氧化石墨烯微片接枝改性环氧树脂及其改性沥青流变性能的研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.07.014

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (7): 87-92.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.07.014

氧化石墨烯微片接枝改性环氧树脂及其改性沥青流变性能的研究

刘双¹(), 韩美钊²

^1.黑龙江省交通投资集团有限公司，哈尔滨 150090
^2.哈尔滨工业大学交通科学与工程学院，哈尔滨 150090

收稿日期:2024-08-11 出版日期:2025-07-26 发布日期:2025-07-22
作者简介:刘双(1984-)，男，主要从事公路工程技术研究，120896328@qq.com
基金资助:
黑龙江省交通投资基团有限公司科研项目

Preparation of oxidized graphene nanoplatelet⁃modified epoxy resin and its effects on rheological properties of asphalt binder

LIU Shuang¹(), HAN Meizhao²

^1.Heilongjiang Transportation Investment Group Co，Ltd，Harbin 150090，China
^2.School of Transportation Science and Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，China

Received:2024-08-11 Online:2025-07-26 Published:2025-07-22

摘要/Abstract

摘要：

通过共价键接枝方法获得了表面接枝的三亚乙基四胺⁃氧化石墨烯微片（TETA⁃GOs），并以此作为固化剂进行环氧树脂改性沥青的制备，从而研究GOs的引入对环氧树脂改性沥青流变性能的影响。结果表明，TETA⁃GOs能够实现环氧树脂的固化，并且在沥青中形成更大体积的树脂颗粒；随着GOs引入至环氧树脂交联网络中，改性沥青的抗形变性能、高温性能等级以及抗车辙性能显著提升，但弹性恢复性能略有下降，材料黏性性能的占比增强。TETA⁃GOs/环氧树脂改性沥青的这一流变特性为高强度沥青路面的应用需求提供了一种可行的应用方案。

关键词: 氧化石墨烯微片, 环氧树脂, 改性沥青, 流变性能

Abstract:

This study developed triethylenetetramine⁃functionalized graphene oxide microchips （TETA⁃GOs） through covalent grafting and employed them as curing agents for epoxy⁃modified asphalt binders. The investigation focused on the influence of TETA⁃GOs on the rheological properties of the modified asphalt system. Characterization revealed that TETA⁃GOs effectively cured the epoxy resin， resulting in the formation of larger resin particle domains within the asphalt matrix. The incorporation of GOs into the epoxy crosslinking network significantly enhanced the binder's deformation resistance， elevated its high⁃temperature performance grade， and improved rutting resistance. While these modifications led to a marginal reduction in elastic recovery and an increased viscous component， the overall rheological improvements demonstrate the potential of TETA⁃GOs/epoxy resin composites for high⁃strength pavement applications. These findings provide a promising approach for developing advanced asphalt binders with superior mechanical performance.

Key words: oxidized graphene nanoplatelets, epoxy resin, modified asphalt, rheological property

中图分类号:

TQ323.5

刘双, 韩美钊. 氧化石墨烯微片接枝改性环氧树脂及其改性沥青流变性能的研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(7): 87-92.

LIU Shuang, HAN Meizhao. Preparation of oxidized graphene nanoplatelet⁃modified epoxy resin and its effects on rheological properties of asphalt binder[J]. China Plastics, 2025, 39(7): 87-92.

