一种路用防冰隔离剂的制作方法

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种可应用于路面结构的防冰隔离剂。

背景技术：

交通运输是国家经济发展的先决条件和基础设施，是现代人类社会的生存基础，是国土开发、城市和经济布局形成的重要因素，同时也是资源配置和宏观调控的重要工具。然而，由于我国南北方气候的差异，北方路面易积雪成冰，在我国较湿润的南方，冬季的道路养护工作也面临冰雪灾害的严重威胁。冻雨是南方初冬或冬末春初时节常见的一种灾害性天气，由于冬季空气湿润，冻雨较多，在遇到温度低于0℃的物体时，就会立刻结冰，这些气候因素大大降低了车辆轮胎在路面上附着系数(数据显示，干燥的沥青路面的附着系数约为0.6，而积雪路面的附着系数约为0.2，结冰路面的附着系数约为0.15)，同时在跨江跨海大桥上由于湿气太重，更易在路面上结冰，这给道路畅通和行车安全带来严重的威胁，进而导致冬季交通事故频发，高速公路停运，国民经济损失巨大等严重后果。

早期解决冰冻问题主要是采用融雪盐、人工除冰、路面加热或采用微纳米结构构建疏水材料表面，但大量使用融雪盐导致氯离子对路面结构材料的大量腐蚀，人工除冰使用的尖锐器械很易破坏路面结构，同时路面加热使得路面局部温度过高，使得沥青极易老化，这些都会给来年路面结构的破坏，路面大修带来进一步的隐患，同时疏水材料对结冰的冰面仍然具有100～500kpa的粘附力，这导致结冰路面在车辆的碾压下很难破冰，交通出行仍然带来很大障碍。最近，p.irajizad等人采用应力局部化的概念，开发了运用材料界面的弹性能定位来剪切界面从而实现应力破坏冰粘附的问题，但是他们使用弹性体的材料是一种光滑涂层，不但难以与路面或其他表面结合，而且运用于路面会导致车轮摩擦性能急剧下降。刘国军等人利用超疏水的聚二甲基硅氧烷和季胺化的甲基丙烯酯构建了一种janus棉布纤维应用于油水乳液的分离，该材料虽具备较好的疏水性，但没有考虑到对基材的粘附性问题。

综上所述，开发一种能在路面结构上稳定存在，不影响路面结构的摩擦系数，又使得冻雨、过冷水或冰不易粘附在路面上的路用防冰雪涂层材料是交通运输行业亟待解决的问题，具有极大的社会意义和经济效益。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能在路面结构上稳定存在，不影响路面结构的摩擦性能，使得冻雨、过冷水或冰不易粘附在路面上，易于清除，或在车轮的行驶压力下自然破冰的路面防冰隔离剂。

针对上述目的，本发明所采用的路面防冰隔离剂由改性醚胺化烷基硅油乳液和亲水性聚氨酯组成，所述的改性醚胺化烷基硅油乳液由1～3质量份单硬脂酸甘油脂、1.5～3质量份乙二胺二乙酸、0.5～2质量份烷基糖苷apg2000、0.05～0.5质量份硅酸镁铝、30～60质量份醚胺化烷基硅油、50质量份水组成；其中，所述的醚胺化烷基硅油是将100质量份聚醚胺、10～45质量份端乙烯基硅油混合，在70～90℃搅拌反应6～12h得到的淡黄色粘稠物。

作为优选，上述的改性醚胺化烷基硅油乳液由2～2.5质量份单硬脂酸甘油脂、2～2.5质量份乙二胺二乙酸、1～1.5质量份烷基糖苷apg2000、0.2～0.3质量份硅酸镁铝、45～55质量份醚胺化烷基硅油、50质量份水组成。

上述改性醚胺化烷基硅油乳液的制备方法为：按照质量份组成，将单硬脂酸甘油脂、乙二胺二乙酸、烷基糖苷apg2000、硅酸镁铝溶于水中，使其完全溶解，然后缓慢加入醚胺化烷基硅油，在20～50℃下进行乳化，得到白色乳状液，即为改性醚胺化烷基硅油乳液。

作为优选，所述的醚胺化烷基硅油是将100质量份聚醚胺、35～40质量份端乙烯基硅油混合，在80℃搅拌反应6～12h得到的淡黄色粘稠物。

上述的聚醚胺为聚醚胺d400、聚醚胺d2000、聚醚胺t5000中任意一种或两种以上，优选聚醚胺d2000。

上述的端乙烯基硅油的数均分子量为2000～15000da，优选端乙烯基硅油的数均分子量为5000～6000da。

上述的亲水性聚氨酯优选亲水性聚氨酯dm-1。

上述的路用防冰隔离剂在使用时，将50质量份改性醚胺化烷基硅油乳液与5～20质量份亲水性聚氨酯搅拌均匀，得到的复合泡沫乳液快速喷洒于路面上，2～3h后在路面形成一层防冰隔离剂涂层。

