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一种高乳化性木质素沥青乳化剂、其制备方法及其应用.pdf

  • 上传人:南***
  • 文档编号:8980336
  • 上传时间:2021-01-24
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN201210156362.0

    申请日:

    20120518

    公开号:

    CN102690422B

    公开日:

    20131225

    当前法律状态:

    有效性:

    有效

    法律详情:

    IPC分类号:

    C08G81/00,C08G65/48,C08H7/00,C08L95/00,C08J3/03

    主分类号:

    C08G81/00,C08G65/48,C08H7/00,C08L95/00,C08J3/03

    申请人:

    江苏博特新材料有限公司,江苏苏博特新材料股份有限公司,江苏省建筑科学研究院有限公司,南京博特新材料有限公司

    发明人:

    洪锦祥,陈香,刘加平,万赟,缪昌文,周伟玲,徐静,王文峰,刘杰

    地址:

    211103 江苏省南京市江宁区万安西路59号

    优先权:

    CN201210156362A

    专利代理机构:

    南京天翼专利代理有限责任公司

    代理人:

    蒋家华

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    内容摘要

    本发明公开一种高乳化性能木质素沥青乳化剂、其制备方法及应用。本发明乳化剂按如下步骤制得:将聚乙二醇和环氧氯丙烷在10°C~30°C下,反应1~3h,其中,聚乙二醇和环氧氯丙烷的摩尔比为(1:1)~(1:5);将上述反应物与质量浓度为25-40%、Ph为8-11的木质素碱溶液混合,在60°C~100°C下,反应3~5h,其中每摩尔聚乙二醇需要25-40g木质素;将上述反应物降温至40°C~60°C,并加入金属离子化合物和氧化剂,反应0.5-3h,其中,金属离子化合物的质量用量为木质素质量的1-5‰,氧化剂的质量用量为木质素质量的3.5-10%。本发明所得乳化沥青不仅粒径小,而且具有良好的稳定性。

    权利要求书

    1.一种高乳化性木质素沥青乳化剂,其特征在于按如下步骤制得:A、将聚乙二醇和环氧氯丙烷在10℃~30℃下,反应1~3h,其中,聚乙二醇和环氧氯丙烷的摩尔比为(1:1)~(1:5);B、将上述反应物与质量浓度为25-40%、pH为8-11的木质素碱溶液混合,在60℃~100℃下,反应3~5h,其中每摩尔聚乙二醇需要25-40g木质素;C、将上述反应物降温至40℃~60℃,并加入金属离子化合物和氧化剂,反应0.5-3h,其中,金属离子化合物的质量用量为木质素质量的1-5‰,氧化剂的质量用量为木质素质量的3.5-10%;所述氧化剂为双氧水、O、KClO、KMnO或NaO中的一种或两种以上任意配比的混合物;所述金属离子化合物为FeCl、FeSO、CuSO、MnO、ZnSO、ZnCl或KBr中的一种或两种以上任意配比的混合物;所述聚乙二醇的分子量为200、600、1000、2000、4000、10000或20000。 2.如权利要求1所述的高乳化性木质素沥青乳化剂,其特征在于:步骤A中反应前将聚乙二醇、环氧氯丙烷和水混合,其中聚乙二醇和水的摩尔比为(1:1.5)-(1:10)。 3.如权利要求1或2所述的高乳化性木质素沥青乳化剂,其特征在于:所述金属离子化合物的质量用量为木质素质量的2-3‰。 4.权利要求1至3任意一项所述的高乳化性木质素沥青乳化剂的制备方法,其特征在于包括如下步骤:A、将聚乙二醇和环氧氯丙烷在10℃~30℃下,反应1~3h,其中,聚乙二醇和环氧氯丙烷的摩尔比为(1:1)~(1:5);B、将上述反应物与质量浓度为25-40%、pH为8-11的木质素碱溶液混合,在60℃~100℃下,反应3~5h,其中每摩尔聚乙二醇需要25-40g木质素;C、将上述反应物降温至40℃~60℃,并加入金属离子化合物和氧化剂,反应0.5-3h,其中,金属离子化合物的质量用量为木质素质量的1-5‰,氧化剂的质量用量为木质素质量的3.5-10%。 5.权利要求1至3任意一项所述的高乳化性木质素沥青乳化剂的应用,其特征在于:其用量为乳化沥青质量的2-6%。 6.含权利要求1至3任意一项所述的高乳化性木质素沥青乳化剂的乳化沥青。

