一种缓释微胶囊自融冰制备工艺

技术领域

本发明涉及热拌沥青路面主动式融雪除冰技术领域，尤其涉及一种缓释微胶囊自融冰制备工艺。

背景技术

我国公路网规模已跃居世界第一，北方处于冰雪多发地区，南方常出现冻雨天气，容易引发公路交通安全事故。

专利公开号为CN206164052U，公开了一种外绝缘除冰雪工具，包括绝缘操作杆和除冰雪刀体，该绝缘操作杆一端与除冰雪刀体相连接，其技术特点是：绝缘操作杆的另一端与电热吹风器相连接，该电热吹风器的另一端与刮冰器相连接。本实用新型将机械除冰雪与热力除冰雪两种方式结合在一起，不仅操作方便，还提升了除冰雪效率，保证除冰雪效果；同时在刮冰器的楔形刮刀片上设置了橡胶软垫，可以防止刀片损伤外绝缘表面，在刮冰器上还设置了电热丝，可以通过加热方式加速冰体融化，达到除冰雪和防止再次结冰的效果；提高了绝缘操作杆的绝缘性能，满足防滑防雨要求，可有效避免使用者除冰雪时出现的脱手以及触电现象，保证了使用者的人身安全。

专利公开号为CN102635084A，公开了一种隐藏式机场跑道除冰雪系统。该系统主要包括：智能检测喷洒机构、跑道滑轨、指挥控制室、除雪剂回收装置、铲雪机构、扫雪机构、吹雪及蒸汽除雪机构和设备滑轨。本发明公开的隐藏式机场跑道除冰雪系统，设备隐藏在机场跑道两侧和跑道一端的地下，在冰雪天气下，配合塔台对飞机的指挥，设备可在除雪时段自动开启，系统据雪情选用隐藏在地下的不同的除雪装置和机构，喷洒机构安装有多组传感器，除雪机构可在滑轨上快速作业，所有设备作业完毕后自动缩回地下，省去了除雪车等设备，减少人力物力，高效率且喷洒均匀，更好的保证起飞安全。

上述两篇文献分别为人工机械清除法和撒布氯盐融雪剂法，人工清除与机械清除积雪凝冰为被动式除雪技术，工作量集中、需封路除雪、除冰效率低；撒布氯盐融雪剂法则会盐碱化土壤，并腐蚀道路护栏、桥涵等混凝土结构。

主动清除冰雪的技术，包括热力融雪技术、嵌入高弹性材料融冰雪技术和添加蓄盐填料融冰雪技术等，热力融雪可以采用电力和地热融雪技术，通过在路表面铺设发热电缆、热水管道和电热丝等，利用电力使电缆、电热丝发热起到融雪除冰的作用，利用在管道中注入热水起到融雪除冰的作用。热力融雪施工工艺复杂，耗能大，造价高，且后期维护工程量大，因此热力融雪应用受到限制；

我国目前以机械除雪和外撒氯盐类融雪剂被动除冰雪技术为主，常需雪后在规定的时间内清除积雪保畅交通，除冰雪过程中占用车道或封闭交通，存在工作量大、效率低、腐蚀混凝土、盐碱化土壤等缺点，因此我们提出了一种缓释微胶囊自融冰制备工艺，以液固废利用、低碳节能环保的主动式融雪除冰新材料、新技术来解决上述问题。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种缓释微胶囊自融冰制备工艺。

本发明提出的一种缓释微胶囊自融冰制备工艺，包括以下步骤：

S1：材料准备：缓释微胶囊自融冰所需的材料为糠醛或植物秸秆热解废液提取并合成制备的乙酸钠、活性剂OP-10、分散剂纳米SiO

S2：自融冰剂母体制备：制备饱和乙酸钠溶液，加入饱和乙酸钠溶液质量3%的活性剂OP-10与饱和乙酸钠溶液质量1%的分散剂纳米SiO

S3：将S2中获得的混合溶液与多孔固废载体，添加到搅拌机构中进行充分混合搅拌，获得混合物；

S4：将S3中获得的混合物进行干燥、分散，即得待改性自融冰剂；

S5，囊壁制备：单体X、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和苯乙烯混合获得单体混合液；

单体混合液中加入引发剂与偶联剂，然后滴加加入到预热至110℃下的溶剂中，聚合3h，获得改性囊壁溶液；

S6，自融冰剂改性：用改性囊壁溶液对S4预备待改性自融冰剂进行包裹改性处理；

改性囊壁溶液、水、待改性自融冰剂充分混合后为糊状物；

将糊状物干燥、粉碎、过筛后即得缓释微胶囊自融冰。

优选的，所述S3中，混合溶液与多孔固废载体的质量比例为1:2-2.3。优选的，所述S3中混合搅拌时间为1-1.5h；S4中对混合物在120-130℃下干燥至恒重。

