生物质材料合成环氧沥青(国家自然科学基金).doc
- 文档编号:8950982
- 上传时间:2023-05-16
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生物质材料合成环氧沥青(国家自然科学基金).doc
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国家自然科学基金申请书
申请代码:
受理部门:
收件日期:
受理编号:
第15页版本1.003.888
国家自然科学基金
申请书
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资助类别:
亚类说明:
附注说明:
项目名称:
申请者:
电话:
依托单位:
通讯地址:
邮政编码:
单位电话:
电子邮件:
申报日期:
2006年3月1日
国家自然科学基金委员会
基本信息7IeOqrU/
申请者信息
姓名
性别
女
出生
年月
1958年8月
民族
回族
学位
硕士
职称
研究员
主要研究领域
森林化学
电话
025-85482453
电子邮件
xiajianling@
传真
025-85482454
个人网页
工作单位
中国林业科学研究院/林产化学工业研究所
在研项目批准号
依托单位信息
名称
代码
10009101
联系人
秦全胜
电子邮件
qqsh@
电话
010-62889067
网站地址
合作单位信息
单位名称
代码
40006703
项目基本信息
项目名称
资助类别
面上项目
亚类说明
自由申请项目
附注说明
申请代码
C02060103:
森林化学
基地类别
预计研究年限
2006年1月—2008年12月
研究属性
应用基础研究
摘要
(限400字):
环氧沥青混凝土为强度高、耐候性和耐腐蚀性好的路面材料。
美国60年代就用于高强路面的铺装。
因环氧体系与沥青体系不相容这一技术壁垒,国内至今不能生产该材料。
但需求量与日俱增。
南京长江二桥、三桥及润扬大桥等桥面铺装均采用美国的材料。
近年来国内对环氧沥青混凝土铺装工程研究较多,但对其制备研究未见报道。
本研究目的是以生物质资源等为原料创新合成环氧树脂分散到沥青中的绿色化学品相容剂,探求环氧沥青混合与固化反应机理,筛选使环氧沥青固化体系力学性能及可操作性均佳的固化剂。
通过对环氧沥青混凝土材料性能研究,找出提高路面的抗车辙能力、低温变形能力以及耐久性的途径。
本研究关键是绿色化学品相容剂的合成并解决石油沥青和环氧树脂的相容性问题;探讨固化剂的结构对固化体系性质的影响;探讨环氧树脂/石油沥青互穿网络结构对固化体系性质的影响.本研究对于打破国外技术垄断,促进优质环保高强度路面材料在我国应用具有重要的指导意义。
关键词(用分号分开,最多5个)
生物质资源;环氧沥青混凝土;相容剂;结构与性能
项目组主要成员(注:
项目组主要成员不包括项目申请者,国家杰出青年科学基金类项目不填写此栏。
)
编号
姓名
出生年月
性别
职称
学位
单位名称
电话
电子邮件
项目分工
每年工作时间(月)
1
1966-2-8
男
副研究员
博士
中国林业科学研究院林产化学工业研究所
025-85482529
niexiaoan@
结构与性能的研究
6
2
1965-7-19
男
研究员
博士
重庆交通科研设计院
023-62458777
chenshizhou@
环氧沥青混凝土性能
6
3
1979-12-9
女
助理研究员
硕士
重庆交通科研设计院
023-62458777
caoxuejuan@
环氧沥青混凝土分析
8
4
1982-04-21
男
硕士生
学士
中国林业科学研究院林产化学工业研究所
025-85482453
maotsedong@
合成和微观构相的研究
