基于沥青道面除冰的温敏性自分泌微胶囊材料的制备与性能研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sleon001
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沥青是道路建设中被最广泛采用的一种重要的道面材料,沥青作为粘合剂提高了矿质材料抵抗路面损害的能力,具有振动小、噪音低、耐磨等优点。由于冬季气温较低,路面因降雪而积雪结冰,冰与路面紧密结合,大大降低了路面的附着系数,对道路的稳定性和交通安全带来了严重的不利影响。传统的被动除冰方法存在效率低、破坏路面、污染严重等缺点。新提出的主动除冰雪的方法通过改善材料自身的性能,使路面具备主动融冰化雪的功能,能够及时有效地除去路面的冰雪。在前期的研究中,主动除冰雪路面存在耐久性差和老化的问题,如何在不降低路面性能的条件下做到长效智能除冰成为了当前的研究热点。本论文以鸟类羽毛自分泌油脂的仿生防冰雪结构为灵感,以具有温度响应特性的控释微胶囊为基础,合成一种具有长效除冰功能的智能除冰沥青材料。其中自分泌微胶囊采用原位聚合法制备,以聚乙烯醇(PVA)/甲醚化六羟甲基三聚氰胺树脂(HMMM)作为复合囊壁,具有除冰效果的甘油作为芯材包覆其中。系统的研究了自分泌微胶囊的制备工艺、物理化学性能、沥青/自分泌微胶囊复合材料的力学性能和除冰性能。通过扫描电子显微镜(SEM)进行微胶囊的表面形貌分析,对微胶囊复合壳的结构进行了讨论。结果表明,微胶囊的壁材中PVA凝胶作为微胶囊的“门”镶嵌在HMMM骨架上,调节芯材的释放。通过纳米压痕技术对单个微胶囊的屈服应力进行了测试,1%PVA的微胶囊屈服应力为1.59 MPa,随着壁材中PVA的增加微胶囊的屈服应力减小,当PVA含量达到5%时,微胶囊的屈服应力为1.125 MPa仍能在沥青加工过程中保持完整。通过衰减全反射荧光变换红外光谱(ATR-FTIR)证实了该微胶囊沥青中均具有温度响应的自分泌特性,随着温度降低自分泌的速率增加。随着复合壳中PVA含量的增加,微胶囊的分泌速率提高。当壳中PVA含量达到5%时,微胶囊的自分泌速率达到阈值。通过对冰剪切力的分析,评价了沥青样品的冰抗力。研究发现,相比于纯沥青,沥青/自分泌微胶囊复合材料的冰剪切力明显降低,5%PVA的微胶囊/沥青复合材料的冰剪切力仅为纯沥青的18%,证明了复合材料的除冰能力。研究表明,这种沥青/自分泌微胶囊复合材料预期会在长效路面除冰方面有广泛的应用。
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