一种路面保湿剂及其制备方法

摘要

本发明涉及道路保湿领域，针对路面的喷洒液容易蒸发的问题，提供一种路面保湿剂，包括温敏性水凝胶和水，所述温敏性水凝胶为N‑异丙基丙烯酰胺‑丙烯酸‑丙烯酸苯酯共聚物。被温敏性水凝胶吸附的水不容易蒸发，可以长时间停留在路面，直到外界温度超过其LCST，温敏性水凝胶收缩释放出包含的水分，对路面进行二次保湿。本发明还提供上述路面保湿剂的制备方法。

权利要求

1.一种路面保湿剂，其特征在于，包括温敏性水凝胶和水，所述温敏性水凝胶为N‑异丙基丙烯酰胺‑丙烯酸‑丙烯酸苯酯共聚物，丙烯酸用量为N‑异丙基丙烯酰胺质量的10‑15%，丙烯酸苯酯用量为N‑异丙基丙烯酰胺质量的1‑3%；所述温敏性水凝胶的最低临界溶解温度LCST为40‑55℃；所述路面保湿剂的制备原料还包括聚乙二醇1200，聚乙二醇1200的质量是N‑异丙基丙烯酰胺的2‑4%。

2.根据权利要求1所述的一种路面保湿剂，其特征在于，按质量份数计，路面保湿剂由

80‑90份水和10‑20份所述温敏性水凝胶组成。

3.一种权利要求1‑2任一所述的一种路面保湿剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将丙烯酸苯酯和水混合分散均匀，加入过硫酸钾，在50‑60℃下搅拌反应1‑2h；再加入N‑异丙基丙烯酰胺、聚乙二醇1200、十二烷基硫酸钠和过硫酸钾的水分散液，加热至70‑80℃反应3‑5h；然后加入丙烯酸和过硫酸钾，反应1‑2 h得N‑异丙基丙烯酰胺‑丙烯酸‑丙烯酸苯酯共聚物。

4.根据权利要求3所述的一种路面保湿剂的制备方法，其特征在于，所述十二烷基硫酸钠的质量为N‑异丙基丙烯酰胺的10‑20%。

说明书

一种路面保湿剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及道路保湿领域，尤其是涉及一种路面保湿剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 如今，城市化进程不断加快，城市人口日益增多，路面扬尘量不断增加。大颗粒漂浮污染物对我国城市空气质量的影响巨大，是大多数城市空气污染的首要原因。目前，降低道路扬尘及可吸入颗粒物的措施主要是洒水治理，此法优点是简单易行，缺点是降尘保持时间短，耗水量大，据调查数据显示，当汽运碎石路面湿度达到8％～9％时，粉尘浓度可达3
到2mg/m ，而耗水量达1.5～2L/㎡，洒水一次有效时间仅为10～15分钟，特别是我国部分城市夏季气温高，蒸发速度更快，因此，洒水抑尘际应用受到很大限制。

[0003] 专利CN104073222A公布了一种治理近地表气体中可吸入颗粒物的道路抑尘剂及制备方法，将醋酸钙镁盐水溶液应用于道路抑尘剂中，但其保湿吸湿时间短，持续应用时间不明显，且使用分步施工，步骤繁琐。专利CN102660227A、CN103305188A、CN103965834A等，配方中都使用羧甲基纤维素类成膜物质延缓水的蒸发速度，但是该类物质在实际道路应用中会增加滑性，减小道路阻力，可能增加道路安全隐患。据此需要一种理想的解决方法。

发明内容

[0004] 本发明为了克服路面的喷洒液容易蒸发的问题，提供一种路面保湿剂，包括温敏性水凝胶，被温敏性水凝胶吸附的水不容易蒸发，可以长时间停留在路面，直到外界温度超过其LCST，温敏性水凝胶收缩释放出包含的水分，对路面进行二次保湿。

