一种快裂快凝型沥青乳化剂的制备方法

摘要

本发明涉及一种快裂快凝型沥青乳化剂的制备方法，包括以下具体步骤：将反应混合物长链脂肪胺、氯代烯烃和卤代脂肪酸加入到反应容器中，再加入醇类溶剂，搅拌反应，得到烃基取代甜菜碱型中间体溶液；将脂肪族叔胺、水及盐酸加入到反应容器中，得到叔胺盐酸盐溶液，然后将环氧氯丙烷加入到叔胺盐酸盐溶液中，搅拌反应，得到季铵盐中间体溶液；将季铵盐中间体溶液滴加到烃基取代甜菜碱中间体溶液中，搅拌反应，得到快裂快凝型沥青乳化剂。本发明的有益效果在于：具有优异的乳化性能，可乳化不同产地、不同型号的石油沥青。沥青乳液均匀细腻、储存稳定性好、对骨料的适应性强、粘附性能好，以及乳化剂分子结构设计上的灵活性等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种快裂快凝型沥青乳化剂的制备方法，属于精细有机化学品领域。

背景技术

石油沥青是道路交通、建筑等行业常用的原材料。自上世纪初期石油沥青作为道路工程材料开始，品种和质量都有很大程度的提高，应用范围日益广泛。道路沥青的传统使用方法是将沥青加热至流动态后与骨料拌和或直接使用，并要求在运输和施工中有一定的流动性，造成大量的能源消耗、环境污染及施工人员健康危害等问题。乳化沥青，尤其是阳离子乳化沥青，具有节约能源、提高工效、延长施工季节、改善施工条件、减少环境污染、提高沥青路面使用性能等优点，广泛应用于道路建设和路面维护及养护。

目前国内外广泛使用的阳离子沥青乳化剂的品种主要有烷基胺类、季铵盐类、咪唑啉类、酰胺类、胺化木质素类等。

阳离子快裂快凝型沥青乳液主要用于道路建设及维修养护中的碎石封层、粘层油及灌入式沥青碎石表面处治层等方面。有关快裂快凝型沥青乳化剂的制备技术，国内外文献报导较少。陈功等（精细化工，2001，18(8)）报导了一种双子表面活性剂的合成技术，采用壬基酚和甲醛为原料，缩合制备二（2-羟基-5-壬基苯基）甲烷，然后再与环氧氯丙烷和三甲胺盐酸盐反应得到的中间体作用，得到双亲油基双亲水基阳离子表面活性剂，用于制备沥青乳液，具有较好的快裂快凝效果。赵亚峰等（2010第十二次全国石油沥青技术交流会论文集）以壬基酚、四乙烯五胺和甲醛为原料，合成了一种新型的阳离子沥青乳化剂，制备的沥青乳液具有较好的快裂性能。USP5019168和USP4990591公开了烷基酚与氨乙基哌嗪的反应产物或不饱和脂肪酸和胺反应的产物，可以作为沥青乳化剂使用，通过改变反应物的摩尔比或脂肪链长度及胺的种类调节沥青乳液的快裂速度。USP4450011公开了一种以磺化油酸与多胺反应制备的沥青乳化剂，可通过改变磺酸盐中阳离子种类及多胺的种类调节沥青乳液的快裂速度。采用本发明的方法制备快裂快凝型沥青乳化剂尚未见文献报导。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种快裂快凝型沥青乳化剂的制备方法，制得的乳化剂对不同产地及不同牌号的石油沥青均具有优异的乳化性能，沥青乳液均匀细腻，储存稳定性好。

本发明解决上述技术问题所采用的的技术方案是：一种快裂快凝型沥青乳化剂的制备方法，包括以下具体步骤：

1)将反应混合物长链脂肪胺、氯代烯烃和卤代脂肪酸按摩尔比1:1~4:1~2加入到反应容器中，再加入醇类溶剂，在70~100℃搅拌反应3~8小时，得到烃基取代甜菜碱型中间体溶液；

2)将脂肪族叔胺、水及盐酸加入到反应容器中，脂肪族叔胺与盐酸摩尔比为1:1-2，得到叔胺盐酸盐溶液，然后将与脂肪族叔胺摩尔比为1:1~2的环氧氯丙烷加入到叔胺盐酸盐溶液中，在30~70℃搅拌反应3~8小时，得到季铵盐中间体溶液；

3）将与烃基取代甜菜碱中间体溶液摩尔比为1~2:1的季铵盐中间体溶液滴加到烃基取代甜菜碱中间体溶液中，在70~100℃搅拌反应3~8小时，得到快裂快凝型沥青乳化剂。