作为优选，上述的路用防冰隔离剂在使用时，将50质量份改性醚胺化烷基硅油乳液与10～15质量份亲水性聚氨酯搅拌均匀，得到的复合泡沫乳液快速喷洒于路面上，喷洒量为0.2～1.0kg/m²，2～3h后在路面形成一层防冰隔离剂涂层。

本发明的有益效果如下：

1、本发明首先合成醚胺化烷基硅油，使用的方法是无溶剂加成反应。选用的化学试剂为聚醚胺和端乙烯基硅油，聚醚胺分子链的两端含有两个或三个端伯氨基，在加热的条件很容易与乙烯基硅油分子链两端的乙烯基发生加成反应，使得不饱和的乙烯基硅油反应成为醚胺化烷基硅油，由于聚醚胺的含量大大过量乙烯基硅油的摩尔当量，因此聚醚胺与乙烯基硅油的两端双键完全加成，形成类似于bola表面活性剂的性能，即中间的链段分子由于硅氧烷的作用形成了极高的表面张力，两端的聚醚胺形成亲水性的局域表面张力。之后将该醚胺化烷基硅油使用乳化剂进行乳化，得到环境友好性的改性硅烷化醚胺乳液，该乳液与亲水性聚氨酯发生点击化学反应，2h以后发生交联形成三维热固性防冰隔离剂。

2、本发明防冰隔离剂中使用的硅酸镁铝与路面结构的石料化学成分相似，同时聚氨酯强粘附性使得该涂层和路面紧紧粘附成为一体，防止轮胎的磨耗，在路面结构的外层暴露着硅烷分子链，该分子结构具有优异的疏水能力，当水、过冷水或冷雨沉积在喷洒了粘附性硅氧烷涂层上面后，硅烷分子链就会急剧排斥水分子在上面停留，或会形成一层屏障使得水或冰不易在上面粘附，最终形成一层防冰隔离涂层，使得冰很容易清除，大大节省劳动力，避免交通事故发生，提高冬季车辆出行质量。

附图说明

图1是马歇尔试件上防冰隔离涂层对冰的粘附性，其中(a)为石油沥青马歇尔试件；(b)为喷洒实施例2防冰隔离剂的马歇尔试件；(c)为喷洒实施例6防冰隔离剂的马歇尔试件。

图2是马歇尔试件上防冰隔离涂层的二次结冰图，其中(a)为石油沥青马歇尔试件；(b)为喷洒实施例6防冰隔离剂的马歇尔试件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但是本发明的保护范围不仅限于这些实施例。

实施例1

将50.0g聚醚胺d2000、5.0g数均分子量为6000的端乙烯基硅油混合，在80℃下搅拌反应10h，得到淡黄色粘稠物，即醚胺化烷基硅油。将2.5g单硬脂酸甘油脂、2.0g乙二胺二乙酸、1.5g烷基糖苷apg2000、0.1g硅酸镁铝溶于50.0g水中，使其完全溶解，然后室温下(25℃)边搅拌边缓慢加入50.0g醚胺化烷基硅油，得到白色乳状液，即为改性醚胺化烷基硅油乳液。

将50.0g改性醚胺化烷基硅油乳液与5.0g亲水性聚氨酯dm-1混合搅拌2min，得到复合泡沫乳液，即防冰隔离剂。

实施例2

按照实施例1的方法制备改性醚胺化烷基硅油乳液。将50.0g改性醚胺化烷基硅油乳液与10.0g亲水性聚氨酯dm-1混合搅拌2min，得到复合泡沫乳液，即防冰隔离剂。

实施例3

按照实施例1的方法制备改性醚胺化烷基硅油乳液。将50.0g改性醚胺化烷基硅油乳液与20.0g亲水性聚氨酯dm-1混合搅拌2min，得到复合泡沫乳液，即防冰隔离剂。

实施例4

将50.0g聚醚胺d2000、10.0g数均分子量为6000的端乙烯基硅油混合，在80℃下搅拌反应10h，得到淡黄色粘稠物，即醚胺化烷基硅油。然后按照实施例1的方法制备改性醚胺化烷基硅油乳液。将50.0g改性醚胺化烷基硅油乳液与10.0g亲水性聚氨酯dm-1混合搅拌2min，得到复合泡沫乳液，即防冰隔离剂。

实施例5

将50.0g聚醚胺d2000、20.0g数均分子量为6000的端乙烯基硅油混合，在80℃下搅拌反应10h，得到淡黄色粘稠物，即醚胺化烷基硅油。然后按照实施例1的方法制备改性醚胺化烷基硅油乳液。将50.0g改性醚胺化烷基硅油乳液与10.0g亲水性聚氨酯dm-1混合搅拌2min，得到复合泡沫乳液，即防冰隔离剂。

实施例6

将50.0g聚醚胺d2000、20.0g数均分子量为15000的端乙烯基硅油混合，在80℃下搅拌反应10h，得到淡黄色粘稠物，即醚胺化烷基硅油。然后按照实施例1的方法制备改性醚胺化烷基硅油乳液。将50.0g改性醚胺化烷基硅油乳液与15.0g亲水性聚氨酯dm-1混合搅拌2min，得到复合泡沫乳液，即防冰隔离剂。