    说明书

    技术领域

    本发明涉及一种高乳化性木质素沥青乳化剂、其制备方法及其应用,以及包含本发明 高乳化性木质素沥青乳化剂的乳化沥青。

    背景技术

    木质素是自然界仅次于纤维素的第二大天然有机化合物,全球陆生植物通过光合作 用每年可合成木质素多达500亿吨。我国制浆造纸废水排放量约为50亿吨,居我国各类 工业排放量的首位。由于木质素自身固有的一些特性和目前经济技术条件的限制,迄今为 止,仅仅6%左右工业木质素得到有效利用,绝大部分木质素浓缩后作为燃料烧掉或直接 排入江河,这不仅造成资源的极大浪费,而且严重污染了环境。因此,采用造纸工业产生 的木质素制备CA砂浆专用沥青乳化剂,可节约资源、保护环境,对促进我国节能减排战 略的实施具有重要意义。

    目前只有木质素类乳化剂才能适用于CA砂浆体系,但由于木质素分子结构和乳化机 理尚不清楚,不能通过亲水亲油值(HLB)进行定性的研究,木质素乳化剂乳化性能差的 问题一直没能得到很好的解决,现有木质素类乳化剂存在乳化效果差、储存稳定性差的问 题。

    发明内容

    本发明的目的是提供一种高乳化性木质素沥青乳化剂、其制备方法及其应用,以及包 含本发明高乳化性木质素沥青乳化剂的乳化沥青。

    为了实现上述目的,本发明的技术方案是:

    本发明一种高乳化性木质素沥青乳化剂,按如下步骤制得:

    A、将聚乙二醇和环氧氯丙烷在10°C~30°C下,反应1~3h,其中,聚乙二醇和环氧 氯丙烷的摩尔比为(1:1)~(1:5);

    B、将上述反应物与质量浓度为25-40%、Ph为8-11的木质素碱溶液混合,在60°C~ 100°C下,反应3~5h,其中每摩尔聚乙二醇需要25-40g木质素;

    C、将上述反应物降温至40°C~60°C,并加入金属离子化合物和氧化剂,反应0.5-3h, 其中,金属离子化合物的质量用量为木质素质量的1-5‰,氧化剂的质量用量为木质素质 量的3.5-10%。

    上述金属离子化合物在反应中起到催化的作用。

    上述步骤A中,为了避免聚乙二醇和环氧氯丙烷剧烈反应而使得环氧氯丙烷开环,优 选反应前将聚乙二醇、环氧氯丙烷和水混合,其中聚乙二醇和水的摩尔比优选为(1:1.5) -(1:10)。

    本发明木质素购自于江西、福建、美德维实维克、万源等地,采用木浆酸析法制备的 木质素,在使用时根据需要配置为不同浓度、不同Ph值的木质素碱溶液。

    为了使所得乳化剂能有更好的乳化效果,同时节约成本,上述氧化剂优选为双氧水、 O3、KClO3、KMnO4或Na2O2中的一种或两种以上任意配比的混合物。

    为了使所得乳化剂能有更好的乳化效果,同时节约成本,上述金属离子化合物优选为 FeCl3、FeSO4、CuSO4、MnO2、ZnSO4、ZnCl2或KBr中的一种或两种以上任意配比的混合物。

    为了使所得乳化剂能有更好的乳化效果,同时节约成本,上述聚乙二醇的分子量优选 为200、600、1000、2000、4000、10000或20000。

    为了使所得乳化剂能有更好的乳化效果,同时节约成本,上述金属离子化合物的质量 用量优选为木质素质量的2-3‰。

    上述高乳化性木质素沥青乳化剂的制备方法,其特征在于包括如下步骤:

    A、将聚乙二醇和环氧氯丙烷在10°C~30°C下,反应1~3h,其中,聚乙二醇和环氧 氯丙烷的摩尔比为(1:1)~(1:5);

    B、将上述反应物与质量浓度为25-40%、Ph为8-11的木质素碱溶液混合,在60°C~ 100°C下,反应3~5h,其中每摩尔聚乙二醇需要25-40g木质素;

    C、将上述反应物降温至40°C~60°C,并加入金属离子化合物和氧化剂,反应0.5-3h, 其中,金属离子化合物的质量用量为木质素质量的1-5‰,氧化剂的质量用量为木质素质 量的3.5-10%。

    本发明高乳化性木质素沥青乳化剂使用时,当其用量为乳化沥青质量的2-6%时,即 可达到很好的乳化效果。

    本发明所得乳化剂与壬基酚聚氧乙烯醚复配会有更好的乳化效果,不仅容易乳化,且 所得乳化沥青粒径小、稳定性好。

    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,转化率通过液相色谱计算。液相色谱分离产物的条件为:采用反向色 谱柱,流动相为甲醇/水=75/25,紫外吸收波长选择在230nm。采用内标法测转化率。

    模数粒径、X90和平均体积粒径通过德国新帕泰克有限公司生产的HELOS/BF激光粒度 仪测量。X90表示乳化沥青中90%的粒径(乳化沥青中微粒的最大直径)不大于表格中所示的 值。

    1d、5d储存稳定性按照公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004测试。

    实施例1

    取0.1mol聚乙二醇200(西陇化工股份有限公司,AR)溶解到10ml的水中得到混 合溶液,将混合溶液在10°C下滴加到含有0.2mol的环氧氯丙烷和25ml水的反应器中。 在10°C下反应2h,得到中间体的溶液,然后向反应瓶中加入PH=10.5的40%的江西木质 素(江西省黄岗山木质素开发部)碱溶液100g,升温到90°C反应5h后,降温到50°C, 向反应瓶中加入占木质素质量为2‰的FeCl3,并滴加有效成分的质量为木质素质量的 3.5%的浓度为30%的双氧水反应1h,得到粘稠状的液体产物。产物通过液相色谱测得木 质素转化率为78.5%,粘稠状的液体留做制备乳化沥青实验。

    先称取5g壬基酚聚氧乙烯醚(EO=40,厂家:上海恒集化工国际贸易有限公司AR), 加55°C温水100g使其溶液,(对比例中没有此步)再向其中加入33g上述自制木质素乳 化剂,然后水至350g,滴加30%的NaOH(市售)至PH=11左右。最后加水至400g,留作 乳化沥青。

    先称取33g LA(厂家:美德维实维克,此木质素乳化剂为现有技术中效果较好的复 配型乳化剂)木质素乳化剂,然后水至350g,滴加30%的NaOH(市售)至PH=11左右。 最后加水至400g,留作乳化沥青。

    取SK70#沥青(江阴宝利石化制品有限公司)600g,加热到140°C。上述皂液400g, 加热到60°C,通过胶体磨(型号:DSH100工艺参数:磨盘间距0.015mm、转速2000r/min) 制备沥青乳液。得到均匀、细腻的阴离子慢裂慢凝乳化沥青。表1为上述所得乳化沥青的 性能评价表。

    表1乳化沥青的性能评价

      内容   自制乳化剂   LA   技术要求   模数粒径   2.57μm   2.83μm    --   X90   4.38μm   5.12μm    --   平均体积粒径   2.61μm   2.75μm    --   1d储存稳定性   0.17%   0.12%   不大于1%   5d储存稳定性   1.53%   1.34%   不大于5%