10
5
6
7
8
9
总人数
高级
中级
初级
博士后
博士生
硕士生
5
3
1
1
说明:
高级、中级、初级、博士后、博士生、硕士生人员数由申请者负责填报(含申请者),总人数自动生成。
经费申请表(金额单位:
万元)
科目
申请经费
备注(计算依据与说明)
一.研究经费
23.3000
1.科研业务费
7.3000
(1)测试/计算/分析费
2.3000
电子显微镜试验;小角X射线衍射试验;傅里叶红外试验;材料力学性能测试等
(2)能源/动力费
1.5000
水、电费等,按投入2间实验室
(3)会议费/差旅费
1.7000
按4-5人次,平均差旅费用为2500-3000元/人次,会务费800元/人次
(4)出版物/文献/信息传播费
1.3000
资料费、论文版面费、专利申请费
(5)其它
0.5000
与合作单位交流、通讯费等
2.实验材料费
4.5000
(1)原材料/试剂/药品购置费
4.0000
原材料、化学试剂、专业玻璃仪器等
(2)其它
0.5000
原材料采集、运输及其它不可预见费
3.仪器设备费
4.2000
(1)购置
3.5000
购置气相色谱仪一台及配件
(2)试制
0.7000
自制材料力学试验辅助配件
4.实验室改装费
0.3000
按实验要求调整改造实验室费用
5.协作费
7.0000
合作单位研究经费
二.国际合作与交流费
2.0000
1.项目组成员出国合作交流
2.0000
按1人次出国参加国际会议或进行学术计术交流
2.境外专家来华合作交流
三.劳务费
3.2000
研究生劳务费等
四.管理费
1.5000
房屋占用费及大型仪器使用费等(按5%计)
合计
30.0000
与本项目相关的
其他经费来源
国家其他计划资助经费
0.0000
其他经费资助(含部门匹配)
0.0000
其他经费来源合计
0.0000
报告正文
(一)立项依据与研究内容(4000-8000字)
1、项目的立项依据(附主要的参考文献目录)。
环氧沥青是将环氧树脂加入沥青中,经与固化剂发生固化反应,形成不可逆的固化物,其固化反应使沥青从热塑性转变为热固性,因此环氧沥青具有比普通沥青优异得多的物理、力学性能,如高强度、优良的抗疲劳性能、良好的耐久性及抗老化性能等[1]。
通常再加入一定量石料组成环氧沥青混凝土。
欧美国家对这种高性能的材料早在20世纪60年代就开始进行研究,并已得到广泛应用。
如1967年美国旧金山的SanMeteoHayard大桥、1980年澳大利亚建造的WestGate大桥、法国的Blois公路路面、卡塔尔首都机场道面防滑层等都采用了这种环氧沥青混凝土。
由于这种沥青混凝土配制技术难度较大,在国外多属专利而不予公开[2]。
随着我国经济的发展,桥梁道路建设对于建筑材料的性能要求也越来越高,这种新型材料的需求量势必越来越大。
2000年9月,我国的南京长江二桥桥面铺装[5]、2004年7月,润扬大桥钢桥面铺装[6]、2005年7月,南京长江三桥桥面铺装均使用美国进口环氧沥青混凝土材料,通车至今路面质量精良,无病害产生。
其铺装层可以满足15年内无大修的要求。
具有一次固化后再次加热也不会软化的特性,其抗拉强度和延伸率远远优于普通沥青[7]。
如果国产材料能够取代进口,按照一座普通大桥使用4000-6000吨材料计,每吨材料2万元,十座桥就可为我国节约外汇10亿元。
直接将环氧树脂和固化剂加入沥青中,是不能形成高强度材料的。
因为环氧树脂与石油沥青不能相互溶解。
不仅如此,石油沥青还起着阻隔作用,妨碍环氧树脂形成胶结强度。
因此需要一种相容剂来帮助环氧树脂与石油沥青互溶,这样才能使环氧沥青混合料具备固化成实用材料的条件。
国内该项研究基本处于起步阶段,对进口环氧沥青混凝土的性质和铺装技术的研究比较多。