[0005] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0006] 一种路面保湿剂，包括温敏性水凝胶和水，所述温敏性水凝胶为N‑异丙基丙烯酰胺‑丙烯酸‑丙烯酸苯酯共聚物。温敏性水凝胶可以跟随温度变化进行可逆性溶胶‑凝胶转换，当温度降低时，为溶胶状态(像液体)，当温度较高时形成水凝胶。本发明利用温敏性水凝胶和水作为路面保湿剂，喷洒前，温敏性水凝胶与水互溶，吸收容纳大量水分；喷洒后大部分的水和普通洒水液一样有限覆盖路面，起到抑尘作用，被温敏性水凝胶吸附的水不容易蒸发，可以长时间停留在路面，直到外界温度超过其相转变温度LCST，亲水性的凝胶突变成疏水状态，收缩成疏水性硬球结构，释放出包含的水分，对路面进行二次保湿。更重要的是，温敏性水凝胶的转变是可逆的，散步在路面的释放过水分的温敏性水凝胶，在下次遇到雨天或者洒水时可以重新吸附水分，重复上述过程，环境友好。

[0007] 作为优选，丙烯酸用量为N‑异丙基丙烯酰胺质量的10‑15％。本发明的温敏性水凝胶由N‑异丙基丙烯酰胺‑丙烯酸‑丙烯酸苯酯共聚组成，其中N‑异丙基丙烯酰胺起温敏作用，是最主要的链段。但是N‑异丙基丙烯酰胺水凝胶的LCST在32℃左右，不符合使用场景，所以加入丙烯酸链段对其LCST进行调整。丙烯酸的用量具有决定性作用。

[0008] 作为优选，丙烯酸苯酯用量为N‑异丙基丙烯酰胺质量的1‑3％。N‑异丙基丙烯酰胺水凝胶对温度十分敏感，外界温度超过LCST时体积会迅速收缩，本发明为了延缓其中水分的释放速度，添加了丙烯酸苯酯链段，苯环结构的存在，使得温敏性水凝胶收缩受阻。但是丙烯酸苯酯用量不宜过多，避免过度影响N‑异丙基丙烯酰胺水凝胶的温敏性。而且丙烯酸苯酯链段的加入对LCST会产生影响，所以丙烯酸和丙烯酸苯酯的用量需要相互协调。

[0009] 作为优选，所述温敏性水凝胶的最低临界溶解温度LCST为40‑55℃。考虑到夏天路面温度一般可达40‑60℃，为了让温敏性水凝胶可以更好地发挥作用，通过调整单体比例将其LCST调整为40‑55℃。

[0010] 作为优选，按质量份数计，路面保湿剂由80‑90份水和10‑20份所述温敏性水凝胶组成。考虑到经济性，路面保湿剂大部分还是水，可以是普通的河水等，喷洒时这部分水优先浸湿路面，起除尘作用，温敏性水凝胶吸附一部分水在高温时自动释放，进行二次保湿。

[0011] 本发明还提供一种上述路面保湿剂的制备方法，包括以下步骤：将丙烯酸苯酯和水混合分散均匀，加入过硫酸钾，在50‑60℃下搅拌反应1‑2h；再加入N‑异丙基丙烯酰胺、聚乙二醇1200、十二烷基硫酸钠和过硫酸钾的水分散液，加热至70‑80℃反应3‑5h；然后加入丙烯酸和过硫酸钾，反应1‑2h得N‑异丙基丙烯酰胺‑丙烯酸‑丙烯酸苯酯共聚物。本发明将三种单体分别加入，聚合到一定程度后再加入下一单体，这样链段分布更均匀，保证整体的温敏性。

[0012] 作为优选，所述聚乙二醇1200质量是N‑异丙基丙烯酰胺的2‑4％。聚乙二醇1200用量过少，温敏性水凝胶颗粒较小，对水的吸附有限；但聚乙二醇1200用量过大，温敏性水凝胶交联过密，水分子反而不易进入体系，所以聚乙二醇1200用量需控制在合理范围内。