优选的，S5中，所述溶剂：单体X：丙烯酸甲酯：丙烯酸丁酯：苯乙烯的质量比设置为50:1:25:18:8。

优选的，所述S5中的溶剂设置为异丙醇，单体X设置为丙烯酸。

优选的，S5中，所述引发剂设置为AIBN，偶联剂设置为硅烷偶联剂KH-570。

优选的，所述S5中单体混合液中加入单体混合液质量2.5%的AIBN以及加入单体混合液质量0.8%的硅烷偶联剂KH-570。

向单体混合液中加入引发剂，可简单理解为催化聚合作用，2.5%为丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和苯乙烯四种单体质量之和的2.5%，0.8%为丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和苯乙烯四种单体质量之和的0.8%。

优选的，所述S6中改性囊壁溶液、水、待改性自融冰剂的质量比例为1:0.6:3。

本发明的有益效果：多孔固废载体高炉矿渣粉将液废提取环保有机非氯盐融雪芯材吸附至孔隙内，以糠醛或植物秸秆热解废液提取并合成制备的乙酸钠作为抑冰融雪组分，载体吸附芯材后表面进行高分子囊壁改性处理，使其形成微胶囊结构，实现缓释效果，具有良好的自融冰率、较低的吸湿率、盐分释放率，并具备良好的热拌沥青混合料热稳定性能。液废、固废和有机非氯环保盐的利用使本发明具备显著的节能减排和绿色低碳环保性能。

附图说明

图1为自制缓释微胶囊自融冰剂的SEM100倍材料形貌；

图2为自制缓释微胶囊自融冰剂的SEM500倍材料形貌；

图3为缓释微胶囊自融冰剂的蓄盐混合料材料SEM200倍材料形貌；

图4为缓释微胶囊自融冰剂的蓄盐混合料材料SEM200倍材料形貌；

图5为缓释微胶囊自融冰剂粉末XRD图谱；

图6为缓释微胶囊自融冰剂红外光谱分析图谱；

图7为未改性自融冰剂热重结果图；

图8为改性自融冰剂热重结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说，实施例中质量单位均为克，比例均为质量比。

实施例一

本实施例中提出了一种缓释微胶囊自融冰制备工艺，包括以下步骤：

S1：材料准备：缓释微胶囊自融冰所需的材料为糠醛或植物秸秆热解废液提取并合成制备乙酸钠、活性剂OP-10、分散剂纳米SiO

S2，自融冰剂母体制备：制备饱和乙酸钠溶液，加入饱和乙酸钠溶液质量3%的活性剂OP-10与饱和乙酸钠溶液质量1%的分散剂纳米SiO

S4，将S3中获得的混合物进行干燥、分散，即得待改性自融冰剂；

S5，囊壁制备：单体X、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和苯乙烯混合获得单体混合液；

单体混合液中加入引发剂与偶联剂，然后滴加加入到预热至110℃下的溶剂中，聚合3h，获得改性囊壁溶液；

S6，自融冰剂改性：用改性囊壁溶液对S4预备待改性自融冰剂进行包裹改性处理；

改性囊壁溶液、水、待改性自融冰剂充分混合后为糊状物；

将糊状物干燥、粉碎、过筛后即得缓释微胶囊自融冰。

本实施例中，S3中在搅拌时间为1h，且S4中对混合物在120℃下干燥至恒重，溶剂：单体X：丙烯酸甲酯：丙烯酸丁酯：苯乙烯的为例设置为50:1:25:18:8，S5中的溶剂设置为异丙醇，单体X设置为丙烯酸，引发剂设置为AIBN，偶联剂设置为硅烷偶联剂KH-570， S5中单体混合液中加入单体混合液质量2.5%的AIBN以及加入单体混合液质量0.8%的硅烷偶联剂KH-570。S6中改性囊壁溶液、水、待改性自融冰剂比例为1:0.6:3，多孔固废载体设置为高炉矿渣粉。