    实施例2

    取0.1mol聚乙二醇400(西陇化工股份有限公司,AR)溶解到25ml的水中得到混 合溶液,将混合溶液在10°C下滴加到含有0.5mol的环氧氯丙烷和25ml水的反应器中。 在30°C下反应3h,得到中间体的溶液;然后向反应瓶中加入PH=9.5的40%的美德维实 维克木质素碱溶液100g(美德维实维克公司),升温到60°C反应3h后,降温到40°C后, 向反应瓶中加入占木质素质量为1‰的ZnCl2,并加入占木质素质量为5.0%的O3反应3h, 得到粘稠状的液体产物。产物通过液相色谱测得木质素转化率为81.2%,粘稠状的液体留 做制备乳化沥青实验。

    先称取5g壬基酚聚氧乙烯醚(EO=40,厂家:上海恒集化工国际贸易有限公司AR) g,加55°C温水100g使其溶液,再向其中加入38g上述自制木质素乳化剂,然后加水至 350g,滴加30%的NaOH(市售)至PH=11左右。最后加水至400g,留作乳化沥青。

    先称取38g LA(厂家:美德维实维克)木质素乳化剂,然后水至350g,滴加30%的 NaOH(市售)至PH=11左右。最后加水至400g,留作乳化沥青。

    取SK70#沥青(江阴宝利石化制品有限公司)600g,加热到140°C。上述皂液400g, 加热到60°C,通过胶体磨(型号:DSH100工艺参数:磨盘间距0.015mm、转速2000r/min) 制备沥青乳液。得到均匀、细腻的阴离子慢裂慢凝乳化沥青。表2为上述所得乳化沥青的 性能评价表。

    表2乳化沥青的性能评价

      内容   自制乳化剂   LA   技术要求   模数粒径   1.23   2.18μm    --   X90   3.76   4.36μm    --   平均体积粒径   2.45   2.24μm    --   1d储存稳定性   0.12%   0.07%   不大于1.0%   5d储存稳定性   1.66%   1.05%   不大于5.0%

    实施例3

    取0.1mol聚乙二醇2000(西陇化工股份有限公司,AR)溶解到50ml的水中得到混 合溶液,将混合溶液在15°C下滴加到含有0.35mol的环氧氯丙烷和25ml水的反应器中。 在15°C下反应2.5h,得到中间体的溶液,然后向反应瓶中加入PH=10.5的40%的福建 木质素(永安联合胶体有限责任公司)碱溶液100g,升温到75°C反应4.5h后,降温到 55°C后,向反应瓶中加入占木质素质量为5‰的FeSO4,并加入有效成分为木质素质量的 7.0%的酸性KClO3反应0.5h,得到粘稠状的液体产物。产物通过液相色谱测得木质素转化 率为77.9%,粘稠状的液体留做制备乳化沥青实验。

    先称取5g壬基酚聚氧乙烯醚(EO=40,厂家:上海恒集化工国际贸易有限公司AR) g,加55°C温水100g使其溶液,再向其中加入33g上述自制木质素乳化剂,然后水至350g, 滴加30%的NaOH(市售)至PH=11左右。最后加水至400g,留作乳化沥青。

    先称取33g LA(厂家:美德维实维克)木质素乳化剂,然后加水至350g,滴加30% 的NaOH(市售)至PH=11左右。最后加水至400g,留作乳化沥青。

    取双龙沥青(江阴宝利石化制品有限公司)600g,加热到140°C。上述皂液400g, 加热到60°C,通过胶体磨(型号:DSH100工艺参数:磨盘间距0.015mm、转速2000r/min) 制备沥青乳液。得到均匀、细腻的阴离子慢裂慢凝乳化沥青。表3为上述所得乳化沥青的 性能评价表。

    表3乳化沥青的性能评价

      内容   自制乳化剂   LA   技术要求   模数粒径   1.35   2.83μm   --   X90   3.82   5.12μm   --   平均体积粒径   2.69   2.75μm   --   1d储存稳定性   0.11%   0.12%   不大于1.0%   5d储存稳定性   1.19%   1.34%   不大于5.0%

