CN109721741B - 一种高固含量sbs乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高固含量SBS乳液，其制备方法包括以下步骤：将固体SBS溶于环己烷中，混合均匀得SBS预混液；将复配型乳化剂加入水中配制水乳化液；将水乳化液进行低速剪切，然后加入SBS预混液和絮凝剂，进行高速剪切乳化，静置后减压蒸馏回收环己烷，即得高固含量SBS乳液。本发明选择增强体系稳定性的环己烷作为溶剂溶解SBS；并优选具有较高的表面活性的复合乳化剂，所得SBS乳液稳定性好，固含量高，适用性广。

Description

一种高固含量SBS乳液及其制备方法

技术领域

本发明属于聚合物改性技术领域，具体涉及一种高固含量SBS乳液及其制备方法。

背景技术

聚合物改性沥青乳液兼具改性沥青和乳化沥青双重优点，在道路建设工程中广泛应用。从制备方法来分先改性再乳化的乳化改性沥青；先乳化再改性的改性乳化沥青。

由于在制备改性沥青时随着SBS含量的增加制备难度增加且SBS改性沥青的稳定性变差因此对改性沥青的乳化需要SBS用量适当，目前对含量在3％以下的改性沥青能很好乳化，SBS加量在3～5％的改性沥青能够乳化但是效果有限，存储稳定性也难达到规定要求在高速公路建设中对路面的要求越来越高；在有些情况下SBS含量低于5％时难以满足高等级路面的要求。因此为了提高SBS的含量需要把SBS制备成胶乳，这样就可以对沥青先乳化后改性，在乳化好的沥青中直接加入SBS胶乳，搅拌即可得到改性乳化沥青SBS胶乳的出现；解决了SBS与沥青相溶性差的问题同时也节约了能耗和时间，SBS的含量在高达10％以上时与沥青仍具有很好的相溶性和稳定性。

一般来说，可以作为沥青改性剂的聚合物主要有四大类：第一类为以聚乙烯为代表的热塑性树脂类，其中以聚乙烯为代表的热塑性树脂对沥青的低温性能改善不好；以丁苯胶乳为代表的橡胶类抗老化能力较差，改性后沥青的薄膜烘箱试验后延度下降幅度较大，加工性能差；以环氧树脂为代表的热固性高聚物，对沥青的延伸度改善不足；以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)为代表的热塑性弹性体对沥青的高、低温性能均有较大程度的提高，改性后沥青的高、低温性能优良，弹性恢复好，抗老化能力和耐候性能增强，改性沥青混合料抗车辙能力和抗磨损能力得到明显改善，是目前使用最广泛的一类沥青改性剂。

钱卫民等人利用胶体磨来制备SBS改性乳化沥青，并提出了最优化条件。CN1554700公开了一种SBS水乳液的制备方法，将极性化的SBS(SBSM)溶于有机溶剂中；以3000～5000rpm转速搅拌，慢慢加入溶有乳化剂、削泡剂、电解质的水，得到O/W型乳液；接着把转速提高至8000～10000rpm搅拌30分钟，将颗粒破碎到1微米以下；在加热减压作用下抽去溶剂，得到稳定的SBS水溶液。CN1618862公开了一种SBS液体的制备方法，首先将固SBS溶于有机溶剂中，使固体SBS变为溶液状，再向该溶液状SBS中加入表面活性剂和水，通过乳化方法得到乳液状液体SBS，最后再回收乳液状SBS中的有机溶剂，得到液体SBS沥青改性剂。目前SBS乳液的制备溶剂大多选择甲苯类含有毒性溶剂，且乳化剂选择单一，所制备出的SBS乳液不稳定易出现破乳等问题，并且固含量不高，限制其高效生产。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种加工设备简单、成本低、固含量高且质量稳定的SBS乳液。

为实现上述方案，本发明采用的技术方案为：

一种高固含量SBS乳液的制备方法，包括以下步骤：将固体SBS溶于环己烷中，混合均匀得SBS预混液；将复配型乳化剂加入水中配制水乳化液；将水乳化液进行低速剪切，然后加入SBS预混液和絮凝剂，进行高速剪切乳化，静置后减压蒸馏回收环己烷，即得高固含量SBS乳液。

上述方案中，所述固体SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，其分子量为10万～40万，线型结构，型号为SBS-792。

上述方案中，所述絮凝剂为苯乙烯。

上述方案中，所述复配型乳化剂由脂肪胺聚氧乙烯醚、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10和十二烷基硫酸钠复配而成。

