CN102719106A - 一种多胺类慢裂快凝沥青乳化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明为一种多胺类慢裂快凝沥青乳化剂及其制备方法和应用。该乳化剂由以下方法制得：向多乙烯多胺中滴加甲醛，其配比为摩尔比多乙烯多胺：甲醛＝1:0.25~4，在室温下反应0.5~2小时，然后升温到110℃，反应2小时，再升温到160~200℃，反应1~3.5小时后，降温到100~110℃，减压脱水得到中间体；再按摩尔比多乙烯多胺：有机酸＝0.5~4:1有机酸，在二甲苯为携水剂，将体系升温到160~200℃，反应5小时后，降温到70~80℃，减压蒸馏，即得到多胺类慢裂快凝沥青乳化剂。本发明得到的乳化剂所制备的乳化沥青均匀稳定，经破乳试验为慢裂型，通过与石英砂的拌合实验结果表明为快凝型，能满足快速开放交通的要求。

Description

一种多胺类慢裂快凝沥青乳化剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种沥青乳化剂及其制备方法和应用，具体来说为一种多胺类慢裂快凝沥青乳化剂及其制备方法和应用。

技术背景

目前国内普遍采用的沥青乳化剂主要有三种:季铵盐类、木质胺类和酰胺基多胺类。季铵盐类沥青乳化剂就目前而言技术比较成熟，所得到的产品质量比较稳定，但该系类产品生产的乳化沥青大多属于中裂型，适用于粘层洒布或表处施工。木质胺类沥青乳化剂属于慢裂型，但其产品质量由于原料来源不同，导致产品质量不太稳定，所制备的乳化沥青的颗粒不均匀，成膜性较差。酰胺基多胺类沥青乳化剂是近几年在慢裂快凝稀浆封层中使用较多的一类乳化剂，这类乳化剂可以提供多个胺基，多胺可以形成多个电荷点，电量大，亲水性强，有助于提高乳化能力，并且可以提供较好的拌合性能。当沥青乳液与集料拌合时，由于多个离子基提供的多个电荷点，使得在破乳过程中，离子基与石料的接触可以一个一个进行，由此即可达到“慢裂”的效果。慢裂快凝型沥青乳化剂用于稀浆封层以及微表处时，对路面的防护和维修能够起到良好的作用，既能满足摊铺作业的时间要求，又能尽快开放繁忙的路面交通，因此备受关注。

有关多胺类沥青乳化剂的报道有：吴保国，陈英海，赵菊兰，王书琴.木质多胺乳化剂的合成和性能[J].化学工程师，1991；2(20)。采用的是木质素为原料，但木质素原料来源对乳化剂的性能影响较大；安磊，崔巍，王宝慧，王冬美.混合多乙烯多胺型沥青乳化剂的合成及其性能测试[J].中国高新技术企业,2011；11(31)。此类乳化剂在应用中需要调节pH值为2，对酸性环境要求较高；王俊明，刘庭国，乔朝增.CRS-1型沥青乳化剂研制及其性能研究[J].中国公路学报，1996；12(4)。此类乳化剂在合成中需要加氢还原，对设备要求较高。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种新型的多胺类沥青乳化剂，该乳化剂能够克服目前木质胺类乳化剂带来的不确定性，并且该乳化剂在pH值为弱酸性或中性的条件下使用也能够很好的乳化沥青，避免了因酸性环境而对设备的高要求。用该乳化剂制备的乳化沥青均匀、稳定，具有慢裂快凝的效果，并且该乳化剂对基质沥青的性质影响不大，适用范围广，可满足不同类型的沥青及集料的施工要求。

本发明的另一个目的是提供上述沥青乳化剂的制备方法，以多乙烯多胺和甲醛为原料合成的中间体，再通过与有机酸反应，制备出了一种新型的多胺类沥青乳化剂。

本发明的目的之三是提供上述沥青乳化剂的用途。将制备的乳化剂配制成质量分数为1~3%的水溶液，用盐酸将其pH值调到3~7后，加热至60~80℃，通过均质机或胶体磨与加热至120~150℃的沥青进行搅拌，即可得到均匀的沥青乳液，其中沥青用量占乳化沥青总质量的50~65%。当沥青乳化剂用于稀浆封层时，需要其慢裂快凝的性质来满足施工要求，本发明提供的乳化剂制备出的乳化沥青均匀，稳定，应用范围广，可满足稀浆封层的施工要求。