    实施例4

    取0.1mol聚乙二醇600(西陇化工股份有限公司,AR)溶解到25ml的水中得到混 合溶液,将混合溶液在15°C下滴加到含有0.4mol的环氧氯丙烷和25ml水的反应器中, 在室温下反应1.5h,得到中间体的溶液,然后向反应瓶中加入PH=10.5的40%的万源木 质素(怀化市万源助剂有限公司)碱溶液100g,升温到80°C反应5h后,降温到40°C 后,向反应瓶中加入占木质素质量为3‰的KBr,并滴加有效成分为木质素质量的4%的酸 性KMnO4反应3h,得到粘稠状的液体产物。产物通过液相色谱测得木质素转化率为69.4%, 粘稠状的液体留做制备乳化沥青实验。

    先称取5g壬基酚聚氧乙烯醚(EO=40,厂家:上海恒集化工国际贸易有限公司AR) g,加55°C温水100g使其溶液,再向其中加入25g上述自制木质素乳化剂,然后加水至 350g,滴加30%的NaOH(市售)至PH=11左右。最后加水至400g,留作乳化沥青。

    先称取25g LA(厂家:美德维实维克)木质素乳化剂,然后加水至350g,滴加30% 的NaOH(市售)至PH=11左右。最后加水至400g,留作乳化沥青。

    取克拉玛依沥青(江阴宝利石化制品有限公司)600g,加热到140°C。上述皂液400g, 加热到60°C,通过胶体磨(型号:DSH100工艺参数:磨盘间距0.015mm、转速2000r/min) 制备沥青乳液。得到均匀、细腻的阴离子慢裂慢凝乳化沥青。表4为上述所得乳化沥青的 性能评价表。

    表4乳化沥青的性能评价

      内容   自制乳化剂   LA   技术要求   模数粒径   2.31   3.17μm   --   X90   5.17   5.76μm   --   平均体积粒径   3.42   2.96μm   --   1d储存稳定性   0.65%   0.19%   不大于1.0%   5d储存稳定性   4.72%   3.42%   不大于5.0%

    实施例5

    取0.1mol聚乙二醇1000(西陇化工股份有限公司,AR)溶解到60ml的水中得到 混合溶液,将混合溶液在10°C下滴加到含有0.1mol的环氧氯丙烷和25ml水的反应器中。 在20°C下反应3h,得到中间体的溶液,然后向反应瓶中加入PH=10.5的25%的江西木 质素(江西省黄岗山木质素开发部)碱溶液100g,升温到70°C反应5h后,降温到50°C 后,向反应瓶中加入占木质素质量为2‰的CuSO4,并滴加有效成分为木质素质量的4.5% 的Na2O2反应2h,得到粘稠状的液体产物。产物通过液相色谱测得木质素转化率为76.4%, 粘稠状的液体留做制备乳化沥青实验。

    先称取5g壬基酚聚氧乙烯醚(EO=40,厂家:上海恒集化工国际贸易有限公司AR) g,加55°C温水100g使其溶液,再向其中加入30g上述自制木质素乳化剂,然后加水至 350g,滴加30%的NaOH(市售)至PH=11左右。最后加水至400g,留作乳化沥青。

    先称取30g LA(厂家:美德维实维克)木质素乳化剂,然后水至350g,滴加30%的 NaOH(市售)至PH=11左右。最后加水至400g,留作乳化沥青。

    取SK70#沥青(江阴宝利石化制品有限公司)600g,加热到140°C。上述皂液400g, 加热到60°C,通过胶体磨(型号:DSH100工艺参数:磨盘间距0.015mm、转速2000r/min) 制备沥青乳液。得到均匀、细腻的阴离子慢裂慢凝乳化沥青。表5为上述所得乳化沥青的 性能评价表。

    表5乳化沥青的性能评价

      内容   自制乳化剂   LA   技术要求   模数粒径   1.79   2.62μm   --   X90   3.78   5.08μm   --   平均体积粒径   2.51   2.83μm   --   1d储存稳定性   0.47%   0.17%   不大于1.0%   5d储存稳定性   3.19%   2.28%   不大于5.0%