上述方案中，所述脂肪胺聚氧乙烯醚、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10和十二烷基硫酸钠的质量比为5:2:2～3:1:1。

上述方案中，复配型乳化剂的用量为固体SBS质量的3～10％。

上述方案中，所述SBS预混液中环己烷与SBS的质量比为90:10～80:20。

上述方案中，所述水乳化液中，复配型乳化剂与水的质量比为(5～7):100。

上述方案中，所述低速剪切速率为1500～2500rpm，时间为3～5min。

上述方案中，所述高速剪切速率为7500～8500rpm，时间为30～35min。

上述档案中，所述减压蒸馏压力为80～85mmHg，温度为35～60℃，时间为8～12小时。

本发明的原理为：

1)本发明采用环己烷作为溶剂，其环保无毒，可有效替代传统的甲苯类高毒性溶剂；且环己烷与SBS嵌段共聚物的溶解参数接近，相容性好；同时，环己烷的沸点为是80.7℃，与水的共沸温度是68.95℃，在最后减压蒸馏操作温度条件易控制，回收溶剂速度快，有利于提高SBS乳液固含量。

2)本发明采用的复配乳化剂由脂肪胺聚氧乙烯醚AC-181、op-10和十二烷基硫酸钠复配而成；其中AC-181乳化剂在水-SBS体系中表面活性好，界面张力小，与op-10、C₁₂H₂₅SO₄Na复配后，乳化剂在SBS溶液-水的界面上定向排列，降低了SBS溶液与水的界面张力，与此同时，所得复合乳化剂在SBS溶液的周围相比单一乳化剂或者其他配合条件的乳化剂更容易形成“界面膜”，此膜具有一定的强度，对SBS胶乳微滴起着保护作用，使其在相互碰撞过程中，不致产生“聚结”现象从而破乳问题，保证SBS-水体系的稳定性，进一步有效提高所得SBS乳液的固含量。

3)环己烷溶液和复合乳化剂的有效结合能够降低SBS胶乳体系的界面能，界面膜的形成和界面电荷的作用，从而形成高稳定的分散体系。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)采用环己烷作为溶剂，在保证环保性能的基础上，增强体系稳定性并有利于提高SBS乳液的固含量；制备过程中无高毒性甲苯参与，环境友好，可适用于工厂大批量生产。

2)本发明同时优选溶剂和乳化剂，所得SBS乳液稳定性好，固含量高，有效活性成分含量高，可有效提升生产效率并降低运输成本。

3)本发明涉及的制备方法简单、乳化条件温和，具有显著的能耗效益。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下实施例中，采用的SBS型号为SBS-792，线性结构，其分子量为10万～40万。

以下实施例中采用脂肪胺聚氧乙烯醚的型号为AC-181，由邢台市蓝天精细化工有限公司提供。

实施例1

一种高固含量SBS乳液，其制备方法包括如下步骤：

1)SBS溶液的制备：将30g SBS溶于140g环己烷溶液中，搅拌均匀配置成质量浓度为12.5％的SBS溶液；

2)复合乳化剂的制备：取100g水，向其中加入6g AC-181、2g OP-10、2gC₁₂H₂₅SO₄Na，搅拌均匀配成复配乳化剂溶液；

3)高固含量SBS乳液的乳化：将乳化剂水溶液在剪切机下低速(2000rpm左右)剪切3min，随后缓慢向其加入制备好的SBS溶液，加入0.1g絮凝剂苯乙烯，加大转速至8000rpm左右，乳化30min；

4)高固含量SBS乳液的蒸馏提纯：将经步骤3)乳化好的SBS乳液通过减压蒸馏提纯(压力84mmHg，温度45℃，时间为8-12小时)，即得环保复配型SBS乳液。

实施例2

一种高固含量SBS乳液，其制备方法包括如下步骤：

1)SBS溶液的制备：将40g SBS溶于150g环己烷溶液中，搅拌均匀配置成质量浓度为16.7％的SBS溶液；

2)复合乳化剂的制备：取100g水，向其中加入6g AC-181、2g OP-10、2gC₁₂H₂₅SO₄Na，搅拌均匀配成复配乳化剂溶液；

3)高固含量SBS乳液的乳化：将乳化剂水溶液在剪切机下低速(2000rpm左右)剪切3min，随后缓慢向其加入制备好的SBS溶液，加入0.1g絮凝剂苯乙烯，加大转速至8000rpm左右，乳化30min；

