CN104693124A - 月桂酸眯唑啉两性表面活性剂的合成及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明发明了新型阳离子沥青乳化剂的制备方法，以二甲苯为溶剂，月桂酸和二乙烯三氨为原料，月桂酸与二乙烯三氨摩尔比为2：3，在120～260℃条件下发生酰胺化及环化脱水反应5～6h，再经真空蒸馏脱除过量的二乙烯三氨，得浅黄色透明月桂酸咪唑啉产品，收率不低于93％。将咪唑啉产品与氯乙酸钠溶液反应，制得咪唑啉季铵盐两性表面活性剂，并目标产物的CMC值为4.56×10-4mol/L，其数值较小；在临界胶束浓度下表面张力为26.43mN/m。合成的乳化剂是一种慢裂型沥青乳化剂。可广泛应用于粘层、雾封层和无溶剂冷拌以及用于沥青再回收利用和沥青路面基层稳定。

Description

月桂酸眯唑啉两性表面活性剂的合成及应用
技术领域
本发明涉及有机化工产品的合成与在沥青道路浇筑领域的实际应用，属于精细化工与建筑材料领域。
背景技术
乳化沥青是沥青和乳化剂在一定工艺作用下，生成水包油或油包水（具体谁包谁要看乳化剂的种类）的液态沥青。乳化沥青是将通常高温使用的道路沥青，经过机械搅拌和化学稳定的方法（乳化），扩散到水中而液化成常温下粘度很低、流动性很好的一种道路建筑材料。可以常温使用，且可以和冷的和潮湿的石料一起使用。乳化沥青分为阳离子乳化沥青、阴离子乳化沥青和非离子乳化沥青。阳离子乳化沥青的沥青微粒带正电荷，阴离子乳化沥青微粒带负电荷。当阳离子乳化沥青与骨料表面接触时，由于所带电荷不同，产生异性相吸，两者在有水膜的情况下能使沥青微粒裹覆在骨料表面，仍能很好吸附结合。因而在阴湿、低温情况下（5℃以上）仍可以施工。但阴离子乳化沥青正好相反，它与潮湿骨料表面都带负电荷，使其产生同性相斥，沥青微粒不能很快粘附在骨料表面上，若要使沥青微粒裹覆在骨料表面，必须待乳化液中水分蒸发后才行，所以遇上阴湿或低温季节时就难以施工。当乳化沥青破乳凝固时--还原为连续的沥青并且水分完全排除掉，道路材料的最终强度才能形成。改性乳化沥青是沥青和乳化剂，在和胶乳在一定工艺作用下，产生的液态沥青。
乳化沥青为水包油型乳液，沥青乳化剂可分为阳离子型、阴离子型、两性型及非离子型。研究初期使用的主要是阴离子型乳化剂，如长链磺酸盐、木质素的碱金属盐和羧酸盐等。阳离子型乳化剂近年来发展迅速，阳离子沥青乳化剂具有很好的乳化性能及对石料较强的黏附力。大多数石料具有负电荷，阳离子乳化沥青可以迅速吸附并粘结在其表面。主要的阳离子乳化剂为含氮有机胺衍生物。
咪唑啉两性表面活性剂低毒，无刺激性，有良好的乳化力、杀菌力、缓蚀力、调理性和脱臭性能，可在pH3～13的较宽范围内使用。它耐酸、耐碱、耐各种硬水，可广泛用作缓蚀剂、杀菌剂、乳化剂、分散剂、发泡剂以及工业表面清洗剂等。近年来由于咪唑啉两性表面活性剂的应用越来越广，国内外对咪唑啉两性表面活性剂的需求量日益增长，对它的合成与结构的研究也日益深入，特别是在沥青乳化方面的应用研究越来越多。
咪唑啉型沥青乳化剂，其亲水基部分是含有杂环基咪唑啉的基团，由于原料的成本低，溶剂和催化剂对反应的影响不明显，所以是合成咪唑啉型沥青乳化剂比较理想的原料。
本发明以月桂酸与二乙烯三氨为原料经过酰胺化、环化及季铵化反应，制得月桂酸咪唑啉季铵盐两性表面活性剂，并对合成路线进行了优化。
发明内容
本发明涉及一种新型两性表面活性剂的制备方法。合成的乳化剂是一种慢裂型沥青乳化剂。可广泛应用于粘层、雾封层和无溶剂冷拌以及用于沥青再回收利用和沥青路面基层稳定。
本发明的技术方案如下：
一种新型阳离子沥青乳化剂的制备方法，采用一锅法合成，以二甲苯为溶剂，月桂酸和二乙烯三氨为原料，合成了一种新型两性表面活性剂。确定最佳合成工艺条件，步骤如下：