按上述方案，所述的长链脂肪胺为含有C₁₂~C₁₈长链烷基的乙撑二胺、C₁₂~C₁₈长链烷基的丙撑二胺、C₁₂~C₁₈长链烷基的二乙烯三胺、C₁₂~C₁₈长链烷基的三乙烯四胺和C₁₂~C₁₈长链烷基的四乙烯五胺中的任意一种或多种的混合。

按上述方案，所述的氯代烯烃为3-氯-1-丙烯、1-氯-2-丁烯、3-氯-1-丁烯和1-苯基-3-氯-1-丙烯中的任意一种或多种的混合。

按上述方案，所述的卤代脂肪酸为氯代或溴代乙酸、丙酸和丁酸中的任意一种或多种的混合。

按上述方案，所述的醇类溶剂为甲醇、乙醇、丙醇和丁醇中的任意一种或多种的混合。

按上述方案，所述的脂肪族叔胺为三甲胺、三乙胺、三丙胺、含有一个C₁₂~C₁₈长链烷基的二甲基叔胺和含有一个C₁₂~C₁₈长链烷基的二乙基叔胺中的任意一种或多种的混合。 

本发明所涉及的反应方程式是：

本发明的有益效果在于：本发明所述的快裂快凝型沥青乳化剂属于多阳离子型乳化剂，具有优异的乳化性能，可乳化不同产地、不同型号的石油沥青。沥青乳液均匀细腻、储存稳定性好、对骨料的适应性强、粘附性能好，以及乳化剂分子结构设计上的灵活性等优点。通过改变长链脂肪胺种类和脂肪链长度，提高乳化剂对不同产地及不同牌号沥青的适应性和沥青乳液的储存稳定性；改变长链脂肪胺与氯代烯烃的比例，调节沥青乳化剂的快凝性能；改变长链脂肪胺与卤代脂肪酸的比例及脂肪族叔胺的种类和脂肪链长度，调节沥青乳液的快裂性能。

具体实施方式

下面所述的实施例是为了进一步说明本发明的具体内容，本发明的使用范围不受具体实施例的影响，具体的实施方式可以根据本发明的技术方案和使用时的具体情况来确定。

实施例1

乳化剂的制备

将16.3g（0.05mol）十八烷基丙撑二胺，7.1g（0.075mol）氯乙酸，5.7g（0.075mol）3-氯-1-丙烯、10g乙醇和10g异丙醇加入到反应容器中，在70~75℃搅拌反应4小时，得到烃基取代甜菜碱型中间体溶液；

将13.8g（0.07mol）30%三甲胺水溶液和8.6g（0.085mol）36%的浓盐酸加入到反应容器中，在低于40℃下混合均匀，然后在40~45℃向其中滴加5.6g（0.06mol）环氧氯丙烷，并在此温度下搅拌反应5小时，得到季铵盐中间体溶液；

将上述制得的季铵盐中间体溶液0.06mol滴加到75~80℃前述制得的烃基取代甜菜碱型中间体溶液0.05mol中，并在此温度下搅拌反应6小时，得到快裂快凝型沥青乳化剂。

乳化剂水溶液制备：将2g所得的快裂快凝型沥青乳化剂加入到70~75℃100g热水中，待完全溶解后，用浓盐酸调溶液pH为5~6，得到乳化剂水溶液，保持溶液温度为70~75℃。

沥青乳液制备：开启胶体磨，先将70～75℃的乳化剂水溶液加入到预热后的胶体磨中，然后将加热到125～135℃的150g70^#石油沥青连续加入胶体磨中，循环研磨1分钟，即得到均匀、细腻的沥青乳液。

沥青乳液的性能测试

实施例2

乳化剂制备

将15g（0.05mol）十六烷基丙撑二胺、8.1g（0.075moL）2-氯丙酸、6.8g （0.075moL）1-氯-2-丁烯和20g异丙醇加入到反应容器中，在80~85℃搅拌反应4小时，得到烃基取代甜菜碱型中间体溶液。

将6.1g（0.06mol）三乙胺、15g水和7.1g(0.07mol)36%浓盐酸加入到反应容器中，在低于50℃下混合均匀，然后在40~45℃向其中滴加5g(0.055mol)环氧氯丙烷，在50~55℃搅拌反应5小时，得到季铵盐中间体溶液。

将上述制得的季铵盐中间体溶液0.055mol滴加到80~85℃前述制得的烃基取代甜菜碱中间体溶液0.05mol中，并在此温度下搅拌6小时，得到快裂快凝型沥青乳化剂。