4)高固含量SBS乳液的蒸馏提纯：将经步骤3)乳化好的SBS乳液通过减压蒸馏提纯(压力84mmHg，温度45℃，时间为8-12小时)，即得环保复配型SBS乳液。

实施例3

一种高固含量SBS乳液，其制备方法包括如下步骤：

1)SBS溶液的制备：将50g SBS溶于160g环己烷溶液中，搅拌均匀配置成质量浓度为20％的SBS溶液；

2)复合乳化剂的制备：取100g水，向其中加入6g AC-181、2g OP-10、2gC₁₂H₂₅SO₄Na，搅拌均匀配成复配乳化剂溶液；

3)高固含量SBS乳液的乳化：将乳化剂水溶液在剪切机下低速(2000rpm左右)剪切3min，随后缓慢向其加入制备好的SBS溶液，加入0.1g絮凝剂苯乙烯，加大转速至8000rpm左右，乳化30min；

4)高固含量SBS乳液的蒸馏提纯：将经步骤3)乳化好的SBS乳液通过减压蒸馏提纯(压力84mmHg，温度45℃，时间为8-12小时)，即得环保复配型SBS乳液。

对比例1

一种传统SBS乳液，其制备方法包括如下步骤：

取30g SBS溶于150g甲苯溶液中，待其充分溶解后，加热到75℃左右后8000rpm高速剪切乳化，加入110g水乳化液(10g op-10、100g水)，30min后停止乳化，减压蒸馏(压力84mmHg，温度45℃，时间为8-12小时)得到SBS乳液。

对比例2

一种基于环己烷溶剂的SBS乳液，其制备方法包括如下步骤：

取30g SBS溶于150g环己烷溶液中，待其充分溶解后，加热到75℃左右后8000rpm高速剪切乳化，加入110g水乳化液(10g op-10乳化剂，100g水)，30min后停止乳化，减压蒸馏(压力84mmHg，温度45℃，时间为8-12小时)得到SBS乳液。

对比例3

一种SBS乳液，其制备方法与对比例2大致相同，不同之处在于乳化剂由5g op-10和5g、C₁₂H₂₅SO₄Na复配而成。

对比例4

一种SBS乳液，以甲苯为溶剂，其制备方法包括如下步骤：

取50g SBS溶于150g甲苯溶液中，待其充分溶解后，加热到75℃左右后，8000rpm高速剪切乳化，加入110g水乳化液(6g AC-181、2g OP-10、2g C₁₂H₂₅SO₄Na、100g水)，30min后停止乳化，减压蒸馏(压力84mmHg，温度45℃，时间为8-12小时)得到SBS乳液。

将实施例1～3和对比例1～4的乳化效果分别见表1。

表1实施例1～3和对比例1～4的乳化效果

将实施例1～3和对比例1～4所得SBS乳液进行物化性能测试，结果分别见表2。

表2实施例1～3和对比例所得SBS乳液的性能测试结果

由表1可以看出，对比例1所得传统SBS乳液直接破乳，且稳定性差；而本发明所得SBS乳液的固含量得到明显提高，且析水量几乎为0，所得乳液体系均匀，不易破乳。

由表2可以看出，本发明所得高固含量胶乳粒径与粘度小，与乳化沥青中的沥青微粒相匹配，有利于提升所得乳液体系的稳定性能；机械稳定性(一般要求<0.5)和凝固物测试结果进一步体现了本发明所得胶乳体系的均匀性和稳定性(没有颗粒状结块等现象)。尤其实施例3所得乳液的固含量高达52.2％，密度接近水，不会产生分层，各项性能稳定，满足行业要求。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高固含量SBS乳液的制备方法，包括以下步骤：将固体SBS溶于环己烷中，混合均匀得SBS预混液；将复配型乳化剂加入水中配制水乳化液；将水乳化液进行低速剪切，然后加入SBS预混液和絮凝剂，进行高速剪切乳化，静置后减压蒸馏回收环己烷，即得环保复配型SBS乳液；

所述复配型乳化剂由脂肪胺聚氧乙烯醚、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10和十二烷基硫酸钠复配而成；

所述脂肪胺聚氧乙烯醚、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10和十二烷基硫酸钠的质量比为5:2:2～3:1:1。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固体SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，其分子量为10万~40万；所述絮凝剂为苯乙烯。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，复配型乳化剂的用量为固体SBS质量的3～10%。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述SBS预混液中环己烷与SBS的质量比为90:10～80:20。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水乳化液中，复配型乳化剂与水的质量比为(5~7):100。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低速剪切速率为1500~2500rpm，时间为3~5min；所述高速剪切速率为7500~8500rpm，时间为30~35min。

7.权利要求1~6任一项所述制备方法制备的高固含量SBS乳液。