[0013] 作为优选，所述十二烷基硫酸钠的质量为N‑异丙基丙烯酰胺的10‑20％。

[0014] 作为优选，反应结束后的处理步骤为：反应产物用甲醇离心沉淀，经透析、真空干燥。

[0015] 因此，本发明的有益效果为：(1)路面保湿剂包括温敏性水凝胶，被温敏性水凝胶吸附的水不容易蒸发，可以长时间停留在路面，直到外界温度超过其LCST，温敏性水凝胶收缩释放出包含的水分，对路面进行二次保湿；(2)加入丙烯酸链段将N‑异丙基丙烯酰胺水凝胶的LCST调整在40‑55℃之间，适合道路使用；(3)N‑异丙基丙烯酰胺水凝胶对温度十分敏感，外界温度超过LCST时体积会迅速收缩，本发明为了延缓其中水分的释放速度，添加了丙烯酸苯酯链段，苯环结构的存在，使得温敏性水凝胶收缩受阻。

具体实施方式

[0016] 下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。

[0017] 本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

[0018] 实施例1

[0019] 一种路面保湿剂，按质量份数计，由80份水和20份温敏性水凝胶组成，温敏性水凝胶为N‑异丙基丙烯酰胺‑丙烯酸‑丙烯酸苯酯共聚物，丙烯酸用量为N‑异丙基丙烯酰胺质量的12％，丙烯酸苯酯用量为N‑异丙基丙烯酰胺质量的2％，温敏性水凝胶的最低临界溶解温度LCST为50℃。

[0020] 上述路面保湿剂的制备方法为：将2g丙烯酸苯酯和水混合分散均匀，加入0.2g过硫酸钾，在50℃下搅拌反应2h；再加入100g N‑异丙基丙烯酰胺、3g聚乙二醇1200、15g十二烷基硫酸钠和1g过硫酸钾的水分散液，加热至70℃反应4h；然后加入12g丙烯酸和0.2g过硫酸钾继续反应1h，结束反应，产物用甲醇离心沉淀，经透析、真空干燥，得产物N‑异丙基丙烯酰胺‑丙烯酸‑丙烯酸苯酯共聚物。

[0021] 实施例2

[0022] 一种路面保湿剂，按质量份数计，由90份水和10份温敏性水凝胶组成，温敏性水凝胶为N‑异丙基丙烯酰胺‑丙烯酸‑丙烯酸苯酯共聚物，丙烯酸用量为N‑异丙基丙烯酰胺质量的10％，丙烯酸苯酯用量为N‑异丙基丙烯酰胺质量的3％，温敏性水凝胶的最低临界溶解温度LCST为49℃。

[0023] 上述路面保湿剂的制备方法为：将3g丙烯酸苯酯和水混合分散均匀，加入0.2g过硫酸钾，在60℃下搅拌反应1h；再加入100g N‑异丙基丙烯酰胺、2g聚乙二醇1200、10g十二烷基硫酸钠和1g过硫酸钾的水分散液，加热至80℃反应3h；然后加入10g丙烯酸和0.2g过硫酸钾继续反应2h，结束反应，产物用甲醇离心沉淀，经透析、真空干燥，得产物N‑异丙基丙烯酰胺‑丙烯酸‑丙烯酸苯酯共聚物。

[0024] 实施例3

[0025] 一种路面保湿剂，按质量份数计，由85份水和15份温敏性水凝胶组成，温敏性水凝胶为N‑异丙基丙烯酰胺‑丙烯酸‑丙烯酸苯酯共聚物，丙烯酸用量为N‑异丙基丙烯酰胺质量的15％，丙烯酸苯酯用量为N‑异丙基丙烯酰胺质量的1％，温敏性水凝胶的最低临界溶解温度LCST为51℃。