实施例二

本实施例中提出了一种缓释微胶囊自融冰制备工艺，包括以下步骤：

S1：材料准备：缓释微胶囊自融冰所需的材料为糠醛或植物秸秆热解废液提取并合成制备乙酸钠、活性剂OP-10、分散剂纳米SiO

S2，自融冰剂母体制备：制备饱和乙酸钠溶液，加入饱和乙酸钠溶液质量3%的活性剂OP-10与饱和乙酸钠溶液质量1%的分散剂纳米SiO

S4，将S3中获得的混合物进行干燥、分散，即得待改性自融冰剂；

S5，囊壁制备：单体X、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和苯乙烯混合获得单体混合液；

单体混合液中加入引发剂与偶联剂，然后滴加加入到预热至110℃下的溶剂中，聚合3h，获得改性囊壁溶液；

S6，自融冰剂改性：用改性囊壁溶液对S4预备待改性自融冰剂进行包裹改性处理；

改性囊壁溶液、水、待改性自融冰剂充分混合后为糊状物；

将糊状物干燥、粉碎、过筛后即得缓释微胶囊自融冰。

本实施例中，S3中在糊状下搅拌时间为1.2h，且S4中对混合物在125℃下干燥之恒重，溶剂：单体X：丙烯酸甲酯：丙烯酸丁酯：苯乙烯的为例设置为50:1:25:18:8，S5中的溶剂设置为异丙醇，单体X设置为丙烯酸，引发剂设置为AIBN，偶联剂设置为硅烷偶联剂KH-570，所述S5中单体混合液中加入单体混合液质量2.5%的AIBN以及加入单体混合液质量0.8%的硅烷偶联剂KH-570。S6中改性囊壁溶液、水、待改性自融冰剂比例为1:0.6:3。

实施例三

本实施例中提出了一种缓释微胶囊自融冰制备工艺，包括以下步骤：

S1：材料准备：缓释微胶囊自融冰所需的材料为糠醛或植物秸秆热解废液提取并合成制备乙酸钠、活性剂OP-10、分散剂纳米SiO

S2，自融冰剂母体制备：制备饱和乙酸钠溶液，加入饱和乙酸钠溶液质量3%的活性剂OP-10与饱和乙酸钠溶液质量1%的分散剂纳米SiO

S4，将S3中获得的混合物进行干燥、分散，即得待改性自融冰剂；

S5，囊壁制备：单体X、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和苯乙烯混合获得单体混合液；

单体混合液中加入引发剂与偶联剂，然后滴加加入到预热至110℃下的溶剂中，聚合3h，获得改性囊壁溶液；

S6，自融冰剂改性：用改性囊壁溶液对S4预备待改性自融冰剂进行包裹改性处理；

改性囊壁溶液、水、待改性自融冰剂充分混合后为糊状物；

将糊状物干燥、粉碎、过筛后即得缓释微胶囊自融冰。

本实施例中，S3中在糊状下搅拌时间为1.5h，且S4中对混合物在130℃下干燥之恒重，溶剂：单体X：丙烯酸甲酯：丙烯酸丁酯：苯乙烯的为例设置为50:1:25:18:8，S5中的溶剂设置为异丙醇，单体X设置为丙烯酸，引发剂设置为AIBN，偶联剂设置为硅烷偶联剂KH-570，所述S5中单体混合液中加入单体混合液质量2.5%的AIBN以及加入单体混合液质量0.8%的硅烷偶联剂KH-570。所述S6中改性囊壁溶液、水、待改性自融冰剂的质量比例为1:0.6:3。实施例四

本实施例中提出了一种缓释微胶囊自融冰制备工艺，包括以下步骤：

S1：材料准备：缓释微胶囊自融冰所需的材料为糠醛或植物秸秆热解废液提取并合成制备乙酸钠、活性剂OP-10、分散剂纳米SiO

S2，自融冰剂母体制备：制备饱和乙酸钠溶液，加入饱和乙酸钠溶液质量3%的活性剂OP-10与饱和乙酸钠溶液质量1%的分散剂纳米SiO

S4，将S3中获得的混合物进行干燥、分散，即得待改性自融冰剂；

S5，囊壁制备：单体X、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和苯乙烯混合获得单体混合液；

单体混合液中加入引发剂与偶联剂，然后滴加加入到预热至110℃下的溶剂中，聚合3h，获得改性囊壁溶液；

S6，自融冰剂改性：用改性囊壁溶液对S4预备待改性自融冰剂进行包裹改性处理；

改性囊壁溶液、水、待改性自融冰剂充分混合后为糊状物；

将糊状物干燥、粉碎、过筛后即得缓释微胶囊自融冰。

本实施例中，S3中的溶液与多孔固废载体的质量比例为1:2.3，S3中在糊状下搅拌时间为1h，且S4中对混合物在130℃下干燥之恒重，溶剂：单体X：丙烯酸甲酯：丙烯酸丁酯：苯乙烯的为例设置为50:1:25:18:8，S5中的溶剂设置为异丙醇，单体X设置为丙烯酸，引发剂设置为AIBN，偶联剂设置为硅烷偶联剂KH-570，所述S5中单体混合液中加入单体混合液质量2.5%的AIBN以及加入单体混合液质量0.8%的硅烷偶联剂KH-570。