图/表 11

图1 TETA⁃GOs的制备流程

Fig.1 Preparation process of TETA⁃GOs

图2 环氧树脂/TETA⁃GOs改性沥青的制备流程

Fig.2 Preparation process of epoxy resin/TETA⁃GOs modified asphalt binder

沥青简称

环氧树脂

质量/g

固化剂

种类

含量/

mol%

基质沥青（对照组）

—

环氧/10 % TETA改性沥青（对照组）

TETA

环氧/10 % TETA⁃GOs改性沥青

TETA⁃GOs

表1 不同环氧树脂改性沥青的组成

Tab.1 Composition of various epoxy resin modified asphalt binders

图3 TETA接枝前后GOs的FTIR曲线

Fig.3 FTIR of GOs before and after TETA grafting

图4 TETA⁃GOs与环氧树脂反应前后的FTIR曲线

Fig.4 FTIR curves before and after the reaction of TETA⁃GOs with epoxy resin

图5 不同环氧树脂改性沥青的FM测试结果

Fig.5 FM test results for different epoxy resin⁃modified bitumen

图6 GOs引入对环氧树脂改性沥青G*的影响

Fig.6 Effects of GOs on the G* of epoxy resin modified asphalt binder

图7 GOs引入对环氧树脂改性沥青δ的影响

Fig.7 Effects of GOs on the δ of epoxy resin modified asphalt binder

温度/℃	基质沥青	环氧树脂/10 % TETA改性沥青	环氧树脂/10 % TETA⁃GOs改性沥青
温度/℃	RF/kPa	RF/kPa	RF/kPa
64	1.57	5.48	8.31
70	0.75	2.66	3.9
76	0.38	1.36	1.94
82	0.20	0.74	1.03
短期老化后
64	2.23	10.93	13.89
70	1.09	5.31	6.79
76	0.54	2.77	4.19
82	0.31	1.52	2.68
PG	64	76	82

表2 不同环氧树脂改性沥青的RF

Tab.2 RF of vairous epoxy resin modified asphalt binders

图8 GOs引入对环氧树脂改性沥青应变⁃时间曲线的影响

Fig.8 Effects of GOs on the strain⁃time curve of epoxy resin modified asphalt binder

类型/单位	R_0.1/%	R_3.2/%	J_nr0.1/kPa^-1	J_nr3.2/kPa^-1
基质沥青	2.02	0.24	2.27	2.58
环氧树脂/10 % TETA改性沥青	10.12	2.24	0.92	1.26
环氧树脂/10 % TETA⁃GOs改性沥青	9.68	1.97	0.67	0.86