    实施例6

    取0.1mol聚乙二醇4000(西陇化工股份有限公司,AR)溶解到75ml的水中得到混 合溶液,将混合溶液在20°C下滴加到含有0.2mol的环氧氯丙烷和25ml水的反应器中。 在30°C下反应1.5h,得到中间体的溶液,然后向反应瓶中加入PH=10.5的40%的美德 维实维克木质素(美德维实维克公司)碱溶液100g,升温到100°C反应3h后,降温到 45°C后,向反应瓶中加入占木质素质量为3‰的MnO2,并滴加有效成分为木质素质量的6 %的双氧水反应1h,得到粘稠状的液体产物。产物通过液相色谱测得木质素转化率为65.4 %,粘稠状的液体留做制备乳化沥青实验。

    先称取5g壬基酚聚氧乙烯醚(EO=40,厂家:上海恒集化工国际贸易有限公司AR) g,加55°C温水100g使其溶液,再向其中加入41g上述自制木质素乳化剂,然后加水至 350g,滴加30%的NaOH(市售)至PH=11左右。最后加水至400g,留作乳化沥青。

    先称取41g LA(厂家:美德维实维克)木质素乳化剂,然后水至350g,滴加30%的 NaOH(市售)至PH=11左右。最后加水至400g,留作乳化沥青。

    取SK70#沥青(江阴宝利石化制品有限公司)600g,加热到140°C。上述皂液400g, 加热到60°C,通过胶体磨(型号:DSH100工艺参数:磨盘间距0.015mm、转速2000r/min) 制备沥青乳液。得到均匀、细腻的阴离子慢裂慢凝乳化沥青。表6为上述所得乳化沥青的 性能评价表。

    表6乳化沥青的性能评价

      内容   自制乳化剂   LA   技术要求   模数粒径   1.58   1.47   --   X90   3.12   3.39μm   --   平均体积粒径   1.87   1.91μm   --   1d储存稳定性   0.27%   0.05%   不大于1.0%   5d储存稳定性   2.16%   0.97%   不大于5.0%

    实施例7

    取0.1mol聚乙二醇10000(西陇化工股份有限公司,AR)溶解到100ml的水中得到 混合溶液,将混合溶液在25°C下滴加到含有0.5mol的环氧氯丙烷和25ml水的反应器中。 在30°C下反应2h,得到中间体的溶液,然后向反应瓶中加入PH=10.5的40%的美德维 实维克木质素(美德维实维克公司)碱溶液100g,升温到95°C反应5h后,降温到60°C 后,向反应瓶中加入占木质素的质量为3‰的ZnSO4,并滴加有效成分为木质素质量的7.3% 的酸性KMnO4反应3h,得到粘稠状的液体产物。产物通过液相色谱测得木质素转化率为 57.2%,粘稠状的液体留做制备乳化沥青实验。

    先称取5g壬基酚聚氧乙烯醚(EO=40,厂家:上海恒集化工国际贸易有限公司AR) g,加55°C温水100g使其溶液,再向其中加入57g上述自制木质素乳化剂,然后加水至 350g,滴加30%的NaOH(市售)至PH=11左右。最后加水至400g,留作乳化沥青。

    先称取57g LA(厂家:美德维实维克)木质素乳化剂,然后水至350g,滴加30%的 NaOH(市售)至PH=11左右。最后加水至400g,留作乳化沥青。

    取SK70#双龙沥青(江阴宝利石化制品有限公司)600g,加热到140°C。上述皂液400g, 加热到60°C,通过胶体磨(型号:DSH100工艺参数:磨盘间距0.015mm、转速2000r/min) 制备沥青乳液。得到均匀、细腻的阴离子慢裂慢凝乳化沥青。表7为上述所得乳化沥青的 性能评价表。

    表7乳化沥青的性能评价

      内容   自制乳化剂   LA   技术要求   模数粒径   2.76   1.08   --   X90   5.32   2.35μm   --   平均体积粒径   4.08   1.22μm   --   1d储存稳定性   0.92%   -0.12%   不大于1.0%   5d储存稳定性   4.83%   1.33%   不大于5.0%

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    一种 乳化 木质素 沥青 乳化剂 制备 方法 及其 应用
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