CN105330552A - 一种新型阳离子沥青乳化剂的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明首先提供一种新型阳离子沥青乳化剂的制备方法，即以十二烷基二甲基叔胺、环氧氯丙烷和二甲胺为原料，利用环氧氯丙烷自身催化作用，合成一种新型阳离子沥青乳化剂N-(3-(Nˊ,Nˊ-二甲基氨基)-2-羟基丙基)-N,N-二甲基十八烷-氯化铵；再将该新型阳离子沥青乳化剂和基质沥青经过乳化工艺制备而成一种颜色呈乳白色的乳化沥青；最后参照稀浆封层的技术标准，使用该乳化沥青为胶结料，在摊铺过程中掺入一定色泽的颜料和石料，经过一定时间固化形成特定颜色的彩色沥青路面，即为彩色乳化沥青稀浆封层技术。本发明具有美化道路环境、诱导车流和交通管理直观化等功能，可用于市政工程、园林道路、公园观赏景观路等场所。

Description

一种新型阳离子沥青乳化剂的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种新型阳离子沥青乳化剂的制备方法及其在彩色沥青乳化稀浆封层技术中应用，属于改性沥青稀浆封层技术领域。
背景技术
沥青和水是在沥青乳化剂的作用下进行乳化的。乳化之前，把乳化剂溶解在水中，溶液中乳化剂分子的亲水基与水分子接触，而疏水基背离水分子呈聚集态；乳化时，将溶液与热沥青混合，在物理搅拌的作用下，乳化剂疏水基散开，插入到沥青微粒中，随着乳化进行，每个沥青微粒表层都吸附了众多的乳化剂分子，乳化剂分子的亲水基插入水中，沥青和水之间形成了一层吸附层，乳化剂的电荷性质，决定着微粒电荷层的电荷性质，如图1所示为阳离子沥青乳化剂乳液微观结构。吸附层外层分布着乳化剂分子的亲水基，以氢键的方式结合周围的水分子，形成牢固的水合层，亲水基的数量越多，该膜层越牢固；吸附层的内层分布着乳化剂分子的疏水基，疏水基末端连接着沥青颗粒。
对于干燥的石料，与阳离子乳化沥青拌合时，乳液中的水作为极性分子与石料接触，并顺利进入石料内部毛细孔并铺展于石料表面。水相流动，带动着乳化剂分子移动，在乳化剂分子的疏水基的牵引下，沥青微粒也向石料表面移动。胺基及其衍生物基团和酸性或碱性石料都有吸附和亲和性，在与石料接触后，阳离子沥青乳化剂的亲水基能牢固与石料吸附。沥青微粒之间经过扩散和渗透融合到一起，石料表面完全被沥青覆盖，形成一层薄膜。乳液中的水分被挤出，经过物理挥发离开石料表面，阳离子乳化沥青破乳机理如图2所示。
沥青路面由于长期暴露在自然环境下，受到日晒、风吹、雨淋和冻融的作用，同时还要承受车辆的重复载荷作用。路面经过一段时期的使用后会出现疲劳，路面会呈现开裂、松散、老化和磨损等现象。如不及时维修处理，破损路面受地表水的侵蚀,将使基层软弹，路面的整体强度下降，导致路面的破坏。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有彩色沥青稀浆封层技术的不足，提供一种新型阳离子沥青乳化剂的制备方法及其在彩色沥青乳化稀浆封层技术中应用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
根据本发明的一种新型阳离子沥青乳化剂的制备方法，以十二烷基二甲基叔胺、环氧氯丙烷和二甲胺为原料，同时利用环氧氯丙烷自身催化作用，合成一种新型阳离子沥青乳化剂N-(3-(N',N'-二甲基氨基)-2-羟基丙基)-N,N-二甲基十八烷-氯化铵。具体合成步骤如下：
(1)将10～30g十二烷基二甲基叔胺溶解在25～75mL有机溶剂中，然后逐滴加入5～15g环氧氯丙烷，在50～60℃的水浴搅拌下反应5～15小时，减压蒸馈得到中间产物，反应方程式如下：