表3 不同环氧树脂改性沥青的R及Jnr

Tab.3 R and Jnr of vairous epoxy resin modified asphalt binders

参考文献 22

[1]	季节，徐世法，罗晓辉，等.桥面铺装病害调查及成因分析［J］.北京建筑工程学院学报，2000（3）：33⁃39.
	JI J， XU S F， LUO X H， et al. Investigation and cause analysis of bridge deck pavement diseases［J］. Journal of Beijing Institute of Civil Engineering and Architecture， 2000（3）： 33⁃39.
[2]	Liang M， Xin X， Fan W， et al. Effects of polymerized sulfur on rheological properties， morphology and stability of SBS modified asphalt［J］. Construction and Building Materials， 2017， 150：860⁃871.
[3]	廖津和，罗美雯，陈海明.桥面铺装用环氧沥青混合料的制备及其性能研究［J］.化学工程师，2023，37（7）：96⁃99.
	LIAOJ H， LUO M W， Chen H M. Preparation and performance study of epoxy asphalt mixture for bridge deck pavement［J］. Chemical engineer， 2023， 37（7）： 96⁃99.
[4]	Yu X， Cheng H， Zhang M， et al. Graphene⁃based smart materials［J］. Nature Reviews Materials， 2017， 2：17046.
[5]	Han M， Muhammad Y， Wei Y， et al. A review on the development and application of graphene based materials for the fabrication of modified asphalt and cement［J］. Construction and Building Materials， 2021， 285（5）：122885.
[6]	钟庆军，全弘彬.道桥铺装用石墨烯复合改性环氧沥青及其混合料的性能研究［J］.中国建筑防水，2022（7）：5⁃7+36.
	ZHONG Q J， QUAN H B. Study on the performance of graphene composite modified epoxy asphalt and its mixture for road and bridge pavement［J］. China Building Waterproofing， 2022（7）：5⁃7+36.
[7]	解依乐，王晓洁，惠雪梅.石墨烯功能化及在改性环氧树脂复合材料应用中的研究进展［J］.化工新型材料，2022，50（1）：24⁃29.
	XIE Y L， WANG X J， HUI X M. Research progress on graphene functionalization and application of modified epoxy resin composites［J］. New chemical materials， 2022， 50（1）：24⁃29.
[8]	交通部公路科学研究所编.公路工程沥青及沥青混合料试验规程［M］.北京：人民交通出版社，2019：38⁃42，124⁃128.
[9]	AASHTO. Determining the rheological properties of asphalt binder using a dynamic shear rheometer （DSR）： T 315 ［S］. American Association of State Highway and Transportation Officials， 2023.
[10]	AASHTO. Standard specification for performance⁃graded asphalt binder： M 320 ［S］. American Association of State Highway and Transportation Officials， 2023.
[11]	AASHTO. Standard Test Method for Multiple Stress Creep and Recovery （M ） of Asphalt Binder Using a Dynamic Shear Rheometer： T 350［S］. American Association of State Highway and Transportation Officials， 2023.
[12]	Korolovych V F， Cherpak V， Nepal D， et al. Cellulose nanocrystals with different morphologies and chiral properties［J］. Polymer， 2018， 145： 334⁃347.
[13]	何丽红，马悦帆，杨克，等.水性有机硅改性环氧树脂的制备与性能［J］.材料导报，2024，38（3）：243⁃247.
	HE L H， MA Y F， YANG K， et al. Preparation and properties of waterborne silicone modified epoxy resin［J］. Materials Reports， 2024， 38（3）： 243⁃247.
[14]	李金伟，黄莉兰，辛清萍，等.醇胺改性氧化石墨烯的制备及二氧化硫吸附性能［J］.材料导报，2018，32（8）：1 224⁃1 229+1 246.
	LI J W， HUANG L L， XIN Q P， et al. Preparation and sulfur dioxide adsorption properties of ethanolamine⁃modified graphene oxide［J］. Materials Reports， 2018， 32（8）： 1 224⁃1 229+1 246.
[15]	He X， Fan X， Feng W， et al. Incorporation of micro fibrillated cellulose into collagen⁃hydroxyapatite scaffold for bone tissue engineering［J］. International Journal of Biological Macromolecules， 2018， 115：385⁃392.
[16]	李莹，张晨.聚氨酯/氨基修饰石墨烯泡沫复合材料微孔结构及性能研究［J］.中国塑料，2019，33（5）：7⁃13.
	LI Y， ZHANG C. Study on microporous structure and properties of polyurethane/amino modified graphene foam composites［J］. China Plastics， 2019， 33（5）： 7⁃13.
[17]	Ren Q， Feng L， Fan R， et al.Water⁃dispersible triethylenetetramine⁃functionalized graphene： Preparation， characterization and application as an amperometric glucose sensor.［J］. Materials Science & Engineering： C， 2016， 68： 308⁃316.
[18]	刘圣洁，曹旭，张钰林，等.水性环氧树脂复合改性乳化沥青固化行为及性能研究［J］.材料导报， 2024，38（24）：273⁃279.
	LIU S J， CAO X， ZHANG Y L， et al. Study on curing behavior and properties of composite modified emulsified asphalt of waterborne epoxy resin［J］. Materials Reports， 2024， 38（24）： 273⁃279.
[19]	Micaelo R， Pereira A， Quaresma L， et al. Fatigue resistance of asphalt binders： assessment of the analysis methods in strain⁃controlled tests［J］. Construction & Building Materials， 2015， 98： 703⁃712.
[20]	Han M， Tan Y， Leng Z， et al. Performance of oil⁃absorbing organogel polystyrene⁃stearyl methacrylate as a fume suppressant of asphalt binder［J］. Construction and Building Materials， 2023， 404： 133239.
[21]	黄峰，杨波，郝增恒，等.基于MSCR试验对老化前、后的易密实改性沥青高温性能研究［J］.公路，2023，68（8）：308⁃312.
	HUANG F， YANG B， HAO Z H， et al. Research on high⁃temperature properties of easily compacted modified asphalt before and after aging based on MSCR test ［J］. Highway， 2023， 68（8）： 308⁃312.
[22]	D'Angelo J， Dongre R. Practical use of multiple stress creep and recovery test［J］. Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board， 2009， 2126（2）：73⁃82.

