一种甲氧基封端的超支化水泥混凝土路面填缝胶的研究

摘要

中国的道路建设的步伐随着我国随着经济的发展一直在迅速扩张，从未停下过步伐，水泥混凝土道路在我国道路建设中始终占据着主导地位，然而其使用寿命又与填缝材料的好坏息息相关，因此性能优良，价格便宜的路面填缝材料是一个困扰着世界的难题。目前，国际上发达国家应用最广泛的路面填缝材料是硅酮填缝胶，性能优良，但造价太高；我国应用最广泛的填缝胶是聚氨酯填缝胶，性价比高；但是其交联固化基团是异氰酸酯基，易与活泼氢反应，释放出CO2气体，造成胶层起泡，影响填缝胶的性能及使用寿命。
　　本研究旨在解决有机硅改性聚氨酯填缝胶的怕水问题。制备了一种硅羟基封端的新型有机硅改性聚氨酯填缝胶。同时制备一种甲氧基封端的超支化聚胺-酯，用来代替甲基三甲氧基硅烷作为交联剂，超支化聚合物末端大量的甲氧基基团会使体系更加容易交联固化，反应时间快，交联固化更彻底。该新型填缝胶反应过程中无溶剂，交联固化过程中不生成其它产物或气体。使用时只需挤出至填缝中即可，操作简单，安全环保，对环境无污染。而且其生产成本不高，远远低于硅酮胶的造价。
　　本研究主要由以下几部分组成：
　　(1)新型有机硅改性聚氨酯填缝胶的制备
　　先制备异氰酸酯基(NCO)封端的聚氨酯预聚体，再加入端羟基聚二甲基硅氧烷，得到硅羟基封端的聚氨酯预聚体，然后加入填料，再加入增塑剂，交联剂和催化剂等助剂搅拌混合搅拌均匀，即为新型有机硅改性聚氨酯填缝胶。
　　(2)新型有机硅改性聚氨酯填缝胶的性能研究
　　探讨两种聚醚多元醇不同比例时填缝胶的性能优劣；探讨端羟基聚二甲基硅氧烷的用量对填缝胶性能的影响；探讨气相二氧化硅及重质碳酸钙的用量对填缝胶的性能影响。结果表明，当聚醚2000/3050为13/11时，NCO/OH=2.0，Si-OH/NCO=1.6时，选取聚氨酯预聚体100份、交联剂5-7份、纳米碳酸钙20-40份、气相二氧化硅6-10份、增塑剂0-4份、催化剂0.010-0.015份时，有机硅改性聚氨酯填缝胶的性能最优，其拉伸强度为0.66 MPa，断裂伸长率达到433％，粘结强度达到0.48 MPa。
　　(3)超支化聚胺-酯的合成及表征
　　以丙烯酸甲酯和二乙醇胺的产物为AB2单体，以三羟甲基丙烷为核分子，以对甲苯磺酸为催化剂，反应制备G1、G2、G3。并对产物进行IR、羟值、元素分析、分子量分布以及TGA等测定。结果表明，制备的超支化聚胺-酯末端含有大量的羟基且热稳定性优良，完全可以用于改性。
　　(4)端羟基超支化聚胺-酯的改性
　　用3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷改性端羟基超支化聚胺-酯，得到甲氧基封端的超支化聚胺-酯，对其进行IR、羟值以及TGA的测定，结果表明，我们的改性是成功的，说明我们得到了一种末端含有大量甲氧基和少量羟基且热稳定性非常好的超支化聚胺-酯。
　　(5)超支化聚胺-酯替代交联剂后填缝胶的性能研究
　　分别用G1、G2、G3三代超支化聚合物替代配方中的交联剂，测试不同含量的性能。结果表明，当G2样品含量达到4.5%时，填缝胶性能最优，其拉伸强度为0.98 MPa，断裂伸长率达到489%，粘结强度达到0.68 MPa。

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第一章 绪 论

1.1 超支化聚合物的研究进展

1.2 水泥混凝土路面填缝材料的研究进展

1.3 选题的目的与意义

1.4 本论文的创新点

第二章 新型有机硅改性聚氨酯填缝胶的制备

2.1 实验方案的选择

2.2 实验仪器及药品

2.3 实验药品的前期处理

2.4 有机硅改性聚氨酯填缝胶的制备

2.5 小结

第三章 有机硅改性聚氨酯填缝胶的性能研究

3.1 主要测试仪器设备

3.2 性能测试方法

3.3 结果与讨论

3.4 小结

第四章 端羟基超支化聚胺-酯的制备与表征

4.1 引言

4.2 实验药品及仪器

4.3 超支化聚胺-酯的制备

4.4 超支化聚胺-酯的表征方法

4.5 小结

第五章 甲氧基封端的超支化聚胺-酯的制备与表征

5.1 引言

5.2 超支化聚胺-酯的改性

5.3 测试结果

5.4 小结

第六章 甲氧基封端的超支化聚胺-酯替代填缝胶中交联剂的性能研究

6.1 前期准备

6.2 主要测试仪器设备

6.3 性能测试方法

6.4 性能测试结果

6.5 小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2前景展望

参考文献

致谢

附录