一種多陽離子酰胺型瀝青乳化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多陽離子酰胺型瀝青乳化劑及其制備方法，屬于精細(xì)化工技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 乳化瀝青尤其是陽離子乳化瀝青由于具有節(jié)能環(huán)保，可以改善施工條件，并能有 效減少瀝青過度老化等許多優(yōu)良的應(yīng)用特點(diǎn)，而被廣泛的應(yīng)用于道路建設(shè)和路面維護(hù)中。
[0003] 影響乳化瀝青路用性能的最關(guān)鍵因素就是瀝青乳化劑，目前國內(nèi)外陽離子型瀝青 乳化劑主要品種有有機(jī)胺類、季銨鹽類、咪唑啉類、酰胺類等，其中季銨鹽類乳化劑應(yīng)用最 廣泛。隨著陽離子乳化瀝青的應(yīng)用，瀝青乳化劑的品種也逐漸豐富。
[0004] 美國專利USP4338136以C12 18長碳鏈脂肪酸與二乙烯三胺在一定條件下反應(yīng)制備 瀝青乳化劑。該方法的缺點(diǎn)是制備的瀝青乳化劑價(jià)格昂貴，用于稀漿封層施工時(shí)，破乳時(shí)間 長，成型時(shí)間慢，開放交通時(shí)間長。中國專利CN1096714利用煉油廠副產(chǎn)環(huán)烷酸與烯基多胺 反應(yīng)，制備瀝青乳化劑。該方法的缺點(diǎn)是乳化劑的原料供應(yīng)受到很大制約，不利于推廣應(yīng) 用。中國專利CN1861721A涉及一種松香陽離子瀝青乳化劑。該乳化劑是由松香和烯基多胺 反應(yīng)，得到松香中間體，然后，與不同類型的季銨鹽中間體縮合，制得性能優(yōu)良的松香陽離 子瀝青乳化劑。這一方法的缺點(diǎn)是反應(yīng)步驟繁瑣，需要高溫反應(yīng)。中國專利CN101712625A 涉及一種兩性慢裂快凝瀝青乳化劑合成方法，采用油酸與多胺反應(yīng)生成酰胺多胺，然后加 入氯乙酸發(fā)生鹵代反應(yīng)，制得瀝青乳化劑。該方法的缺點(diǎn)是制備時(shí)需要高溫反應(yīng)。中國專 利CN101745340A涉及一種陽離子瀝青乳化劑制備方法，主劑由混合有機(jī)酸和有機(jī)胺反應(yīng) 得到中間體，再進(jìn)行季銨化反應(yīng)制得，輔劑為非離子表面活性劑和改性助劑。該方法的缺點(diǎn) 是制備步驟繁瑣，成本較高，需要高溫反應(yīng)。中國專利201310722961. 9公開的是一種酸改 性淀粉陽離子慢裂慢凝瀝青乳化劑的制備方法，為瀝青乳液提供慢裂慢凝性能不提供快裂 性能。
[0005] 上述陽離子型瀝青乳化劑及其制備方法普遍存在的不足是：制備乳化劑的原料成 本較高，來源受到限制，制備時(shí)需要高溫反應(yīng)，對(duì)生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)成本低、工藝簡單、 不需要高溫反應(yīng)的多陽離子酰胺型瀝青乳化劑及其制備方法。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] -種多陽離子酰胺型瀝青乳化劑，其分子結(jié)構(gòu)式為：
[0009]
[0010] 其中，R =甲基（-ch3)，乙基（_C2H5)，乙醇基（_C2H 40H)。
[0011] 本發(fā)明還提供一種多陽離子酰胺型瀝青乳化劑的制備方法，步驟為：將N-氫化牛 脂基-1，3-丙撐二胺、醇類溶劑和丙烯酰胺混合反應(yīng)，構(gòu)成反應(yīng)體系I ;將低碳數(shù)叔胺、工業(yè) 鹽酸和環(huán)氧氯丙烷混合反應(yīng)，構(gòu)成反應(yīng)體系II，在30-70°C反應(yīng)，得到反應(yīng)中間體，將反應(yīng) 中間體加入到反應(yīng)體系I的合成產(chǎn)物中，60-80°C反應(yīng)2-4h，即得到多陽離子酰胺型瀝青乳 化劑。
[0012] 上述N-氫化牛脂基-1，3-丙撐二胺、醇類溶劑、丙烯酰胺、低碳數(shù)叔胺、工業(yè)鹽 酸、環(huán)氧氯丙烷的摩爾比為 lmol :(5.00-11. 00)mol :(3.00-3. 10)mol :(2.02-2. 10)mol : (2. 02-2. 10)mol ： (2. 02-2. 08)mol 〇