氧化石墨烯微片接枝改性环氧树脂及其改性沥青流变性能的研究

Preparation of oxidized graphene nanoplatelet⁃modified epoxy resin and its effects on rheological properties of asphalt binder

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 11

参考文献 22

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	熊可维, 张明明, 刘文静, 张紫璇, 曹东伟, 夏磊, 魏红梅, 霍淑芳. 基于废旧胶粉的抗裂沥青制备与性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(8): 100-106.
[2]	陈自强, 张绍成, 张桂铭, 白丛启, 李国良. 多环境废旧橡胶改性沥青碎石封层基体结构黏结强度及路用性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(8): 107-112.
[3]	杜杰贵, 王鹏, 李懿峰, 李鸿翔, 李松. 掺石墨烯及其衍生物的SBS改性沥青研究进展[J]. 中国塑料, 2025, 39(8): 139-144.
[4]	刘岚彬, 刘召伟, 孙吉书, 郭艳芳, 濮夏天. HVA/改性蒙脱土/SBS高黏复合改性沥青耐久性研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(8): 19-25.
[5]	栾金明, 魏子豪, 刘恬希, 严石静, 徐伟华. 噻唑基有机磷阻燃剂的制备及其阻燃环氧树脂性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(8): 83-87.
[6]	勒德亮, 吴启民, 林忠华, 裴克梅. 水下混凝土修补用环氧树脂复合材料的制备及性能影响机理[J]. 中国塑料, 2025, 39(7): 17-21.
[7]	赵丹, 索书武, 沈继勇, 王鹏, 李海滨, 李志刚. SBS⁃秸秆生物炭复合改性沥青性能评价[J]. 中国塑料, 2025, 39(7): 80-86.
[8]	陈梦, 李文良, 张涛, 张文才, 杨喜英. 胶粉/SBS复合改性沥青抗老化性能与机理研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(5): 43-49.
[9]	宋昆朋, 白伟, 谢美娜, 何吉宇, 杨荣杰. 层状双氢氧化物原位生长ZIF⁃67纳米晶体用于阻燃环氧复合材料[J]. 中国塑料, 2025, 39(4): 31-36.
[10]	吴启民, 王伟民, 勒德亮, 林忠华, 裴克梅. 环氧树脂水泥砂浆修补材料的研究进展[J]. 中国塑料, 2025, 39(3): 109-113.
[11]	王波, 张乾, 高艳, 吴龙坤, 雷颖, 刘念杰. 功能型有机硅改性环氧树脂的研究新进展[J]. 中国塑料, 2025, 39(1): 126-131.
[12]	徐强祥, 张国平, 胡一红, 杨法勇, 赵琼阳, 李志刚. 脱硫胶粉/SBS改性沥青性能及机理研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(1): 13-18.
[13]	纪嘉骏, 张增平, 李俊辉, 施恩, 李清旭. 用于公路工程的环氧树脂密封胶的研究与应用进展[J]. 中国塑料, 2025, 39(1): 63-74.
[14]	曲道鹏, 张涛, 华晨曦, 宋欣雨, 程昌利, 刘禹, 王震宇. 高强电磁屏蔽环氧复合材料的3D打印工艺研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 24-29.
[15]	武伟红, 张竞, 张葛, 耿荣荣, 屈红强. 焦磷酸哌嗪@COF阻燃剂的制备及其对环氧树脂的阻燃作用[J]. 中国塑料, 2024, 38(8): 88-93.