实施例7

将50.0g聚醚胺d2000、10.0g数均分子量为6000的端乙烯基硅油混合，在80℃下搅拌反应10h，得到淡黄色粘稠物，即醚胺化烷基硅油。然后按照实施例1的方法制备改性醚胺化烷基硅油乳液。将50.0g改性醚胺化烷基硅油乳液与20.0g亲水性聚氨酯dm-1混合搅拌2min，得到复合泡沫乳液，即防冰隔离剂。

实施例8

将50.0g聚醚胺d2000、10.0g数均分子量为6000的端乙烯基硅油混合，在80℃下搅拌反应10h，得到淡黄色粘稠物，即醚胺化烷基硅油。然后按照实施例1的方法制备改性醚胺化烷基硅油乳液。将50.0g改性醚胺化烷基硅油乳液与5.0g亲水性聚氨酯dm-1混合搅拌2min，得到复合泡沫乳液，即防冰隔离剂。

为了验证本发明的有益效果，发明人对实施例1～8的防冰隔离剂的性能分别进行测试，具体测试方法如下：

1、防冰隔离剂在马歇尔试件上的耐磨耗性能

将防冰隔离剂涂刷在马歇尔切片试件上，涂层的涂刷量为0.5kg/m²；待涂层干燥后，采用热融的沥青将切片试件调平，粘结在油毡上；之后按照《公路工程——沥青及沥青混合料实验规程jtj052-2000》中的《t0752-1993乳化沥青稀浆封层混合料湿轮磨耗实验》的试验方法，使用湿轮磨耗仪磨耗涂层5min，然后将试件晾干，计算损耗面积，以马歇尔试件的原面积(直径为10cm的圆，25πcm²)作为参比，分别计算实施例1～8的防冰隔离剂在湿轮磨耗下的涂层相对参比的损耗百分比，结果如表1所示。

2、防冰隔离涂层对轮胎的摩擦系数

试验操作步骤参照《公路路基路面现场测试规程jtj059-95》(t0964-95)，将实施例1～8的防冰隔离剂分别喷洒在路面上进行测试，选取路面两个轮迹带处，每个断面平行测试三处，取平均值为该断面的摩擦系数。同时，测定石油沥青铺筑的路面摩擦系数，作为参照对象。其测试数据如表1所示。

3、将实施例1～8的防冰隔离剂分别分涂覆于平整的铁板上，待完全干燥后测试其水接触角，每个样品测试3次，并计算平均值。其结果如表1所示。

表1路用防冰隔离剂涂层使用的性能参数

影响涂层性能的主要因素为抗冰雪粘附的能力、抗车轮磨耗损失量以及对车辆抗滑摩擦系数。根据表1的数据结果可知，醚胺化烷基硅油中硅油的含量会影响抗冰雪粘附的能力及车辆抗滑摩擦系数，硅油含量越高抗冰粘附能力越强，但会降低车辆抗滑摩擦系数，但适量亲水性聚氨酯dm-1通过固化醚胺化烷基硅油，可提高车辆的抗滑摩擦系数，即提高车辆的行驶安全性。另外，在保证路面车辆安全性行驶的条件下，相比于石油沥青平整层的平均接触角62.5°，实施例1～8的防冰隔离剂形成涂层的接触角均大于100°，证明该涂层属于高度疏水的表面，进一步表明该涂层具有优异的抗冰雪粘附能力。

4、在马歇尔试件上测试防冰隔离涂层对冰的粘附性

分别将实施例2和6的防冰隔离剂涂刷在马歇尔切片试件上，涂层的涂刷量为0.5kg/m²；待涂层干燥后浸泡在水缸中，并冻入-20℃的恒温湿度箱中12h。同时以马歇尔试件上未涂覆涂层的原始石油沥青混合料作为对照试件。如图1a所示，12h后在马歇尔对照样试件上冻结了一厚层冰层，并使用1kg的机械力进行定高击打，发现不但冰层未破碎，而且冰层与马歇尔试件粘附很紧；而在马歇尔试件上涂刷实施例2和实施例6的防冰隔离剂后形成的涂层使用1kg的机械力进行定高击打(见图1b和图1c)，发现冰层很易击碎，并从试件上脱离下来，表明该涂层能防止冰层在试件上粘附，可作为防冰隔离涂层。

5、马歇尔试件上防冰隔离涂层的二次结冰试验

将结冰清除后的石油沥青马歇尔试件及涂刷实施例6防冰隔离剂的马歇尔试件上分别放置相同规格的冰块(底面直径8cm，高5cm)，放置于-20℃的恒温湿度箱中2h后，取出观察其二次结冰现象，结果发现石油沥青马歇尔试件上的冰块牢牢粘附于马歇尔试件上，而涂刷实施例6防冰隔离剂的马歇尔试件上的冰块很易脱落，这表明涂覆涂层马歇尔试件能防止冰块在试件上的二次结冰，同时未发生冰粒粘附，进一步证明该涂层是高效有益的防冰隔离涂层。