1992年,上海市政工程管理处和同济大学吕伟民老师等人联合对环氧沥青混凝土材料进行了研究,1994年,在上海龙吴路石龙路口进行了试验路的铺筑[3],但由于受到相容剂和固化剂等材料的限制,95年后没有进行更深入的研究和更广泛的应用。
目前国内对环氧树脂与固化剂的研究已经飞速发展,但环氧树脂和沥青的相容性仍没有解决。
还没有自主开发出一种环保的相容剂,因此大大阻碍了环氧沥青混凝土的研究与应用。
2005年南京大学王治流[4]教授用红外光谱法对进口环氧沥青在固化前、后化学基团的变化作了跟踪分析,得出的结论是进口环氧沥青使用的固化剂是二元酸酐。
脂肪酸是十分廉价的生物质资源,其价格仅4000元/吨左右,而且原料来源丰富。
由于它们的高附加值产品品种不多,就使得其经济效益远没充分发挥出来。
如何利用我国丰富的生物质资源合成出质优价廉且开拓市场应用领域的新材料的探索性研究,是本课题需要解决的一个重要问题。
21世纪化学发展的核心问题是绿色化学的发展,这是化学研究的前沿。
它的特点就是通过化学转化获取新物质的过程中充分利用每一个原料的原子,实现“零排放”。
如何合成可用于环氧沥青混凝土的绿色化学品是本课题需要解决的另一个重要问题。
本项研究着眼于“创新”、“绿色”两原则展开,以我国丰富的生物质资源等为原料合成环氧树脂均匀分散到沥青中的绿色化学品相容剂,探索环氧沥青混合与固化反应机理,筛选使环氧沥青固化体系力学性能及可操作性均佳的固化剂。
通过对环氧沥青混凝土材料性能研究,找出提高路面的抗车辙能力、低温变形能力以及耐久性的途径。
本研究关键是绿色化学品相容剂的合成并解决石油沥青和环氧树脂的相容性问题。
探讨环氧树脂/石油沥青互穿网络的结构对固化体系性质的影响。
本研究对于打破国外技术垄断,促进优质、环保、高强度路面材料在我国应用具有重要的指导意义。
1.BildS.ContributiontotheImprovementoftheDurabilityofAsphaltPavementonOrthotropicSteelBridgeDecks.Achen:
RWTHAchen.1985
2.Modifiedasphalt-epoxyresincompositionUSP4,499,215
3.沥青混凝土材料的研究工作报告与研究报告,上海市市政工程管理处,同济大学道路与交通工程系
4.王治流.红外光谱法对环氧沥青固化机理的研究。
高分子材料科学与工程。
2005.5.
5.朱吉鹏,陈志明等,东南大学学报(自然科学版),2004,7(34)515-517
6.王晓,程刚等,东南大学学报(自然科学版),2001,11(31)1-4
7.吕伟民,石油沥青,1995,1-5
2、项目的研究内容、研究目标,以及拟解决的关键问题。
研究内容
(1)环氧沥青体系相容性的研究.
a.以脂肪酸或木质素等生物质材料及其它试剂为原料(选择不同极性和不同结构的原料)合成使环氧树脂均匀分散到沥青中的相容剂。
b.探讨所合成的不同品质的相容剂在环氧树脂和沥青两相的相容效果。
通过电子显微镜或粒度仪观察环氧树脂相在沥青相中分布粒径的大小来判断环氧沥青体系的相容效果,制备质优价廉的相容剂。
(2)固化剂对环氧沥青体系结构与性能影响的研究
环氧沥青固化体系的物理力学性能及可操作性很大程度上取决于固化剂的性质。
a.通过选择固化剂种类、用量、促进剂、固化温度等因素,探讨其对环氧沥青体系性能的影响。
b.通过测定环氧沥青体系可操作期、环氧沥青固化网络体系抗拉强度、断裂延伸率、吸水率等性能,对不同固化剂的固化效果进行评价。
(3)环氧树脂/沥青互穿网络体系的结构与性能研究
a.制备环氧树脂/石油沥青互穿网络体系,利用电子显微镜和小角X射线衍射法等分析手段,研究观察该互穿网络体系的微观结构.