乳化剂水溶液制备：按照实施例1中的方法制备。

沥青乳液的制备：按照实施例1中的方法制备。

沥青乳液的性能测试

实施例3

乳化剂的制备

将20g（0.05mol）N-十八烷基三乙烯四胺、3.8g（0.05mol）3-氯-1-丙烯、3.8g（0.025mol）1-苯基-3-氯-1-丙烯、7.1g（0.075mol）氯乙酸和20g乙醇加入到反应容器中，在70~75℃搅拌反应5小时，得到烃基取代甜菜碱型中间体溶液。

将13.8g（0.07mol）30%三甲胺水溶液和8.6g（0.085mol）36%浓盐酸加入到反应容器中，在低于40℃混合均匀，然后在40~45℃向其中滴加5.6g（0.06mol）环氧氯丙烷，并在此温度下搅拌反应5小时，得到季铵盐中间体溶液。

将上述得到的季铵盐中间体溶液0.06mol滴加到75~80℃前述制得的烃基取代甜菜碱型中间体溶液0.05mol中，并在此温度下搅拌反应6小时，得到快裂快凝型沥青乳化剂。

乳化剂水溶液制备：按照实施例1中的方法制备。

沥青乳液的制备：按照实施例1中的方法制备。

沥青乳液的性能测试

实施例4

乳化剂的制备

将8.2g（0.025mol）十八烷基丙撑二胺、8.2g（0.025mol）十六烷基二乙烯三胺、11.4g（0.075mol）1-苯基-3-氯丙烯、11.5g（0.075mol）2-溴丙酸和20g异丙醇加入到反应容器中，在85~90℃搅拌反应4小时，得到烃基取代甜菜碱型中间体溶液。

将6.1g（0.06mol）三乙胺、15g水和7.6g(0.075mol)36%浓盐酸加入到反应容器中，在低于50℃下混合均匀，然后在50~55℃向其中滴加5.6g(0.06mol)环氧氯丙烷，并在此温度下搅拌反应5小时，得到季铵盐中间体溶液。

将上述得到的季铵盐中间体溶液0.06mol滴加到80~85℃前述制得的烃基取代甜菜碱型中间体溶液0.05mol中，并在此温度下搅拌反应6小时，得到快裂快凝型沥青乳化剂。

乳化剂水溶液制备：按照实施例1中的方法制备。

沥青乳液的制备：按照实施例1中的方法制备。

沥青乳液的性能测试

实施例5 

乳化剂制备

将15.7g(0.05mol)十二烷基三乙烯四胺、9.5g(0.1mol)氯乙酸、7.7g(0.1mol)

3-氯-1-丙烯和20g乙醇加入到反应容器中，在70~75℃搅拌反应4小时，得到烃基取代甜菜碱型中间体溶液。

将4.3g(0.02mol)十二烷基二甲基胺、4.0g(0.04mol)三乙胺，20g水和7.6g(0.075mol)36%浓盐酸加入到反应容器中，在低于50℃下混合均匀，然后在50~55℃向其中滴加5g(0.055mol)环氧氯丙烷，并在此温度下搅拌反应6小时，得到季铵盐中间体溶液。

将上述制得的季铵盐中间体溶液0.055mol滴加到80~85℃前述制得的烃基取代甜菜碱中间体溶液0.05mol中，并在此温度下搅拌反应5小时，得到快裂快凝型沥青乳化剂。

乳化剂水溶液制备：按照实施例1中的方法制备。

沥青乳液的制备：按照实施例1中的方法制备。

沥青乳液的性能测试

实施例6

乳化剂制备

将16.3g（0.05mol）十八烷基丙撑二胺、6.8g（0.075mol）1-氯-2-丁烯、3.8g（0.04mol）氯乙酸、6.1g（0.04moL）2-溴丙酸和20g异丙醇加入到反应容器中，在75~80℃搅拌反应5小时，得到烃基取代甜菜碱型中间体溶液。

将7.9g（0.04mol）30%三甲胺水溶液、3g（0.03mol）三乙胺、10g水和8.6g(0.085mol)36%浓盐酸加入到反应容器中，在低于40℃下混合均匀，然后在45~50℃滴加5.6g(0.06mol)环氧氯丙烷，并在此温度下搅拌反应6小时，得到季铵盐中间体溶液。

将上述制得的季铵盐中间体溶液0.06mol滴加到80~85℃前述制得的烃基取代甜菜碱中间体溶液0.05mol中，并在此温度下搅拌反应6小时，得到快裂快凝型沥青乳化剂。

乳化剂水溶液制备：按照实施例1中的方法制备。

沥青乳液的制备：按照实施例1中的方法制备。

沥青乳液的性能测试

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