所述S6中改性囊壁溶液、水、待改性自融冰剂的质量比例为1:0.6:3。

糠醛或植物秸秆废液提取并合成制备乙酸钠，多孔载体为固废高炉矿渣粉，缓蚀剂为NaHCO

本实施例中，将缓释微胶囊自融冰替代矿粉用于热拌沥青混合料，铺筑于沥青混凝土表面层，抑冰融雪成分在毛细管作用、车辆行驶产生泵吸作用和环境的耦合作用下，逐渐向沥青路面析出，吸收空气中的水分形成溶液，溶液与冰雪之间存在蒸气压差，冰雪有蒸气压下降向液态蒸气压趋同的趋势，接触面冰雪融化降低路面与冰层粘结力，实现沥青路面主动抑冰融雪的效果。

本实施例中，在扫描电镜分析中，使用扫描电镜观察该粉末的固体颗粒的表观形貌与特征，再进行典型物质形态对比，通过扫描电镜确定该材料的物相，由图1-2可知，自制缓释微胶囊自融冰剂为粉末状，在扫描电镜观察下，呈现出不规则的颗粒状态，材料表面粗糙，符合作为沥青混合料填料的条件；由图3-4可知，缓释微胶囊自融冰剂作为填料替换矿粉制备沥青混合料，在混合料中分布较为均匀，说明材料在混合料中有较好的相适应性；

本实施例中，在X射线衍射分析中，XRD试验结果如图5所示，在图谱中25°~35°存在一个较宽的弥散峰，说明样品的结构中不存在定型结构，自融冰剂母体为大比表面积的不规则颗粒，改性囊壁溶液囊壁乳液对自融冰剂包裹改性后，材料仍为不规则结构，经过烘干、分散以及过筛后的缓释微胶囊自融冰剂粒径为0.075mm，在XRD中出现较宽的弥散峰；28°处出现一个峰，为C元素；33°和45°处分别出现两个吸收峰，33°处与45°处为均Na元素化合物，说明乙酸钠为缓释微胶囊自融冰剂中主要组分，也是发挥抑冰融雪功能的主要材料；

本实施例中，在红外光谱分析中，红外光谱分析结果如图6所示，缓释微胶囊自融冰剂的红外光谱如上2952.4cm

本实施例中，热重分析自制缓释微胶囊自融冰剂在应用过程中，通过替代沥青路面集料中的部分矿粉掺入沥青混合料，SMA-13沥青混合料拌和过程，处在一个相对高温环境中，采用与实际工程相同的SMA-13沥青玛蹄脂碎石路面作为应用对象，使用SBS(I-D)改性沥青，沥青混合料的拌和温度为185℃。微胶囊囊壁本身为高分子聚合材料，对其热稳定性进行研究，采用热重分析仪(TGA)，研究自制缓释微胶囊自融冰剂随温度变化所表现出的相关性质，本试验选用吹扫气体为氮气，热重分析仪设置按照5℃/min的速率缓慢升温。试验结果如图7、图8所示。

热重试验结果中曲线为试验样品随试验温度上升产生的质量变化趋势。图7为未使用囊壁材料改性前热重试验结果。试验结果表明无机材料的质量损失开始于357℃，此温度下产生热量损失，不影响材料在应用中的使用；图8为缓释微胶囊自融冰剂样品在27℃开始发生轻微的质量损失，升温至60℃时为第一阶段的质量损失，质量损失为6.9%，为材料中的水分蒸发；在60℃至357℃阶段，样品材料的质量基本未发生变化；样品从357℃开始发生分解，产生持续的质量损失，由此可知材料的分解温度为357℃，沥青混合料180℃~185℃的拌和温度，缓释微胶囊自融冰剂具有良好的热稳定性能，分解温度满足混合料制备和使用要求。

本发明中，高炉矿渣粉将自融雪芯材吸附至孔隙内，且融雪芯材为糠醛或植物秸秆热解废液提取并合成制备乙酸钠，吸附芯材载体表面进行高分子囊壁改性处理，使其形成微胶囊结构，以实现缓释的效果，具有良好的融冰率、吸湿率、盐分释放量，具有良好的热稳定性能。

上述实施例中获得缓释微胶囊自融冰性能如表所示；

以上所述，实施例四本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。