Gomma

Scientific Reports volume 6, numero articolo: 18882 (2016) Citare questo articolo

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Questo articolo riporta la facile preparazione, le prestazioni meccaniche e la viscoelasticità lineare dei compositi di asfalto epossidico simile alla gomma (EAC) polimerizzati con polieterammina con diversi contenuti di asfalto. Rispetto ai precedenti EAC preparati tramite reazioni chimiche complesse e una lunga polimerizzazione ad alta temperatura, gli EAC qui riportati sono stati ottenuti utilizzando una polieterammina bifunzionale compatibile e un semplice processo di co-miscela fisica, che rende gli EAC facilmente scalabili per la produzione ad un costo inferiore. Gli EAC sono stati polimerizzati per 1 ora a 160 °C e 3 giorni a 60 °C; pertanto tali compositi possono essere immediatamente aperti al traffico. Gli EAC hanno una stabilità alla temperatura molto maggiore rispetto ai comuni compositi di asfalto modificato con polimero termoplastico da -30 ° C a 120 ° C, ma i loro moduli di taglio complessi a temperature più elevate diminuiscono leggermente invece di rimanere costanti quando le temperature sono superiori a 80 ° C, in particolare per i compositi a più alto contenuto di asfalto; cioè, questi compositi sono quasi termoindurenti. I grafici a wicket illustrano che gli EAC qui riportati sono materiali termoreologici semplici e le curve principali sono costruite e ben adattate da funzioni del modello sigmoidale logistico generalizzato. Questa ricerca fornisce un metodo semplice ed economico per la preparazione di EAC polimerizzati con polieterammina che possono essere aperti immediatamente al traffico e il concetto di quasi-termoindurente può facilitare lo sviluppo di EAC più economici per applicazioni avanzate.

L'asfalto è stato utilizzato per pavimentare le strade per centinaia di anni, grazie alle sue proprietà adesive e impermeabili e alla sua capacità di essere prodotto in grandi quantità1. Come un tipico materiale viscoelastico, l'asfalto scorre a temperature più elevate e diventa fragile a temperature più basse. Per ridurre la sua suscettibilità termica, sono state impiegate co-miscele fisiche e modifiche chimiche. I modificatori fisici includono stirene-butadiene-stirene (SBS), polipropilene, polietilene, nanomateriali e fibre. Zolfo, anidride maleica e acidi dicarbossilici, acido polifosforico, resina epossidica, tiourea e altri polimeri SB/SBS funzionalizzati sono stati fatti reagire con il principio attivo dell'asfalto per migliorare chimicamente le prestazioni di pavimentazione dell'asfalto2,3,4,5,6,7, 8. Sebbene questi metodi abbiano migliorato in una certa misura le prestazioni di pavimentazione dell'asfalto, attualmente non possono soddisfare le rigorose esigenze di volumi di traffico superiori a causa della loro natura termoplastica; pertanto, si ritiene che i compositi termoindurenti di asfalto epossidico (EAC) siano la scelta migliore per migliorare la durabilità delle strade trafficate9,10,11.

Tipicamente, gli EAC sono sistemi bicomponenti che risultano dalla reazione dell'asfalto con agenti indurenti (componente A) con resine epossidiche (componente B). In base ai loro agenti indurenti, gli EAC sono classificati come sistemi amminici o sistemi acidi9,12,13,14,15. Le tipiche condizioni di polimerizzazione in laboratorio di un sistema EAC acido sono 4 ore a 120 °C; tuttavia, nel sito di pavimentazione in cui l'EAC è esposto all'atmosfera, la temperatura non può essere mantenuta a 120 °C per più di 1 ora durante il processo di pavimentazione; di conseguenza, per ottenere prestazioni equivalenti a quelle di laboratorio, secondo l'equazione empirica di Arrhenius della teoria della velocità di reazione chimica, i siti pavimentati tramite i sistemi EAC acidi dovrebbero essere mantenuti naturalmente in piena estate per circa 45 giorni16,17,18, 19,20,21. Un tipico processo di costruzione è mostrato in Fig. 1. Inoltre, sia i sistemi di agenti indurenti amminici che quelli acidi vengono preparati attraverso percorsi di sintesi complessi o utilizzano materie prime non disponibili, il che aumenta notevolmente i costi12,22,23,24. Yin et al. hanno riportato EAC polimerizzati con ammina alifatica (ottadecilammina, CH3(CH2)16CH2NH2) per 1 ora a 150 °C e 3 giorni a 60 °C25. Si tratta senza dubbio di un approccio promettente per lo sviluppo di PAO in grado di essere immediatamente aperti al traffico. Tuttavia, la scarsa compatibilità tra ottadecilammina, asfalto e resina epossidica limita il contenuto di asfalto a 40,0 g per 100,0 g di resina epossidica, il che si traduce in un costo più elevato.