(2)将10～30g步骤(1)的中间产物溶解在100～300mL有机溶剂中，逐滴加入8～24g浓度为33％的二甲胺水溶液，在60～70℃的水浴条件下搅拌反应3～9小时。用分液漏斗分离水相，再减压蒸馏除去有机溶剂，真空条件下60～80℃干燥至恒重，得到新型阳离子沥青乳化剂N-(3-(N',N'-二甲基氨基)-2-羟基丙基)-N,N-二甲基十八烷-氯化铵，反应方程式如下：
一种新型阳离子沥青乳化剂在彩色沥青乳化稀浆封层技术中应用，将基质沥青和新型阳离子沥青乳化剂经过乳化工艺制备而成一种颜色呈乳白色的乳化沥青，再将乳化沥青为胶结料，在摊铺过程中掺入一定色泽的颜料和石料，经过一定时间固化形成特定颜色的彩色沥青路面，则为彩色乳化沥青稀浆封层技术。
乳化沥青为阳离子慢裂快凝型乳化沥青，其详细技术指标见表1。
表1乳化沥青的技术指标
乳化沥青在密封储罐内保存，贮存时间二十天。当存放时间较长时，使用前应搅拌均匀后再使用。
本发明所述的一种添加乳化沥青的彩色沥青乳化稀浆封层混合料，其配料方案为：骨料：100份；乳化沥青：10～30份；细料：10～20份；颜料：5～10份；新型阳离子沥青乳化剂：1～5份；水：30～100份(需要根据试验，以及石料含水量确定)。通过机械剪切和聚合物改性等工艺制备而成。配料参数如表2所示。
表2彩色沥青乳化稀浆封层混合料配比
所述的新型阳离子沥青乳化剂在彩色沥青乳化稀浆封层技术中应用是将乳化沥青为胶结料，在摊铺过程中掺入一定色泽的颜料和石料，经过一定时间固化形成特定颜色的彩色沥青路面，则为彩色乳化沥青稀浆封层技术，具体制备步骤如下：
(1)按重量称取100份骨料、10～30份乳化沥青、10～20份细料、5～10份颜料、1～5份新型阳离子沥青乳化剂和30～100份水。
(2)在乳化沥青中依次加入骨料、细料、新型阳离子沥青乳化剂和水，剪切1～5小时后搅拌10～60分钟，直至骨料和细料均匀分散于乳化沥青中，得到一种沥青乳化稀浆封层混合料；
(3)在步骤(2)沥青乳化稀浆封层混合料中加入颜料，继续剪切1～4小时后机械搅拌10～60分钟，直至颜料均匀分散于沥青乳化稀浆封层混合料中，即得到一种彩色沥青乳化稀浆封层混合料。配比参数见表3所示。
表3彩色沥青乳化稀浆封层混合料配比
所述的骨料应选用坚硬、粗糙、耐磨、不含泥土杂质的石料，可采用玄武岩或石灰岩石质的石料，石料质量要求如表4所示。
表4石料质量要求
所述乳化沥青的基质沥青为C70脱色沥青。
所述细料为水泥、熟石灰、硫酸铵、粉煤灰中一种或者一种以上混合物；细料占骨
所述颜料为彩色石料或无机颜料中一种或者一种以上混合物，并且在200℃高温下不褪色；颜料占骨料重量的5～10％。具体要求见表5：
表5颜料质量技术要求
沥青路面在没有破坏前就采取必要的预防性养护措施—乳化沥青稀浆封层，将会使旧路面焕然一新，并使维修后的路面具有防水、抗滑、耐磨等特点，是一种优良的保护层，起到了延长路面使用寿命的作用。
乳化沥青稀浆封层对水泥混凝土具有良好的附着性，当水泥混凝土路面因多年行车后，路面产生裂缝、麻面或轻微不平时，采用乳化沥青稀浆封层后，可改善路面的外观，提高路面的平整度，延长水泥混凝土路面的使用寿命。在桥梁的行车表面层采用乳化沥青稀浆封层处治可起到罩面作用，并且很少增加桥面的自重。
彩色乳化沥青通过独有的乳化剂和乳化工艺制备而成的，颜色呈乳白色。彩色乳化沥青稀浆封层，参照稀浆封层的技术标准，使用彩色乳化沥青为胶结料，在摊铺过程中掺入一定色泽的颜料，经过2～3小时固化形成特定颜色的沥青路面。
相对于热拌彩色沥青混合料，彩色乳化沥青稀浆封层摊铺厚度薄，一般0.5～1.0cm，节省了沥青、石料、颜料等原材料的用量，可有效的降低成本。乳化沥青有力地避免了热拌沥青的不足，实践证明，乳化沥青在实际应用中具有以下优点：
(1)路面性能优越。乳化沥青与石料的结合强度高，且乳化沥青中沥青含量可以调整，以适应不同的公路强度要求。传统热拌沥青需加热至流动状态，再与常温石料拌合，在此过程中，热沥青很快固化，导致沥青与石料拌合不均匀。乳化沥青常温下为流动状态，能与石料均匀拌合，保证了路面性能。
