红外光谱法对环氧沥青固化机理的研究

 

本文采用红外光谱法对进口环氧树脂（A）、含固化剂沥青(B1~B2）在120℃固化温度下跟踪其基团在固化反应中特征吸收峰的变化情况，分析环氧沥青的固化机理和固化工艺条件旨在为进一步开展沥青改性及高强沥青混凝土材料的研究打下基础。

仪器及实验条件

本实验使用的是NicOlet170SX傅里叶变换红外光谱仪固化温度为120℃。

样品

本实验使用进口环氧树脂(A）、含固化剂的沥青(B1、B2）。

实验步骤

将环氧树脂(AD含固化剂的沥青((B1、B2)按一定的质量比混合均匀在固化前及在固化温度120℃下固化5min，15min，35min，75min，240min进行测试。

结果与讨论

进口环氧树脂(ADG含固化剂的沥青(B1、B2）是大型公路桥梁的桥面铺装材料。沥青((B1、B2)分别作为粘合料、结合料使用。为了对其固化机理有一个较全面的认识，本工作按照上述试验步骤，用红外光谱跟踪固化反应过程，其结果如下图所示。

比较固化前后的红外光谱图可以发现沥青B1中酸羰基(=O）在1709cm-1处吸收峰随固化时间的延长而下降脂羰基(=O）在1739cm-1处吸收峰随固化时间的延长而增加G沥青B2中酸羰基(=O)在1709cm-1处吸收峰开始时随固化时间的延长而增加固化15min后开始下降脂羰基(=O)在1739cm-1处吸收峰随固化时间延长而增加O该基团特征吸收峰的变化，比较固化前后917cm-1处吸收峰(属于端基环氧伸缩振动)的变化，可以看出，随着固化时间的增加，吸收峰先由小逐渐变大，在固化35min后开始下降，在固化240min后，该吸收峰基本消失。

环氧树脂是指至少含有两个环氧基的高分子低聚物，当与固化剂发生化学反应后成为三维网状结构的热固性材料。从酸羰基(1709cm-1)及环氧基(917cm-1)这两个特征吸收峰的变化可以清楚看出：

• 在沥青B1B2中所含的固化剂为二(多)元羧酸；
• 在恒定固化温度(120C)下该体系固化约4h固化反应基本完成；
• 1739cm-1处的特征吸收峰是羧基阴离子与环氧基开环形成酯键的结果。

因此环氧沥青固化反应机理是：首先是碱(催化剂)与二(多)元羧酸反应形成羧酸根负离子在此基础上再与环氧基反应。