b.通过测定体系的玻璃化转变温度、红外光谱、力学性能等研究材料的互穿效果,并且为
(1)和
(2)部分内容的研究提供理论指导。
(4)环氧沥青混凝土体系性能研究
通过环氧沥青混凝土的劈裂拉伸试验,研究各种因素对其力学性质的影响;通过蠕变试验,研究其抗变形能力;通过车辙试验,研究其高温性能;通过弯拉试验,研究其柔韧性;通过疲劳试验,研究其疲劳寿命。
研究目标
1.以脂肪酸或其它生物质材料合成出使环氧树脂均匀分散到沥青中的相容剂
2.研究环氧树脂/石油沥青互穿网络体系结构与性能的关系。
3.通过对环氧沥青混凝土材料性能研究,为该材料国产化提供理论指导。
拟解决的关键问题
1.合成使环氧树脂均匀分散到沥青中的相容剂,解决石油沥青和环氧树脂的相容性问题。
2.找出环氧树脂/石油沥青互穿网络体系形成的必要条件。
3、拟采取的研究方案及可行性分析。
研究方法
1.采用加成或取代反应,通过选择脂肪酸或木质素等生物质材料及其它,合成环氧树脂均匀分散到石油沥青中的相容剂。
通过电子显微镜或粒径仪等测定沥青中环氧树脂的分散效果,选择最佳相容剂。
2.基于环氧树脂与石油沥青需在高温搅拌并预固化,但又需要一定的铺摊操作期,从而选择不同固化剂与环氧树脂固化,测定环氧树脂与固化剂体系初始粘度变化率、固化物的拉伸强度、断裂延伸率、吸水率等指标,确定固化剂的品质和种类。
3.通过选择环氧树脂、固化剂、相容剂和石油沥青等原料配比、反应温度、反应时间等因素,进行互穿网络试验。
通过测定体系的玻璃化转变温度、红外光谱、力学性能等研究材料的互穿效果。
4.通过环氧沥青混凝土的劈裂拉伸试验,研究各种因素对其力学性质的影响;通过蠕变试验,研究其抗变形能力;通过车辙试验,研究其高温性能;通过弯拉试验,研究其柔韧性;通过疲劳试验,研究其疲劳寿命。
技术路线
可行性分析
(1)生物质资源利用是21世纪中国乃至世界引人注目的重要课题,它关系着人类的生存和发展。
深入开展可再生林业生物质资源的高效、高附加值绿色化学加工技术的研究,结合资源自身特点从事课题研究,对于缓解资源矛盾,改善和保护生态环境,促进国民经济可持续发展,提高我国可再生资源的利用率和利用价值均起着极其重大的作用。
以脂肪酸及木质素等生物质资源研制环氧树脂均匀分散到沥青中的相容剂更显资源优势和价格优势。
(2)本课题组从事以生物质材料制备新型环氧树脂和固化剂多年,已负责完成国家自然科学基金项目“桐油成分的单离及其反应特性的研究”(39770603)、“环氧树脂体系引入丙烯海松酸和桐酸结构与性能研究”(30271060)及以第一专利人获得国家发明专利一项“由桐油制备低分子聚酰胺的方法”(专利号:
ZL200410065369.7)、作为项目第一参加人完成国家自然科学基金项目“松香环氧树脂/松节油聚氨酯互穿网络结构与性能研究”(39970599)、合作单位主持或主研的多项桥面铺装材料与技术研究等课题均为本研究奠定了成功的基础。
目前无论是深入理论研究还是新产品开发均迫切需要该申请项目的理论指导。