本发明的技术方案为：

一种多胺类慢裂快凝沥青乳化剂，该乳化剂由以下方法制得：

将向多乙烯多胺中滴加甲醛，其配比为摩尔比多乙烯多胺：甲醛＝1:0.25~4，在室温下反应0.5~2小时，然后升温到110℃，反应2小时，再升温到160~200℃，反应1~3.5小时后，降温到100~110℃，减压脱水得到中间体；再按摩尔比多乙烯多胺：有机酸＝0.5~4:1加入加入有机酸，在二甲苯为携水剂，携水剂加入量为每0.06mol有机酸加5~15ml携水剂，氮气保护下，将体系升温到160~200℃，反应5小时后，降温到70~80℃，减压蒸馏，即得到多胺类慢裂快凝沥青乳化剂。

所述的多乙烯多胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺。

所述的甲醛为37%-40%甲醛溶液或多聚甲醛。

所述的有机酸为硬脂酸、油酸、环烷酸、十六酸、十四酸或月桂酸。

所述的多胺类慢裂快凝沥青乳化剂的应用方法，包括以下步骤：

将上面得到的多胺类沥青乳化剂配制成质量分数为1~3%的水溶液，再用盐酸将其pH值调到3~7后，加热至60~80℃，与120~150℃的沥青进行搅拌，即可得到均匀的沥青乳液，其中沥青用量占乳化沥青总质量的50~65%。

本发明中的新型多胺类沥青乳化剂分子结构设计特点是：多胺类具有多个电荷点，拌合时能够延缓沥青微粒与石料接触，满足乳化沥青拌合时的慢裂要求；随着水分的蒸发，多胺中的的氮对石料产生强烈吸附，使沥青微粒能在短时间内与石料粘附，把水分挤出，达到快凝的效果。

本发明的有益效果为：

本发明所述的多胺类沥青乳化剂原料有机酸是一种常见的有机酸，所用的多乙烯多胺为常见的胺类，原料易得；得到的乳化剂所制备的乳化沥青均匀稳定，经破乳试验为慢裂型，通过与石英砂的拌合实验结果表明为快凝型，能满足快速开放交通的要求；筛上剩余量小于0.3%，蒸发残留物含量大于60%，与矿料的粘附性大于2/3，经低温贮存稳定度测试无结块，通过对蒸发残留物的针入度和残留延度比的结果表明，对基质沥青无不良影响，满足道路用乳化石油沥青技术要求。

具体实施方式

下面结合沥青乳化剂的制备及其应用实施例进一步说明本发明，本发明的范围包括但不限于以下实施例。

本发明实施例中根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）标准进行检测。

本发明实施例中根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）标准进行性能试验。

实施例1

一、多胺类慢裂快凝型沥青乳化剂的制备：

在250mL的三口烧瓶中，加入0.06mol的二乙烯三胺，在搅拌下，滴加质量分数为37~40%的甲醛溶液5.6mL，控制反应温度为室温，反应1.5小时。然后升温到110℃，反应2小时，继续升温到160℃，反应3小时后，降温到105℃，抽真空进行减压蒸馏，真空度为0.09兆帕，真空反应0.5小时，即得深红色的中间体。

在上述的中间体中加入0.06mol的硬脂酸，10ml二甲苯，在通氮气的情况下升温到160℃，反应5小时后，降温到80℃，抽真空进行减压蒸馏，真空度为0.09兆帕，即得深褐色的多胺类沥青乳化剂。

二、乳化沥青的制备：

取上述得到的沥青乳化剂1.2g，加入80ml水，配制成乳化剂水溶液，用盐酸调节pH值至4，加热，保持温度60~70℃。

称取乳化沥青的公司提供的滨州90#沥青120g，加热至120~130℃，缓慢倒入在均质分散机中搅拌的乳化剂水溶液中，充分搅拌1min，即可得到均匀的沥青乳液。

经性能测试数据为：乳化沥青为阳离子型，可以稳定存储5d以上，筛上剩余量为0.01%，蒸发残留量为62.3%，与Ⅰ型级配石灰岩矿料拌合为慢裂型，初凝时间为30min，产品达到《公路沥青路面施工技术规范》要求。

实施例2

一、阳离子沥青乳化剂的制备：

按实施例1中的方法把0.06mol的二乙烯三胺换为0.12mol的三乙烯四胺进行反应，得到深褐色的多胺类沥青乳化剂。

二、乳化沥青的制备：

取上述得到的沥青乳化剂2.0g，加入80ml水，配制成乳化剂水溶液，用盐酸调节pH值至5，加热，保持温度60~70℃。

称取滨州90#沥青120g，加热至120~130℃，缓慢倒入在均质分散机中搅拌的乳化剂水溶液中，充分搅拌1min，即可得到均匀的沥青乳液。

经性能测试数据为：乳化沥青为阳离子型，可以稳定存储5d以上，筛上剩余量为0.03%，蒸发残留量为65.9%，与Ⅰ型级配石灰岩矿料拌合为慢裂型，初凝时间为45min，产品达到《公路沥青路面施工技术规范》要求。