(2)铺设和养护费用小。乳化沥青中乳化剂含量较小，生产成本较低；常温作业，运输成本低；与石料结合能力强，提高了沥青的利用率。
(3)应用范围广。在乳化沥青生产中，加入的乳化剂的含量和种类不同，得到乳化沥青的性能亦有差别，可以用到很多热沥青做不到的场合，如：用乳化沥青稀浆封层养护，能高效修复和增强受损路面。
(4)节约能源。传统热拌沥青铺设路面，在沥青运输和使用过程中，需要对沥青进行反复加热，加热沥青需要消耗大量的燃料，同时加速了沥青的老化。乳化沥青只需乳化时加热一次，便可长期以液体的形式保存，可节约燃料70％左右。
(5)环境友好。传统热拌沥青在加热时产生大量的污染气体和烟尘，对空气污染极大，直接威胁着施工工人的身体健康；同时，传统热沥青在使用时处于高温状态，容易烫伤工人或引起火灾。乳化沥青则加热次数少，且施工环境为常温，有效地避免了上述现象发生。
附图说明
图1为阳离子沥青乳化剂乳液微观结构；
图2为阳离子乳化沥青的破乳机理；
图3是一种新型阳离子沥青乳化剂N-(3-(N',N'-二甲基氨基)-2-羟基丙基)-N,N-二甲基十八烷-氯化铵的红外谱图；
图4是一种新型阳离子沥青乳化剂N-(3-(N',N'-二甲基氨基)-2-羟基丙基)-N,N-二甲基十八烷-氯化铵的核磁共振氢谱图。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明，应当理解，此处所描述的举例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
一种新型阳离子沥青乳化剂的制备方法：以十二烷基二甲基叔胺、环氧氯丙烷和二甲胺为原料，利用环氧氯丙烷自身催化作用，合成一种新型阳离子沥青乳化剂N-(3-(N',N'-二甲基氨基)-2-羟基丙基)-N,N-二甲基十八烷-氯化铵。具体合成步骤如下：
(1)将15g十二烷基二甲基叔胺溶解在50mL有机溶剂中，然后逐滴加入8g环氧氯丙烷，在60℃的水浴搅拌下反应5小时，减压蒸馈得到中间产物，反应方程式如下：
(2)将12g步骤(1)的中间产物溶解在200mL有机溶剂中，逐滴加入10g浓度为33％的二甲胺水溶液，在65℃的水浴条件下搅拌反应4小时。用分液漏斗分离水相，再减压蒸馏除去有机溶剂，真空条件下65℃干燥至恒重，得到新型阳离子沥青乳化剂N-(3-(N',N'-二甲基氨基)-2-羟基丙基)-N,N-二甲基十八烷-氯化铵，产率为85％，反应方程式如下：
乳化沥青的制备：将基质沥青和上述新型阳离子沥青乳化剂经过乳化工艺制备而成一种颜色呈乳白色的乳化沥青，具体制备步骤如下：
(1)按重量称取100份基质沥青、5～10份新型阳离子沥青乳化剂和100～400份水；
(2)将基质沥青加热到60～100℃，加入新型阳离子沥青乳化剂和水，在60～100℃下高速剪切1～2小时后搅拌60～120分钟，得到乳化沥青。
新型阳离子沥青乳化剂在彩色沥青乳化稀浆封层技术中应用：将上述乳化沥青为胶结料，在摊铺过程中掺入一定色泽的颜料和石料，经过一定时间固化形成特定颜色的彩色沥青路面，则为彩色乳化沥青稀浆封层技术。具体制备步骤如下：
1)按重量称取100份骨料、10～30份乳化沥青、10～20份细料、5～10份颜料、1～5份新型阳离子沥青乳化剂和30～100份水。
2)在乳化沥青中依次加入骨料、细料、新型阳离子沥青乳化剂和水，剪切2～3小时后搅拌30～40分钟，直至骨料和细料均匀分散于乳化沥青中，得到一种沥青乳化稀浆封层混合料；
3)在步骤2)沥青乳化稀浆封层混合料中加入彩色石料或无机颜料，继续剪切1～2小时后搅拌20～30分钟，直至颜料均匀分散于沥青乳化稀浆封层混合料中，即得到一种彩色沥青乳化稀浆封层混合料。