(3)合成相容性优的环氧树脂/石油沥青体系的相容剂是本研究的基础,目前该项研究已在进行中,为该申请课题顺利进行提供了先决条件。
(4)本所的林业局重点实验室和合作单位的实验室已具备进行此研究的实验条件和部分性能测试条件。
4、本项目的特色与创新之处。
年度研究计划及预期研究结果。
本项目的特色与创新之处
以生物质材料等为原料创新研制具有自主知识产权的绿色化学品环氧沥青相容剂,据此开发环氧沥青混凝土材料体系,使其具有可操作时间长、强度高、高低温性能优异并且价格低廉等特点,打破国外的技术垄断。
年度研究计划
2007年度
(1)更进一步的资料搜集与调研工作,掌握最新的行业研究进展和动态。
(2)完成环氧树脂/石油沥青相容剂的合成。
(3)对所合成的相容剂进行相容性的评价。
(4)完成环氧树脂/石油沥青相容剂的合成论文1篇。
2008年度
(1)研究固化剂种类、用量、促进剂、固化温度等因素对环氧沥青体系性能的影响。
(2)研究环氧沥青体系可操作期、环氧沥青固化网络体系抗拉强度、断裂延伸率、吸水率等性能,对不同固化剂的固化效果进行评价。
(3)研究环氧树脂/石油沥青互穿网络体系结构与性能。
(4)完成环氧树脂/石油沥青互穿网络体系的结构与性能研究论文1-2篇
2009年度
(1)完成环氧沥青混凝土体系性能研究。
(2)对本体系应用于高强度路面可能性和适用性探索研究。
(3)完成环氧沥青混凝土的性能研究论文1-2篇。
(4)适时申请国家发明专利1项。
(5)撰写结题报告,申请结题。
预期研究结果
合成环氧树脂/石油沥青相容剂、对所合成的相容剂进行相容性的评价、环氧树脂/石油沥青互穿网络体系的结构与性能研究及环氧沥青混凝土体系性能研究,为优质、环保、高强度的环氧沥青混凝土路面材料在我国应用提供重要理论和应用基础。
并为路面材料的开发和利用提供一种新型可再生资源。
预计可公开发表研究论文3-5篇,申请国家发明专利1项。
(二)研究基础与工作条件
1、工作基础
近年来,本项目组在松香和桐油领域进行了大量的应用基础研究工作和新产品开发工作。
完成了十几项国家级和部省级研究课题。
开发出具有自主知识产权的以桐油为基本原料的环氧树脂固化剂新产品数种,并已实现产值约三千万元,利润约400万元。
课题申请人已负责完成国家自然科学基金项目“桐油成分的单离及其反应特性的研究”(39770603)、“环氧树脂体系引入丙烯海松酸和桐酸结构与性能研究”(30271060)、以第一专利人获得国家发明专利“由桐油制备低分子聚酰胺的方法”(专利号:
ZL200410065369.7)及作为项目第一参加人完成国家自然科学基金项目“松香环氧树脂/松节油聚氨酯互穿网络结构与性能研究”(39970599)。
合作单位主持或主研了多项科研开发项目,并获国家科技进步二等奖和三等奖各一项、交通部科技进步一等奖1项、重庆市科技进步三等奖。
现正主持西部大开发项目“桥面铺装材料与技术研究”和重庆市重点科研项目“隧道内高性能沥青路面的研究”等课题。
(已经结题,此处是否删除?
