老化程度大大减缓。结果表明添加了缓释微胶囊的沥青在老化过程中，不断释放出沥青老化过程中减小的挥发芳香芬成分，使得沥青组分保持相对地稳定，从而也极大地减缓了沥青老化的速度。

将实施例1-4所得到的抗老化沥青，以及对比例1基质沥青采用旋转薄膜烘箱(RTFO)进行短期老化试验，实验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中第T0610-2011条规定进行，沥青针入度试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》第T0604-2011条规定进行，沥青延度试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》第T0605-2011条规定进行，沥青软化点试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》第T0606-2011条规定进行。

试验结果如表1所示。

表1不同沥青老化前后性能。

从实验结果可以看出：基质沥青与掺入微胶囊的沥青经过短期老化试验后，其针入度变小，软化点变大，延度减小。与基质沥青老化相比，掺入微胶囊所制备的沥青的残留针入度有了较大的提高；软化点变化率在逐渐减小；残留延度变大。残留针入度越大，软化点变化率越小，残留延度越大，沥青的抗老化性能越好。实验结果表明在沥青中掺入本发明制备的缓释微胶囊，大大改善了基质沥青的抗老化性能。