[0013] 經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析，上述摩爾比例的各原料使得本發(fā)明制備得到的多陽離 子酰胺型瀝青乳化劑的性能較理想，不合適的配比關(guān)系的原料不能形成多陽離子酰胺型瀝 青乳化劑。
[0014] 優(yōu)選的，所述醇類溶劑為乙醇、甲醇或異丙醇，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析，并根據(jù) 本發(fā)明制得的多陽離子酰胺型瀝青乳化劑的需要，選擇上述醇類溶劑制得的瀝青乳化劑的 效果較好。
[0015] 優(yōu)選的，所述低碳數(shù)叔胺為三甲胺水溶液、三乙胺或三乙醇胺。
[0016] 所述多陽離子酰胺型瀝青乳化劑的制備方法，具體包括如下步驟：
[0017] (1)將N-氫化牛脂基-1，3-丙撐二胺加入到反應(yīng)容器中，加入醇類溶劑，加熱攪拌 溶解，再加入丙烯酰胺，在60-80°C攪拌反應(yīng)2_4h ;
[0018] (2)在另一反應(yīng)器中加入低碳數(shù)叔胺，逐漸加入工業(yè)鹽酸，再逐漸加入環(huán)氧氯丙 烷，30_70°C攪拌反應(yīng)2h，得到反應(yīng)中間體；將制備的反應(yīng)中間體滴加到上述步驟（1)合成 產(chǎn)物中，60-80°C攪拌反應(yīng)2-4h，得到多陽離子酰胺型瀝青乳化劑。
[0019] 優(yōu)選的，步驟（1)中，反應(yīng)溫度為65-75°C ;
[0020] 優(yōu)選的，步驟（2)中，將制備的反應(yīng)中間體滴加到步驟（1)合成產(chǎn)物中，在65_75°C 進(jìn)行攪拌反應(yīng)。
[0021] 本發(fā)明還提供一種所述的多陽離子酰胺型瀝青乳化劑在制備快裂型陽離子乳化 瀝青的應(yīng)用，應(yīng)用方法為：將多陽離子酰胺型瀝青乳化劑配制成質(zhì)量濃度為1.0-3.0%的 水溶液，用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2-3,加熱至65°C，制得皂液；將瀝青和乳化劑皂液通過膠體磨 乳化制備出多陽離子型乳化瀝青。
[0022] 本發(fā)明的有益效果是：
[0023] (1)本發(fā)明通過對(duì)反應(yīng)原料的合理選擇，制備得到了一種全新結(jié)構(gòu)的多陽離子酰 胺型瀝青乳化劑。本發(fā)明的原料中通過首次加入丙烯酰胺，在瀝青乳化劑的分子結(jié)構(gòu)中通 過加入丙烯酰胺引入了雙酰胺基，使得本發(fā)明制備得到的瀝青乳化劑分子的親水性較大， 以及提高了乳化劑與瀝青的相容性。另外，綜合考慮碳鏈長度對(duì)于瀝青乳化劑的HLB值（親 水/親油平衡值）和CMC (臨界膠束濃度）的影響，選擇以N-氫化牛脂基-1，3-丙撐二胺 和低碳數(shù)叔胺作為反應(yīng)的原料，使制備的瀝青乳化劑的HLB值在最佳范圍以內(nèi)，提高了對(duì) 瀝青的乳化性能；低碳數(shù)叔胺和環(huán)氧氯丙烷的加入，使制備得到的瀝青乳化劑分子具有多 陽離子酰胺型化學(xué)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了瀝青乳化劑分子的電荷強(qiáng)度。
[0024] 本發(fā)明中的瀝青乳化劑為多陽離子型，本發(fā)明乳化劑分子中的親水基會(huì)在水中發(fā) 生電離，由于是多陽離子型的乳化劑，電離作用較強(qiáng)，使界面膜攜帶相應(yīng)的較多的正電荷， 出現(xiàn)了一層界面電荷，由此出現(xiàn)了界面電荷層。界面電荷層的形成通過讓瀝青微粒相互排 斥，使它們保持一定距離，從而讓瀝青顆粒維持分散狀態(tài)，對(duì)瀝青乳液起到了分散作用。界 面電荷層的出現(xiàn)，對(duì)于瀝青的乳化、瀝青在水相中的分散、保持瀝青乳液的均相穩(wěn)定體系具 有至關(guān)重要的作用。由于本發(fā)明的乳化劑在水中可電離較多陽離子，所以界面電荷層作用 較強(qiáng)，從而使得本發(fā)明的瀝青乳化劑乳化瀝青后其體系更加穩(wěn)定。