图3是一种新型阳离子沥青乳化剂N-(3-(N',N'-二甲基氨基)-2-羟基丙基)-N,N-二甲基十八烷-氯化铵的红外谱图，图4是一种新型阳离子沥青乳化剂N-(3-(N',N'-二甲基氨基)-2-羟基丙基)-N,N-二甲基十八烷-氯化铵的核磁共振氢谱图。

Claims (8)

1.一种新型阳离子沥青乳化剂的制备方法，其特征在于：包括如下合成步骤，以十二烷基二甲基叔胺、环氧氯丙烷和二甲胺为原料，利用环氧氯丙烷自身催化作用，合成一种新型阳离子沥青乳化剂N-(3-(N',N'-二甲基氨基)-2-羟基丙基)-N,N-二甲基十八烷-氯化铵，具体合成步骤如下：
(1)将5～25g十二烷基二甲基叔胺溶解在25～75mL有机溶剂中，然后逐滴加入5～10g环氧氯丙烷，在40～80℃的水浴搅拌下反应1～10小时，减压蒸馏后得到中间产物，反应方程式如下：
(2)称取5～25g步骤(1)的中间产物溶解在50～250mL有机溶剂中，逐滴加入5～15g浓度为20～40％的二甲胺水溶液，在45～85℃的水浴条件下搅拌反应1～10小时，用分液漏斗分离水相后，再减压蒸馏除去有机溶剂，45～85℃条件下真空干燥至恒重，得到新型阳离子沥青乳化剂N-(3-(N',N'-二甲基氨基)-2-羟基丙基)-N,N-二甲基十八烷-氯化铵，产率为75～95％，反应方程式如下：
2.一种新型阳离子沥青乳化剂的应用，其特征在于：将制得的新型阳离子沥青乳化剂和基质沥青经过乳化工艺制备而成一种颜色呈乳白色的乳化沥青；然后参照稀浆封层的技术标准，使用乳化沥青为胶结料，在摊铺过程中掺入一定色泽的颜料和石料，经过一定时间固化形成特定颜色的彩色沥青路面，则为彩色乳化沥青稀浆封层技术。
3.如权利要求2所述的一种新型阳离子沥青乳化剂的应用，其特征在于：所述乳化沥青的具体制备步骤如下：
(1)按重量称取100份基质沥青、5～10份新型阳离子沥青乳化剂和100～400份水；
(2)将基质沥青加热到80～100℃，加入新型阳离子沥青乳化剂和水，在60～100℃下高速剪切1～8小时后机械搅拌60～120分钟，得到乳化沥青。
4.如权利要求2所述的一种新型阳离子沥青乳化剂的应用，其特征在于：所述的新型阳离子沥青乳化剂在彩色沥青乳化稀浆封层技术中应用是将乳化沥青为胶结料，在摊铺过程中掺入一定色泽的颜料和石料，经过一定时间固化形成特定颜色的彩色沥青路面，则为彩色乳化沥青稀浆封层技术，具体制备步骤如下：
(1)按重量称取100份骨料、10～30份乳化沥青、10～20份细料、5～10份颜料、1～5份新型阳离子沥青乳化剂和30～100份水。
(2)在乳化沥青中依次加入骨料、细料、新型阳离子沥青乳化剂和水，剪切1～5小时后搅拌10～60分钟，直至骨料和细料均匀分散于乳化沥青中，得到一种沥青乳化稀浆封层混合料；
(3)在步骤(2)沥青乳化稀浆封层混合料中加入颜料，继续剪切1～4小时后机械搅拌10～60分钟，直至颜料均匀分散于沥青乳化稀浆封层混合料中，即得到一种彩色沥青乳化稀浆封层混合料。
5.如权利要求4所述的一种新型阳离子沥青乳化剂的应用，其特征在于：所述乳化沥青的基质沥青为C70脱色沥青。
6.如权利要求4所述的一种新型阳离子沥青乳化剂的应用，其特征在于：所述的骨料为坚硬、粗糙、耐磨、不含泥土杂质的石料，可采用玄武岩或石灰岩石质的石料中一种。
7.如权利要求4所述的一种新型阳离子沥青乳化剂的应用，其特征在于：所述细料为水泥、熟石灰、硫酸铵、粉煤灰中一种或者一种以上混合物，细料占骨料重量的10～20％。
8.如权利要求4所述一种新型阳离子沥青乳化剂的应用，其特征在于：所述颜料为彩色石料或无机颜料中一种或者一种以上混合物，颜料占骨料重量的5～10％。
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