)以上应用基础研究和开发工作均为本项目的顺利进行奠定了扎实的基础。
2、工作条件
本课题组现有常规有机合成的仪器及微机控制电子万能(拉力)试验机,是本项目常规合成和分析不可少的仪器。
本研究还将利用国家林业局林产化学工程开放实验室进行。
如气-红联用仪、高压液相色谱仪、质谱仪、原子吸收仪、气相、液相色谱仪、热分析仪、高低温实验箱等设备。
部分应用性测试可到合作单位或东南大学分析测试中心进行。
3、申请人简历
夏建陵
研究员,硕士生导师。
1981年毕业于南京大学化学系。
1987年毕业于南京林业大学森林化学系,获工学硕士学位。
1987年至今在中国林科院林产化工研究所工作。
2003年被中国林科院高新所首批聘为专家。
1996年任副研究员,2004年任研究员。
多年来主要从事桐油、松香等生物质资源改进高分子合成材料性能的研究。
已完成或正在完成国家、部省级科研项目十四项。
以第一专利人获得国家发明专利一项、实用新型专利一项。
2004年获得“中国科学技术发展基金会茅以升科技教育基金委员会2003年度茅以升科学技术奖——木材科研专项奖。
目前主要从事以生物质资源及石化产品为原料研究和开发环氧树脂及固化剂新产品。
夏建陵研究员承担的与申请项目有关的科研项目及完成情况一览表
序号
来源及
项目编号
项目名称
起止年月
本人职责
进展及完成情况及说明
1
国家自然科学基金39770603
桐油成分的单离及其反应特性的研究
98.01-00.12
项目负责人
已按计划结题,发表基金标注研究论文3篇,EI收录一篇。
2
国家自然科学基金39770603
松香环氧树脂/松节油聚氨酯互穿网络结构与性能研究
00.01-02.12
第一参加人
已按计划结题,发表基金标注研究论文4篇,EI收录三篇,参加国内学术会议2次并口头发言。
3
江苏省基金
BK2000036-3
“FRP”在土木工程中的应用研究-环氧树脂碳纤维胶粘剂的研究
00.10-02.10
第一参加人
已按计划结题,按计划研制成环氧树脂碳纤维胶,研制产品已进入市场,由此新增产值3300万元,新增利税220万元。
4
国家自然科学基金30271060
环氧树脂体系引入丙烯海松酸和桐酸结构与性能研究
03.01-05.12
项目负责人
已按计划结题,已发表研究论文3篇,其中基金标注2篇,已录用一篇,正在撰写一篇。
参加国内学术会议2次,并口头发言。
5
科技部科研院所专项资金项目
低粘度低分子聚酰胺产品开发与应用
04.01-06.06
项目负责人
按计划进行中,已完成产值2000万元,利润200多万元。
已发表及录用研究论文20篇,授权国家发明专利1项,其中与本研究项目密切相关的主要研究论文和专利如下:
[1]夏建陵,李恒,聂小安,王定选.丙烯海松酸-C-36二聚脂肪酸混合物合成环氧树脂研究.林产化学与工业,2005,25(3)∶43-45
[2]夏建陵,孙小梅,王定选.环氧树脂聚酰胺网络体系性能研究.热固性树脂,2005,25(6)∶14-17
[3]商士斌,夏建陵,黄焕,王定选.松香基环氧树脂/松节油聚氨酯IPN结构与性能研究.林产化学与工业,2004(增刊)∶33-36
[4]夏建陵,聂小安,张燕,陈瑶.新型聚酰胺/环氧树脂固化体系的性能研究.热固性树脂,2004(5):
27-28
[5]夏建陵,商士斌,黄焕.丙烯酸改性松香基环氧固化体系性能的研究.热固性树脂,2002,22(6):
1-5
[6]夏建陵,商士斌,黄焕.丙烯酸改性松香基环氧树脂的合成研究.林产化学与工业,2002,22(4):
15-18
[7]夏建陵,黄焕,王定选.桐酸甲酯改性酚醛胺的合成与性能研究.粘接,2001,22(4):
1-3
[8]夏建陵,黄焕,王定选.桐酸甲酯酚类加成物的合成及表征.粘接,2000,21(6):
1-3
[9]夏建陵,黄焕,王定选.桐酸甲酯的自动氧化与聚合反应的研究.林产化学与工业,2000,20(4):
25-29
[10]夏建陵,王定选,聂小安,杨小华.由桐油制备低分子聚酰胺的方法,发明专利说明书,专利号:
ZL200410065369.7
在本项目中为项目负责人。
负责研究方案的设计、实施
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- 关 键 词:
- 生物 材料 合成 沥青 国家自然科学基金
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