CN104693454A - P-10非离子/阳离子型复合沥青乳化剂 - Google Patents

Abstract

本发明合成本文采用OP-10，与环氧氯丙烷反应，得到非离子中间体，然后非离子中间体与烷基胺作用，通过化学反应，将非离子表面活性剂连接在脂肪胺上，合成制备出的非离子／阳离子型复合沥青乳化剂。这种非离子／阳离子型复合沥青乳化剂均为慢裂型沥青乳化剂，对不同来源的沥青、在不同pH值下均具有良好的乳化性能与储存稳定性，沥青乳液性能均达到了公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004中道路用乳化沥青技术要求。

Description

P-10非离子/阳离子型复合沥青乳化剂

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

沥青具有耐水防湿性、韧性、耐磨性等特性，大量地应用于筑路工程领域。常温下沥青流动性很差，具有很高的黏度，无法采用碾碎的方法来使其与集料混合均匀。传统的沥青与集料混合方法有溶剂法和高温熔融法，溶剂法消耗大量有机溶剂，高温熔融法耗能高，两种方法都对大气污染较大，乳化沥青技术则较好地解决了这个问题。环保去污，改善施工条件。传统的热沥青在加热时有大量的有害气体进入到空气中，形成大气污染，工人操作过程中也会大大影响到自身的身体健康，而乳化沥青却能在常温条件下进行施工，从而改善了施工人员的施工条件，降低了污染物的排放，有利于环境保护。

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。

乳化沥青是沥青微粒均匀地分散在乳化剂水溶液中的热力学不稳定体系，制约乳化沥青性能最根本的因素就是乳化剂的乳化能力，研究沥青乳化剂的乳化能力是乳化沥青的核心问题。沥青乳化剂是一种表面活性剂，其发展经历了由阴离子型到阳离子型和非离子型的转变，单一品种的沥青乳化剂难以适应不同品牌型号的沥青及不同性质的矿料，难以满足不同使用环境及道路施工性能的需要。采取复合方法，将多种类型的乳化剂组合起来，可以有效地改善单一沥青乳化剂的不足之处。

本发明以本文分别采用OP-10与环氧氯丙烷反应，得到非离子中间体，然后非离子中间体与烷基胺作用，通过化学反应，将非离子表面活性剂连接在脂肪胺上，合成制备出阳离子／OP-10型复合沥青乳化剂类型的非离子／阳离子型复合沥青乳化剂，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，本文采用OP-10，与环氧氯丙烷反应，得到非离子中间体，然后非离子中间体与烷基胺作用，通过化学反应，将非离子表面活性剂连接在脂肪胺上，合成制备出非离子／阳离子型复合沥青乳化剂。

确定最佳合成工艺条件，步骤如下：

非离子／阳离子型复合沥青乳化剂的合成分两步，采用二步法合成：

（1）OP-10非离子中间体的合成

在装有电动搅拌器、球形冷凝管、恒压滴液漏斗、温度计的250mL的四口烧瓶中加入一定量的0P-10、适量的催化剂浓硫酸，环氧氯丙烷(ECH)经恒压滴液漏斗滴入(1h内滴完)，在温度为75～85℃的电热恒温水浴锅反应14～16小时后，终止反应，减压蒸馏除去未作用完的环氧氯丙烷，得到OP-10非离子中间体。其中0P-10与环氧氯丙烷(ECH)的摩尔比为1:1.2；

（2）阳离子／OP-10型复合沥青乳化剂的合成

在装有电动搅拌器、球形冷凝管、恒压滴液漏斗、温度计的250mL的四口烧瓶中加入多乙烯多胺(PEPA)，且摩尔比与（1）中制备得到的OP-10非离子中间体为1．1：1的三乙烯四胺，30mL异丙醇溶剂，缓慢升温至80～70℃，慢慢加入（1）中制备得到的非离子中间体，待非离子中间体全部加完后，升温至90℃，并在此温度下反应6～8h，得到最终产品。

根据本发明优选的，步骤(1)的物料物质的量比1:1.2，环氧氯丙烷(ECH)经恒压滴液漏斗在1h内滴完。

根据本发明优选的，步骤(2)中的三乙烯四胺与OP-10非离子中间体为1．1：1，非离子中间体加完后升温至90℃，反应8h。

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，除目标主产物，还含有部分未反应的硫酸二甲酯、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,乳化剂临界胶束浓度为256mg／L，该浓度下的表面张力为33．521N／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：乳化剂水溶液制备：将2.5g乳化剂加入到100g70～75℃的热水中，待乳

化剂完全溶解后，用浓盐酸调溶液pH为4.5～5，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胶体磨中，然后将加热至130～140℃的150g道路石油沥青100号、一定量的助剂加入胶体磨中，循环研磨1-2min，即得到沥青乳液。

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：乳化剂水溶液制备：将2.5g乳化剂加入到100g70～75℃的热水中，待乳

化剂完全溶解后，用浓盐酸调溶液pH为4.5～5，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胶体磨中，然后将加热至130～140℃的150g300AH-90沥青、一定量的助剂加入胶体磨中，循环研磨1-2min，即得到沥青乳液。

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：乳化剂水溶液制备：将2.5g乳化剂加入到100g70～75℃的热水中，待乳

化剂完全溶解后，用浓盐酸调溶液pH为4.5～5，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胶体磨中，然后将加热至130～140℃的150g3道路石油沥青180号、一定量的助剂加入胶体磨中，循环研磨1-2min，即得到沥青乳液。

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 (4)

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，步骤(1)的物料物质的量比为1:1.2，要求环氧氯丙烷(ECH)经恒压滴液漏斗在1h内滴完。

2.权利要求1中所述的发明要求步骤(2)中的三乙烯四胺与OP-10非离子中间体为1．1：1，非离子中间体加完后升温至90℃，反应8h。其中多乙烯多胺种类选自：二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺等。

3.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%。

4.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%。