一种核壳型缓释蓄盐抑冰剂及其制备方法和应用其制得的沥青混合料

本发明属于道路工程主动除冰雪，具体涉及一种核壳型缓释蓄盐抑冰剂及其制备方法和应用其制得的沥青混合料。

背景技术：

1、我国南方地区冬季多雨潮湿，当气温降到0℃时，沥青路面极易出现暗冰，经车轮碾压破碎后容易形成冰水混合物，覆盖抗滑构造层，导致路面抗滑性能大幅度降低，车辆在行驶过程中易发生打滑空转现象，对交通安全造成了极大隐患。

2、针对冬季特殊地区道路运营过程中因降雪、温差、高湿等因素导致路面形成薄冰层和积冰层等造成的交通问题，传统被动式除冰雪技术在应对“暗冰”问题时存在局限性与滞后性。转被动除冰方式为主动除冰，加快功能材料的跨领域应用、挖掘工程材料新功能，提升多环境影响因素作用下路面设施的耐候特性，保障交通运营环境安全，有望突破冬季道路运营困境。

3、主动除冰沥青路面的产生与发展为解决道路积雪与薄冰的问题提供了新的途径，而此路面技术的重点与难点在于适配性功能材料的研发与突破。一方面，目前主动型除冰材料的研发以低冰点材料为主，虽然含氯型低冰点材料拥有良好的抑冰能力，但因其对周围环境及道路结构不可避免的损伤，故研发趋势逐渐向非氯型、易降解型方向发展；另一方面，低冰点材料在掺入沥青混合料中后，受车辆荷载及周围环境的耦合作用，使得低冰点材料在非冬季损耗严重。因此，需要一种兼具环境友好与抑冰性能长效的融雪抑冰剂。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种核壳型缓释蓄盐抑冰剂及其制备方法和应用其制得的沥青混合料，该核壳型缓释蓄盐抑冰剂具备温敏特性且与沥青相容性良好，稳定性好，使用寿命长，抑冰效果显著。

2、为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种核壳型缓释蓄盐抑冰剂的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)将坡缕石和kh570分别分散于无水乙醇中，得到坡缕石悬浊液和kh570溶液；然后往坡缕石悬浊液中加入乙酸钠饱和溶液，超声分散、干燥后得到负载有乙酸钠的坡缕石；最后将负载有乙酸钠的坡缕石加入至kh570溶液中，即得到缓释蓄盐芯材；

5、(2)将羧甲基纤维素钠分散于去离子水中，得到羧甲基纤维素钠溶液；然后依次往羧甲基纤维素钠溶液中加入过硫酸铵、丙烯酸甲酯，得到预聚体溶液；最后预聚体溶液于加热条件下经聚合反应，得到高分子包膜聚合物；

6、(3)将缓释蓄盐芯材和高分子包膜聚合物混合，加热条件下充分搅拌混匀，干燥后得到核壳型缓释蓄盐抑冰剂。

7、本发明基于限制低冰点材料在非冬季损耗的想法，利用热塑性高分子膜三态转化的性质，采取自由基聚合法的方式，为缓释蓄盐材芯裹覆了一层具备温敏特性的高分子包膜聚合物。本发明的高分子包膜聚合物，以羧甲基纤维素钠为长链、丙烯酸甲酯为短链，使制得的高分子包膜聚合物在200℃下仍能保持良好的热稳定性，满足集料与沥青的施工温度，可添加至沥青混合料中使用；另一方面，经聚合而成的热塑性高分子包膜玻璃化转变区间为0～10℃，使得其物理状态能随温度变化而发生转变，即具备温敏特性。该特性主要表现为当外界温度高于玻璃转化温度时，高分子包膜呈现为高弹态；当外界温度低于其玻璃转化温度时，高分子包膜呈现为玻璃态。在外界冲击力的作用下，低温状态下呈玻璃态的高分子包膜聚合物会出现破碎，随着水分的不断渗入逐步形成溶液浓度差，使得内部被包裹的蓄盐材芯开始析出并迁移至路面发挥抑冰作用。当温度上升后，破碎的外壳会逐渐恢复高弹态从而自动修复，减少夏季雨水对该抑冰剂的影响，延长其使用寿命。

