一种纳米二氧化硅改性丁苯胶乳的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米二氧化硅改性丁苯胶乳的制备方法，是采用阶段升温的乳液聚合方式，将苯乙烯和丁二烯单体一次性加入聚合反应釜中，同时添加表面修饰活性双键的纳米二氧化硅作为功能填料，而分子量调节剂、乳化剂、氧化剂则采用分批加入的方式，最终得到机械稳定性、粘接强度等性能较好的丁苯胶乳。这种丁苯胶乳耐热性、耐磨性好，主要应用于道路沥青改性方面。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米二氧化硅改性丁苯胶乳的制备方法
本专利技术涉及有机高分子化合物的制备，特别是涉及一种纳米二氧化硅改性丁苯胶乳的制备方法。
技术介绍
乳液聚合是生产高聚物的四种方法之一，体系一般由单体、介质(通常为水)、引发剂和乳化剂组成。在丁苯乳液聚合体系中，单体丁二烯、苯乙烯难溶于水，乳化剂通常采用水包油型阴离子表面活性剂如烷基硫酸盐、脂肪酸盐、松香皂等，当用量在CMC(临界胶束浓度)以上，体系可形成大量胶束；引发体系一般采用水溶性过硫酸盐如过硫酸钾等或氧化还原体系如过氧化氢/亚硫酸铁。此外，还常常加入分子量调节剂，如叔十二碳硫醇等可以调节分子量和减少支化凝胶。丁苯胶乳广泛应用于造纸、涂料、纺织、建筑和石油沥青等各个领域。我国的石油沥青由于受资源及生产工艺的限制，含蜡量普遍较高，温度敏感性大，高温易产生车辙，低温易开裂，耐久性差，难以用于高等级沥青路面。道路沥青改性用丁苯胶乳是采用特殊合成工艺制得的具有橡胶性能的合成胶乳，对国产重交通道路沥青进行改性后，可明显改善原有沥青的耐高温、低温性能，提高路面质量，延长路面的使用寿命。中国专利CN200910229283.6公开了一种丁苯胶乳改性乳化沥青的生产方法，但该技术存在产品稳定性差、粘度大等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种表面修饰活性双键的纳米二氧化硅改性的丁苯胶乳的制备方法，其克服了现有技术的制备方法所存在的不足之处。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种纳米二氧化硅改性丁苯胶乳的制备方法，包括以下步骤：1)提供原料，所述原料包括以下重量份配比的组份：其中，所述氧化还原引发体系由氧化剂和还原剂组成；2)将所述原料配比重量份的软水、单体苯乙烯、表面修饰活性双键的纳米二氧化硅、还原剂、电解质以及所述重量份5％～10％的分子量调节剂、所述重量份40％～60％的氧化剂，所述重量份30％～40％的复配型乳化剂加入反应釜中，抽真空后，通入所述重量份的单体丁二烯气体并混合均匀，通过阶段升温的方式由15℃～20℃逐步升温至35℃～40℃进行反应，当单体转化率达到50％时加入剩余重量份的分子量调节剂、复配型乳化剂、氧化剂以及所述重量份的防老剂和终止剂，继续反应20～30h；3)反应结束后，采用闪蒸方法脱除剩余丁二烯单体，得到所述纳米二氧化硅改性丁苯胶乳。优选的，所述原料包括以下重量份配比的组份：优选的，所述阶段升温是以15℃～20℃为起始温度，经3～8min升温至25℃～30℃并保温8～15h时间，再经3～8min时间升温至35℃～40℃并保温。优选的，所述复配型乳化剂由脂肪酸钠和松香皂按重量比1:1～2组成。优选的，所述氧化还原引发体系中，所述氧化剂是过氧化氢异丙苯、叔丁基过氧化氢中的至少一种，所述还原剂是硫酸亚铁、EDTA铁钠盐中的至少一种。优选的，所述原料还包括0.05～0.1重量份的助还原剂，所述助还原剂于步骤2)中随所述还原剂一同加入所述反应釜中以用于将铁离子还原为亚铁离子。优选的，所述表面修饰活性双键纳米二氧化硅是由10～20重量份的纳米二氧化硅加入到200～400重量份的乙醇溶液中并超声分散10～15min，再加入20～40重量份的硅烷偶联剂3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，继续超声分散0.5～2h，经抽滤、洗涤、真空干燥制得。优选的，所述分子量调节剂为十二烷基硫醇、四氯化碳中的至少一种。优选的，所述防老剂是对苯二胺、防老剂RD中的至少一种；所述终止剂是亚硝酸钠、多硫化钠中的至少一种。优选的，所述电解质是磷酸钾。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术以表面修饰活性双键的纳米二氧化硅作为功能填料，其活性双键可参与苯乙烯与丁二烯的共聚合反应，从而实现与胶乳良好的相容性，通过其改性的丁苯胶乳材料具有优良的耐热性、耐磨性，有利于提高与沥青等基料混合后的综合性能。(2)本专利技术的制备方法，将苯乙烯和丁二烯单体一次性加入反应釜中，而复配型乳化剂则采用分批加入的方式，可明显降低胶凝的絮凝物含量，从而得到固含量在33％～40％左右，机械稳定性、粘结强度以及流动性等较普通胶乳性能较佳的丁苯胶乳。(3)本专利技术的制备方法，将氧化剂分批加入反应釜中，而还原剂一次性加入，可获得理想的引发效果，使得纳米二氧化硅改性的丁苯胶乳应用效果较好。