[0025] 另外，本發(fā)明的瀝青乳化劑結(jié)構(gòu)式中含有的親水基較多，羥基、季銨鹽和酰胺基， 使得界面膜、水合層和界面電荷層都相應(yīng)的增強(qiáng)，提高了乳液的穩(wěn)定性。
[0026] (2)本發(fā)明采用特定的原料丙烯酰胺、N-氫化牛脂基-1，3-丙撐二胺、低碳數(shù)叔 胺、鹽酸和環(huán)氧氯丙烷，生成具有一定HLB值的多陽離子酰胺型化學(xué)結(jié)構(gòu)的瀝青乳化劑，采 用本發(fā)明制備的多陽離子酰胺型瀝青乳化劑具有很好的乳化性能，制備得到的乳化瀝青的 各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)良，可乳化多種不同型號(hào)的瀝青，制備的乳化瀝青細(xì)膩均勻，良好的集料裹 附性，各項(xiàng)性能均能滿足中國交通部制訂的陽離子乳化瀝青標(biāo)準(zhǔn)（JTJ052-2000)。適用于公 路透層油或粘層油的灑布，以及用于碎石封層、石肩封層、霧封層及修復(fù)路面輕微網(wǎng)裂等， 具有快裂瀝青乳化劑的特性。
[0027] (3)本發(fā)明的多陽離子酰胺型瀝青乳化劑的原料N-氫化牛脂基-1，3-丙撐二胺相 對(duì)于目前的陽離子型瀝青乳化劑所用的原料便宜、來源廣泛，瀝青乳化劑生產(chǎn)成本低，并且 為制備多陽離子酰胺型瀝青乳化劑提供良好基礎(chǔ)。
[0028] (4)現(xiàn)有技術(shù)中酰胺基胺類乳化劑反應(yīng)溫度一般控制在140~180°C，而本發(fā)明的 多陽離子酰胺型瀝青乳化劑的制備方法工藝簡單、不需要高溫反應(yīng)，降低能耗，大大節(jié)約生 產(chǎn)成本。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，應(yīng)該說明的是，下述說明僅是為了解釋本 發(fā)明，并不對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行限定。
[0030] 本發(fā)明實(shí)施例中所用到的原料、試劑均為常規(guī)化學(xué)產(chǎn)品，均能通過市場購買得到。
[0031] 實(shí)施例1
[0032] (1)多陽離子酰胺型瀝青乳化劑的制備：
[0033] 1)在反應(yīng)器中加入326. OgN-氫化牛脂基-1，3-丙撐二胺，330g異丙醇，加熱攪拌 溶解。然后滴加216. 8g丙烯酰胺，70°C攪拌反應(yīng)3h。
[0034] 合成的上述中間產(chǎn)物經(jīng)重結(jié)晶分離提純后進(jìn)行FTIR檢測，結(jié)果如下：3440cm 1和 3369cm1處為0-H伸縮振動(dòng)吸收峰，3190cm 1處為N-Η伸縮振動(dòng)吸收峰，2916cm 1和2850cm 1分別為亞甲基非對(duì)稱和對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰，1669cm 1為酰胺基C = 0伸縮振動(dòng)吸收峰， 1471cm1為亞甲基的非對(duì)稱彎曲振動(dòng)，1409cm 1處為甲基的非對(duì)稱彎曲振動(dòng)，1261cm 1和 1076cm 1為C-N伸縮振動(dòng)吸收峰，719cm 1為亞甲基面內(nèi)搖擺振動(dòng)，644cm 1為酰胺N-Η面外 變形振動(dòng)。
[0035] 2)在反應(yīng)器中加入371. 9g 33%三甲胺水溶液，逐漸加入252. 7g 30%工業(yè)鹽酸， 再逐漸加入189. 5g環(huán)氧氯丙烷，30-70°C攪拌反應(yīng)2h，得到反應(yīng)中間體A。將制備的反應(yīng)中 間體A滴加到上述步驟1)合成產(chǎn)物中，70°C攪拌反應(yīng)2h。得到多陽離子酰胺型瀝青乳化 劑，留作乳化瀝青試驗(yàn)。
[0036] 合成產(chǎn)物經(jīng)重結(jié)晶分離提純后進(jìn)行FTIR檢測，結(jié)果如下：339