实施例3

一、阳离子沥青乳化剂的制备：

按实施例1中的方法把0.06mol的二乙烯三胺换为0.18mol的四乙烯五胺进行反应，得到深褐色的多胺类沥青乳化剂。

二、乳化沥青的制备：

取上述得到的沥青乳化剂2.4g，加入80ml水，配制成乳化剂水溶液，用盐酸调节pH值至7，加热，保持温度60~70℃。

称取滨州90#沥青120g，加热至120~130℃，缓慢倒入在均质分散机中搅拌的乳化剂水溶液中，充分搅拌1min，即可得到均匀的沥青乳液。

经性能测试数据为：乳化沥青为阳离子型，可以稳定存储5d以上，筛上剩余量为0.04%，蒸发残留量为62.0%，与Ⅰ型级配石灰岩矿料拌合为慢裂型，初凝时间为90min，产品达到《公路沥青路面施工技术规范》要求。

实施例4

一、阳离子沥青乳化剂的制备：

按实施例1中乳化剂的制备方法，把0.06mol的硬脂酸换为0.12mol的油酸进行反应，即可得沥青乳化剂。

二、乳化沥青的制备：

按实施例1中乳化沥青的制备方法制备乳化沥青，可以得到均匀稳定的乳化沥青。

实施例5

一、阳离子沥青乳化剂的制备：

按实施例1中乳化剂的制备方法，把0.06mol的硬脂酸换为0.03mol的环烷酸进行反应，即可得沥青乳化剂。

二、乳化沥青的制备：

按实施例1中乳化沥青的制备方法制备乳化沥青，可以得到均匀稳定的乳化沥青。

实施例6

一、阳离子沥青乳化剂的制备：

按实施例1中乳化剂的制备方法，把0.06mol的硬脂酸换为0.045mol的月桂酸进行反应，即可得沥青乳化剂。

二、乳化沥青的制备：

按实施例1中乳化沥青的制备方法制备乳化沥青，可以得到均匀稳定的乳化沥青。

实施例7

一、阳离子沥青乳化剂的制备：

用实施例1中的方法，把0.06mol的硬脂酸换为0.12mol的硬脂酸进行反应，即可得沥青乳化剂。

二、乳化沥青的制备：

按实施例1中乳化沥青的制备方法制备乳化沥青，可以得到均匀稳定的乳化沥青。

实施例8

一、阳离子沥青乳化剂的制备：

用实施例1中的方法，把5.6ml的甲醛溶液换为15ml的甲醛溶液进行反应，即可得沥青乳化剂。

二、乳化沥青的制备：

按实施例1中乳化沥青的制备方法制备乳化沥青，可以得到均匀稳定的乳化沥青。

Claims (5)

1.一种多胺类慢裂快凝沥青乳化剂，其特征为该乳化剂由以下方法制得：

向多乙烯多胺中滴加甲醛，其配比为摩尔比多乙烯多胺：甲醛＝1:0.25~4，在室温下反应0.5~2小时，然后升温到110℃，反应2小时，再升温到160~200℃，反应1~3.5小时后，降温到100~110℃，减压脱水得到中间体；再按摩尔比多乙烯多胺：有机酸＝0.5~4:1加入有机酸，在二甲苯为携水剂，携水剂加入量为每0.06mol有机酸加5~15ml携水剂，氮气保护下，将体系升温到160~200℃，反应5小时后，降温到70~80℃，减压蒸馏，即得到多胺类慢裂快凝沥青乳化剂。

2.如权利要求1所述的多胺类慢裂快凝沥青乳化剂，其特征为所述的多乙烯多胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺。

3.如权利要求1所述的多胺类慢裂快凝沥青乳化剂，其特征为所述的甲醛为37%-40%甲醛溶液或多聚甲醛。

4.如权利要求1所述的多胺类慢裂快凝沥青乳化剂，其特征为所述的有机酸为硬脂酸、油酸、环烷酸、十六酸、十四酸或月桂酸。

5.如权利要求1所述的多胺类慢裂快凝沥青乳化剂的应用方法，其特征为包括以下步骤：

将上面得到的多胺类沥青乳化剂配制成质量分数为1~3%的水溶液，再用盐酸将其pH值调到3~7后，加热至60~80℃，与120~150℃的沥青进行搅拌，即可得到均匀的沥青乳液，其中沥青用量占乳化沥青总质量的50~65%。