8、进一步地，步骤(1)中，坡缕石、乙酸钠饱和溶液和kh570的质量比为8～14：150～200：6～10.5。

9、进一步地，步骤(2)中，羧甲基纤维素钠、过硫酸铵和丙烯酸甲酯的质量比为0.6～1.2：0.03～0.06：10～20。

10、进一步地，步骤(2)中，加热温度为50～80℃，时间为1～3h。

11、进一步地，步骤(3)中，缓释蓄盐芯材和高分子包膜聚合物的质量比为1～1.25：1。

12、进一步地，步骤(3)中，加热温度为50～80℃，时间为1～3h。

13、本发明还提供了上述制备方法制得的核壳型缓释蓄盐抑冰剂，其核为kh570改性的负载有乙酸钠的坡缕石，壳为羧甲基纤维素钠接枝改性丙烯酸甲酯单体聚合后得到的高分子包膜聚合物。

14、本发明还提供了一种沥青混合料，包括上述核壳型缓释蓄盐抑冰剂，采用等体积替换法，将核壳型缓释蓄盐抑冰剂替代部分矿粉，制得沥青混合料。

15、本发明的沥青混合料，可依据jtg e20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》制备沥青混合料的基本方法制得，其中部分矿粉通过核壳型缓释蓄盐抑冰剂等体积替换。

16、本发明的优势在于：

17、(1)本发明的核壳型缓释蓄盐抑冰剂，在200℃下仍能保持良好的热稳定性且与沥青相容性良好，满足集料与沥青的施工温度，可直接添加至沥青混合料中使用。

18、(2)本发明的核壳型缓释蓄盐抑冰剂，具备温敏特性，安全性高，使用寿命长，抑冰效果显著。

技术特征：

1.一种核壳型缓释蓄盐抑冰剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，坡缕石、乙酸钠饱和溶液和kh570的质量比为8～14：150～200：6～10.5。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，羧甲基纤维素钠、过硫酸铵和丙烯酸甲酯的质量比为0.6～1.2：0.03～0.06：10～20。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，加热温度为50～80℃，时间为1～3h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，缓释蓄盐芯材和高分子包膜聚合物的质量比为1～1.25：1。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，加热温度为50～80℃，时间为1～3h。

7.权利要求1-6任一项所述的制备方法制得的核壳型缓释蓄盐抑冰剂，其特征在于，所述核壳型缓释蓄盐抑冰剂的核为kh570改性的负载有乙酸钠的坡缕石，壳为羧甲基纤维素钠接枝改性丙烯酸甲酯单体聚合后得到的高分子包膜聚合物。

8.一种沥青混合料，其特征在于，包括权利要求7所述的核壳型缓释蓄盐抑冰剂，采用等体积替换法，将核壳型缓释蓄盐抑冰剂替代部分矿粉，制得沥青混合料。

技术总结
本发明公开了一种核壳型缓释蓄盐抑冰剂及其制备方法和应用其制得的沥青混合料，所述核壳型缓释蓄盐抑冰剂的核为KH570改性的负载有乙酸钠的坡缕石，壳为羧甲基纤维素钠接枝改性丙烯酸甲酯单体聚合后得到的高分子包膜聚合物。该核壳型缓释蓄盐抑冰剂具备温敏特性，将其等体积替换部分矿粉，加入至沥青混合料中，与沥青相容性良好，稳定性好，使用寿命长，抑冰效果显著。

技术研发人员：金娇,文壮,刘帅,张扮,史金明,刘培,刘墨晗
受保护的技术使用者：长沙理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15