[发明专利]一种氧化石墨烯非离子型沥青乳化剂及其制备方法

说明书

本发明提出一种氧化石墨烯非离子型沥青乳化剂及其制备方法。一种氧化石墨烯非离子型沥青乳化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯；(2)将对壬基酚和三氯氧磷溶于乙腈，缓慢滴加吡啶，0℃反应5h，得到中间体Ⅰ，中间体Ⅰ为：(3)将氧化石墨烯溶于无水乙腈，边搅拌边加入DCC和中间体Ⅰ，60‑70℃反应3h，停止反应，冷却至‑5℃，黄色固体析出，过滤，乙醇反复洗涤固体，得到壬基氧化石墨烯非离子型沥青乳化剂。本发明制备的沥青乳化剂性能优良，乳化沥青细腻均匀，稳定性好，具有广阔应用前景。

技术领域

本发明属于精细化工领域，具体涉及一种氧化石墨烯非离子型沥青乳化剂。

背景技术

沥青是一种高黏度的混合物，其主要成分为碳氢化合物，常温下为黑色或黑褐色半固态或固态。石油沥青是交通、建筑及其他一些行业不可缺少的基建材料。将乳化沥青用于道路工程可节能降耗、延长施工季节、减少环境污染并改善施工条件。随着沥青应用水平的不断发展，普通热沥青的不足也开始显现：沥青凝结速度太快，使用时需要反复加热，这在使用过程中造成了极大的能源浪费和环境污染。将冷沥青加热到融化粘稠状态，在含有适量乳化剂的水溶液中，经过搅拌使沥青能以一种微细的颗粒状态散布在溶液中，形成(O/W)状的乳液，这就是乳化沥青。这种沥青乳液在常温下以液态形式存在，呈深棕色或黑色，高温下具有良好的流动性。

非离子表面活性剂是一种在水溶液中不产生离子的表面活性剂。非离子表面活性剂在水中的溶度是由于分子中具有强亲水性的官能团，非离子表面活性剂在数量上仅次于阴离子表面活性剂，是一类大量使用的重要品种，随着石油工业的发展，它的产量还会不断提高。

2010年Geim和Novoselov因发现了具有完整原子晶格碳的一种形式——石墨烯而获得了诺贝尔物理学奖。石墨烯是一种由sp2杂化的碳原子形成的蜂窝状二维纳米结构新材料，具有单原子厚度，是目前世界上最薄的材料。Brodie最先在浓HNO₃中混入石墨，再加入KClO₃，经反应制备出氧化石墨。随后，Hummers通过在浓H₂SO₄中加入NaNO₃和KMnO₄，对氧化石墨进行充分氧化。氧化石墨烯通常是在强氧化剂存在的条件下，对石墨进行氧化剥离得到。虽然，氧化石墨烯精确的结构很难测试出，但可以确定的是其表面具有各种含氧官能团，这些官能团包括分布于二维平面内的羟基(-OH)、环氧基(-C-O-C-)，以及分布于片层边缘的羧基(-COOH)和羰基(C＝O)。表面的极性官能团使其具有优异的亲水性、在极性溶剂中的良好分散性和与分子键合的能力。

本发明沥青乳化剂包含非极性的脂肪链苯基端部和极性氧化石墨烯端部，溶于水后不分离出离子，是一种典型的非离子表面活性剂。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明一种氧化石墨烯非离子型沥青乳化剂及其制备方法，本发明制备的沥青乳化剂原料来源广泛，生产成本低，制备工艺简单，可乳化多种不同型号的沥青，制备的乳化沥青细腻均匀，储存稳定性好。

本发明提供一种氧化石墨烯非离子型沥青乳化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)氧化石墨烯的制备：采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯；

(2)壬基酚的氯化：将壬基酚和三氯氧磷溶于乙腈，缓慢滴加吡啶，0℃反应5h，得到中间体Ⅰ，中间体Ⅰ为：

(3)氧化石墨烯非离子型沥青乳化剂的制备：将氧化石墨烯溶于无水乙腈，边搅拌边加入DCC和中间体Ⅰ，60-70℃反应3h，停止反应，冷却至-5℃，黄色固体析出，过滤，乙醇反复洗涤固体，得到壬基氧化石墨烯非离子型沥青乳化剂。

作为本发明进一步的改进，壬基可以由辛基、葵基以及C_10-25的碳链基团代替，包括同分异构体，主链碳数不低于8。