咪唑啉两性表面活性剂的合成分两步，第一步由长链脂肪酸与多胺化合物共热酰胺化反应，再闭环脱水形成烷基咪唑啉；第二步由烷基咪唑啉与季铵化剂在碱性条件下发生季铵化反应，生成溶于水的咪唑啉季铵盐两性表面活性剂。
（1）在四口反应瓶中加入一定质量的月桂酸和二乙烯三氨，月桂酸与二乙烯三氨摩尔比为2：3，一定量的甲苯，1g氧化铝，氮气保护下在120～160℃进行脱水反应2～3h，此时甲苯和水共沸蒸出。然后迅速升温到190℃，滴加10g二乙烯三氨至反应瓶中，在200—260℃环合反应3h。待无水馏出时，停止反应。真空蒸馏脱除过量的二乙烯三氨，通氮气降温得浅褐色透明液体，即为月桂酸咪唑啉，。
（2）取一定量的氯乙酸和氢氧化钠，200mL去离子水配成16％的氯乙酸钠溶液，加到合成的月桂酸咪唑啉中，使咪唑啉与氯乙酸钠的摩尔比达1：2，先在常温下反应0.5～1h，同时滴加30％氢氧化钠溶液维持pH值在9～10。随后升温，在80～90℃下反应3h，得透明黄色粘稠状液体，即为月桂酸咪唑啉季铵盐两性表面活性剂。
根据本发明优选的，所述的胺类为二乙烯三胺。
根据本发明优选的，步骤(1)的物料物质的量比1:1；
根据本发明优选的，步骤(1)的反应温度120～160℃，
根据本发明优选的，步骤(2)中咪唑啉与氯乙酸钠的摩尔比达1：2，反应温度85℃，反应时间为3h。
本发明制备的沥青乳化剂，无需进行分离纯化，直接用于和石油拌合制备乳化沥青。
本发明制备的沥青乳化剂，主产物为月桂酸咪唑啉季铵盐，副产物为氨基酯、酰胺酯等，还含有部分未反应的壬基酚、三乙烯四胺。所述主产物占93wt%、副产物占15-20wt%,其余为未反应完全的脂肪仲胺、叔胺胺和杂质。所述主产物、副产物以及未反应的反应物自然构成复配增效体系。其在较低浓度（产物总浓度可小于0.3wt%）下，不需要加入碱及其它助表面活性剂，较宽温度（20℃～40℃）条件下，与不同产地的沥青均能达到超低界面张力,即10-3mN/m数量级，最低可达10-5mN/m。达到理想的乳化效果。
本发明研究结果表明，适宜结构的副产物在含量合适的情况下具有提高界面活性和油相适应性的突出效果，在很低浓度即可达到超低油水界面张力，并且降低界面张力快，吸附损失低，乳化沥青能力强，提高乳化效果显著。因此，本发明采用简单的一锅法合成制备季铵盐阳离子表面活性剂，通过特定比例的反应物条件，无需使用分析纯的物料，都可使用工业产品，且不需加入中和剂，副产物及未反应物都可以作为有效成分，无需纯化，产品具有较高的界面活性和油相适应性，适用于建筑用乳化沥青的制备。
具体实施方式
实施例1：在烧杯中称取一定量的乳化剂，添加200ml水，加热到50～60℃，用玻璃棒搅拌，使其溶解，用工业盐酸调节pH至2～3。再称取300g道路石油沥青100号，加热至110℃使其熔化。启动胶体磨(启动前先用60℃热水预热)，将乳化剂水溶液注入胶体磨中，再缓缓将沥青倒入胶体磨中进行乳化，在胶体磨中大约一分钟，将乳液装入矿泉水瓶中，关闭胶体磨。
称取100g石料，取一定量的水和助剂，加入到铁碗中，混合均匀，再称取一定量的乳化沥青，倒入铁碗中，迅速充分搅拌，并开始计时，记录开始可拌和时间和成型时间。
乳化条件：道路石油沥青100号，pH=2～3，乳化剂量为1%～2%。
乳化效果：乳化完全，效果良好。
贮存稳定性：长期贮存无沉淀析出和破乳现象，稳定性良好。
拌合条件：在气温为30℃，加入100g石料、1%～5%水泥、8g水、2%～5%乳化沥青。
拌合结果：可拌合时间为680s，为慢裂型沥青乳化剂。
乳化剂对沥青具有很好的乳化能力，制备的乳化沥青具有很好的储存稳定性。放置5天后没有发生水相与沥青相分离。