(4)本专利技术的制备方法，将分子量调节剂分批加入反应釜中，可显著降低胶乳的粘度和结构凝胶含量，有利于后期丁苯胶乳与道路沥青的混合。(5)本专利技术的制备方法采用阶段升温的方式逐步升温至反应温度，有利于获得适中的反应速度，降低丁苯胶乳聚合体系的粘度，同时提高胶乳稳定性。以下实施例对本专利技术作进一步详细说明；但本专利技术的一种纳米二氧化硅改性丁苯胶乳的制备方法不局限于实施例。具体实施方式实施例1将10～20份的纳米二氧化硅加入到300份的乙醇溶液中。超声分散10～15min后，加入20～40份的硅烷偶联剂3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，继续超声分散1h左右。经抽滤、洗涤、真空干燥得到表面修饰活性双键的纳米二氧化硅。将脂肪酸钠(化学式为RCOONa(R＝C11～17))与松香皂按质量比1:1～2混合得到复配型乳化剂。提供由氧化剂过氧化氢异丙苯、叔丁基过氧化氢与还原剂硫酸亚铁、EDTA铁钠盐组成的氧化还原引发体系。将溶剂软水200份、苯乙烯25份、表面修饰活性双键的纳米二氧化硅2份、氧化剂0.5份、还原剂0.8份、助还原剂雕白粉0.06份、0.1份电解质磷酸钾、分子量调节剂十二烷基硫醇0.01份以及复配型乳化剂2份加入聚合反应釜中，抽真空至-0.05MPa，通入气体丁二烯75份，按三段升温方式进行反应，起始温度为22℃，经5min升温至30℃并保温10h时间，再经5min时间升温至40℃并保温，测得单体转化率达到50％时，加入分子量调节剂十二烷基硫醇0.09份、氧化剂0.5份、复配型乳化剂3份、防老剂对苯二胺0.05以及终止剂亚硝酸钠0.05份反应时间24h。聚合反应结束后，采用闪蒸方法脱除剩余丁二烯单体。最终得到机械稳定性、耐热性以及粘接强度等性能较好的纳米二氧化硅改性丁苯胶乳。实施例2表面修饰活性双键的纳米二氧化硅、复配型乳化剂和氧化还原引发体系的制备方法请参考实施例1。将溶剂软水200份、苯乙烯35份、表面修饰活性双键的纳米二氧化硅4份、氧化剂0.2份、还原剂0.3份、助还原剂雕白粉0.08份、0.1份电解质磷酸钾以及分子量调节剂四氯化碳0.1份、复配型乳化剂2份加入聚合反应釜中，抽真空至-0.05MPa后，通入丁二烯65份，按三段升温方式进行反应，起始温度为20℃，经5min升温至28℃并保温10h时间，再经5min时间升温至38℃并保温，测得单体转化率达到50％时，加入分子量调节剂四氯化碳0.9份、氧化剂0.2份、复配型乳化剂4份、防老剂对苯二胺0.05份和终止剂亚硝酸钠0.05份，反应时间24h。聚合反应结束后，采用闪蒸方法脱除剩余丁二烯单体。最终得到机械稳定性、耐热性以及粘接强度等性能较好的纳米二氧化硅改性丁苯胶乳。实施例3表面修饰活性双键的纳米二氧化硅、复配型乳化剂和氧化还原引发体系的制备方法请参考实施例1。将溶剂软水200份、苯乙烯25份、表面修饰活性双键的纳米二氧化硅4份、氧化剂0.3份、还原剂0.8份、助还原剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米二氧化硅改性丁苯胶乳的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)提供原料，所述原料包括以下重量份配比的组份：

【技术特征摘要】
1.一种纳米二氧化硅改性丁苯胶乳的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)提供原料，所述原料包括以下重量份配比的组份：其中，所述氧化还原引发体系由氧化剂和还原剂组成；2)将所述原料配比重量份的软水、单体苯乙烯、表面修饰活性双键的纳米二氧化硅、还原剂、电解质以及所述重量份5％～10％的分子量调节剂、所述重量份40％～60％的氧化剂，所述重量份30％～40％的复配型乳化剂加入反应釜中，抽真空后，通入所述重量份的单体丁二烯气体并混合均匀，通过阶段升温的方式由15℃～20℃逐步升温至35℃～40℃进行反应，当单体转化率达到50％时加入剩余重量份的分子量调节剂、复配型乳化剂、氧化剂以及所述重量份的防老剂和终止剂，继续反应20～30h；3)反应结束后，采用闪蒸方法脱除剩余丁二烯单体，得到所述纳米二氧化硅改性丁苯胶乳。2.根据权利要求1所述的纳米二氧化硅改性丁苯胶乳的制备方法，其特征在于：所述原料包括以下重量份配比的组份：3.根据权利要求1所述的纳米二氧化硅改性丁苯胶乳的制备方法，其特征在于：所述阶段升温是以15℃～20℃为起始温度，经3～8min升温至25℃～30℃并保温8～15h时间，再经3～8min时间升温至35℃～40℃并保温。4.根据权利要求1所述的纳米二氧化硅改性丁苯胶乳的制备方法，其特征在于：所述复配型乳化剂由脂肪酸钠和松香皂...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴李宗，朱继红，吴顺伟，杨丽，罗伟昂，曾碧榕，袁丛辉，许一婷，陈国荣，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35