[0026] 上述路面保湿剂的制备方法为：将2g丙烯酸苯酯和水混合分散均匀，加入0.2g过硫酸钾，在50℃下搅拌反应2h；再加入100g N‑异丙基丙烯酰胺、4g聚乙二醇1200、15g十二烷基硫酸钠和1g过硫酸钾的水分散液，加热至70℃反应5h；然后加入15g丙烯酸和0.2g过硫酸钾继续反应1h，结束反应，产物用甲醇离心沉淀，经透析、真空干燥，得产物N‑异丙基丙烯酰胺‑丙烯酸‑丙烯酸苯酯共聚物。

[0027] 实施例4

[0028] 与实施例1的区别在于：丙烯酸用量为N‑异丙基丙烯酰胺质量的6％。

[0029] 实施例5

[0030] 与实施例1的区别在于：丙烯酸用量为N‑异丙基丙烯酰胺质量的18％。

[0031] 实施例6

[0032] 与实施例1的区别在于：丙烯酸苯酯用量为N‑异丙基丙烯酰胺质量的5％。

[0033] 实施例7

[0034] 与实施例1的区别在于：未使用丙烯酸苯酯。

[0035] 实施例8

[0036] 与实施例1的区别在于：聚乙二醇1200的质量是N‑异丙基丙烯酰胺的6％。

[0037] 实施例9

[0038] 与实施例1的区别在于：聚乙二醇1200的质量是N‑异丙基丙烯酰胺的0.8％。

[0039] 对比例

[0040] 普通的N‑异丙基丙烯酰胺温敏性水凝胶。

[0041] 结果测试

[0042] (1)溶胀率的测试

[0043] 在三个10mL的小盐水瓶中分别加入3～5mg的个实施例制得的干凝胶(Wd)，再分别加入8mL Milli‑Q超纯水，并将它们置于室温水浴中24h，达到溶胀平衡。最后将充分溶胀的水凝胶取出，并用湿滤纸将其表面的水分吸干，称重(We)。则水凝胶在不同温度下的平衡溶胀率(ESR)可以通过公式ESR＝(We‑Wd)/Wd计算得到。

[0044] (2)收缩率的测试

[0045] 采用称重法测量水凝胶的去溶胀动力学：先将水凝胶在室温下达到溶胀平衡，然后将处于溶胀平衡状态下的水凝胶迅速转移到装有温度为53℃水的烧杯中，在设定的时间点测量水凝胶的重量。测量水凝胶重量时，将水凝胶从水中小心取出，用滤纸吸去水凝胶表面的水后再称重，然后再将水凝胶放回烧杯，2h后再次测量重量，计算收缩率。

[0046] 测试结果如下表所示，可以看出，本发明制得的温敏性水凝胶响应温度在40‑55℃之间，吸水溶胀率大，响应速度合理。与实施例1相比，实施例4和5体现了丙烯酸用量对温敏性水凝胶LCST的影响，丙烯酸用于增加LCST，所以用量过少时LCST较低，用量过多是LCST较高。实施例6和7体现了丙烯酸苯酯对温敏性水凝胶响应速度的影响，丙烯酸苯酯通过大分子的苯环降低温敏性水凝胶的收缩敏感性，所以丙烯酸苯酯用量不宜过多；从实施例6可以看出丙烯酸苯酯还会降低温敏性水凝胶的LCST，所以在同时使用丙烯酸和丙烯酸苯酯时，需要控制两者的比例。实施例8和9体现了聚乙二醇1200用量对温敏性水凝胶吸附量的影响，聚乙二醇1200用量过少，温敏性水凝胶颗粒较小，对水的吸附有限；但交链剂用量过大，温敏性水凝胶交联过密，水分子反而不易进入体系，所以聚乙二醇1200用量需控制在合理范围内。

[0047]组别 LCST/℃ 平衡溶胀率％ 收缩率％
实施例1 50 586 15
实施例2 49 573 15
实施例3 51 569 15
实施例4 38    
实施例5 57    
实施例6 42   10
实施例7 52   25
实施例8 53 460  
实施例9 51 455  
对比例 32 400 28

[0048] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。