实施例2：在烧杯中称取一定量的乳化剂，添加200ml水，加热到50～60℃，用玻璃棒搅拌，使其溶解，用工业盐酸调节pH至2～3。再称取300AH-90沥青，加热至120℃使其熔化。启动胶体磨(启动前先用60℃热水预热)，将乳化剂水溶液注入胶体磨中，再缓缓将沥青倒入胶体磨中进行乳化，在胶体磨中大约一分钟，将乳液装入矿泉水瓶中，关闭胶体磨。
称取100g石料，取一定量的水和助剂，加入到铁碗中，混合均匀，再称取一定量的乳化沥青，倒入铁碗中，迅速充分搅拌，并开始计时，记录开始可拌和时间和成型时间。
乳化条件：300AH-90沥青，pH=2，乳化剂量为1%～2%。
乳化效果：乳化完全，效果良好。
贮存稳定性：长期贮存无沉淀析出和破乳现象，稳定性良好。
拌合条件：在气温为28℃，加入100g石料、1%～5%水泥、8g水、2%～5%乳化沥青。
拌合结果：可拌合时间为387s，为慢裂型沥青乳化剂。
乳化剂对沥青具有很好的乳化能力，制备的乳化沥青具有很好的储存稳定性。放置8天后没有发生水相与沥青相分离。
实施例3：在烧杯中称取一定量的乳化剂，添加200ml水，加热到50～60℃，用玻璃棒搅拌，使其溶解，用工业盐酸调节pH至2～3。再称取300g道路石油沥青140号，加热至100℃使其熔化。启动胶体磨(启动前先用60℃热水预热)，将乳化剂水溶液注入胶体磨中，再缓缓将沥青倒入胶体磨中进行乳化，在胶体磨中大约一分钟，将乳液装入矿泉水瓶中，关闭胶体磨。
称取100g石料，取一定量的水和助剂，加入到铁碗中，混合均匀，再称取一定量的乳化沥青，倒入铁碗中，迅速充分搅拌，并开始计时，记录开始可拌和时间和成型时间。
乳化条件：道路石油沥青180号，pH=2，乳化剂量为1%～2%。
乳化效果：乳化完全，效果良好。
贮存稳定性：长期贮存无沉淀析出和破乳现象，稳定性良好。
拌合条件：在气温为25℃，加入100g石料、1～5%水泥、8g水、2%～5%乳化沥青。
拌合结果：可拌合时间为465s，为慢裂型沥青乳化剂。
乳化剂(b)对沥青具有很好的乳化能力，制备的乳化沥青具有很好的储存稳定性。放置12天后没有发生水相与沥青相分离。
上述实施例仅仅是为清楚的说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可做出其他不同形式的变化和变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。

Claims (3)

1.一种能将常用建筑用沥青的界面张力降至超低，且具有一定稳定性的表面活性剂沥青乳化剂，其特征在于这种新型阳离子表面活性剂合成工艺，其中原料均来自于工业产品，合成步骤（1）中要求，月桂酸与二乙烯三氨摩尔比为2：3，氮气保护下在120～160℃进行脱水反应2～3h，步骤（2）中要求咪唑啉与氯乙酸钠的摩尔比达1：2。
2.权利要求1所述的乳化沥青，以石油沥青为最佳原料，其中表面活性剂浓度1%～2%。
3.权利要求1所述的乳化沥青与石料的拌合，以石油沥青为最佳原料，乳化沥青浓度为2%～5%，水泥用量为1%～5%。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105561864A (zh) * 2015-12-14 2016-05-11 陕西科技大学 一种咪唑啉两性表面活性剂及制备方法
CN109939833A (zh) * 2017-12-21 2019-06-28 中蓝连海设计研究院 一种咪唑啉季铵盐类化合物及其制备方法与用途
CN116410725A (zh) * 2021-12-29 2023-07-11 中国石油天然气股份有限公司 一种气田用缓蚀型泡排剂、制备方法及应用

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