CN106928470B - 一种叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂及其制备方法 - Google Patents

一种叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂及其制备方法，该沥青乳化剂是由以下摩尔配比的原料制备而成：N‑氢化牛脂基‑1,3‑丙撑二胺、醇类溶剂、N,N‑二甲基丙烯酰胺、环氧氯丙烷、亚硫酸氢钠的摩尔比为1mol：(5.00‑11.00)mol：(3.00‑3.10)mol：(2.00‑2.30)mol：(2.10‑2.50)mol。所述醇类溶剂为乙醇、甲醇或异丙醇。本发明的沥青乳化剂的合成原料易得、生产成本低、工艺简单、不需要高温反应。可乳化多种不同型号的沥青，制备的乳化沥青细腻均匀，储存稳定性好，可以制备出阳离子型乳化沥青。

Description

一种叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂及其制备方法，属于精细化工技术领域。
背景技术
乳化剂是由非极性的疏水基和极性的亲水基组成的两亲性分子，这种结构使乳化剂在溶液表(界)面形成定向紧密排列，改变了体系的表(界)面化学性质。当乳化剂的浓度超过其临界胶束浓度CMC，表(界)面张力降至最低，从而具有乳化、消泡、分散等功能，在建材化工、石油开采、日用品、纺织印染等领域有广泛的应用。
按照乳化剂亲水基性质的不同，乳化剂分为阴离子型、阳离子型、两性离子型、非离子乳化型以及复合离子型等。其中，两性沥青乳化剂同时携带正负离子电荷，它的表面活性离子的亲水基既具有阴离子部分，又具有阳离子部分；它的结构既不同于阴离子型乳化剂，又有别于阳离子型乳化剂，因此，具有许多优异的性能，如：(1)良好的乳化性和分散性；(2)低毒性；(3)耐硬水、钙分散能力较强，与其他各类型的乳化剂具有良好的配伍性。
但有关两性沥青乳化剂的开发较晚，品种和数量都不多；目前已报道的两性沥青乳化剂主要有甜菜碱型、氨基酸型、咪唑啉型等。美国专利USP3342840介绍合成了一种亲水基为氨基和羟基同时存在的两性型乳化剂，由于两性离子的带电状态可以随环境的变化而变化，故应用范围较广；但该乳化剂的制备成本较高。中国专利CN101712625A涉及一种两性慢裂快凝沥青乳化剂合成方法，采用油酸与多胺反应生成酰胺多胺，然后加入氯乙酸发生卤代反应，制得沥青乳化剂。该方法的缺点是制备时需要高温反应。
本申请发明人在前期研究中提出了一种两性甜菜碱型沥青乳化剂的制备方法，该乳化剂采用椰油酰基丙基二甲基叔胺为原料，在醇类溶剂中，与环氧氯丙烷反应得到中间体；继续与二甲胺水溶液、氯乙酸钠反应，得到两性甜菜碱型沥青乳化剂。该沥青乳化剂的合成原料易得、生产成本低、工艺简单、不需要高温反应。该两性甜菜碱型沥青乳化剂制备得到的为中裂型阳离子乳化沥青。
本申请发明人在早期研究中还提出了双阳离子双阴离子型沥青乳化剂，是一种非酰胺型两性沥青乳化剂，该乳化剂以丙烯酸为原料，在醇类溶剂中，与十八胺反应得到十八烷基胺基丙酸；低碳数叔胺，加入浓盐酸，再逐渐加入环氧氯丙烷，反应得到环氧丙基三烷基氯化铵盐酸盐中间体I，将环氧丙基三烷基氯化铵盐酸盐中间体加入十八烷基胺基丙酸中得到中间体II；将中间体II的反应液加入氯乙酸钠溶液，得到双阳离子双阴离子型沥青乳化剂。该双阳离子双阴离子型沥青乳化剂的优点是：合成原料易得、生产成本低、不需要高温反应。但是经过研究发现，该双阳离子双阴离子型沥青乳化剂的性能还有待进一步提高；还有，以丙烯酸为原料，其刺激性较大，不利于生产工人的身体健康。
上述两性沥青乳化剂及其制备方法普遍存在的不足是：制备乳化剂的原料成本较高，来源受到限制，制备时需要高温反应，对生产实验设备要求较高。
因此，有必要开发和研究新的两性沥青乳化剂，以丰富两性沥青乳化剂的种类，使得沥青乳化剂的成本更加低廉、工艺更加简单，满足道路建设和路面维护的不同应用要求。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种生产成本低、工艺简单、不需要高温反应的叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂及其制备方法和相应的乳化沥青。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
为了丰富两性沥青乳化剂的种类，本发明的第一个方面，提供一种叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂，其分子结构式为：
该叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂在制备乳化沥青的应用，尤其是，在制备快裂、中裂或慢裂型阳离子乳化沥青中的应用。
本发明的第二个方面，提供一种叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺、醇类溶剂和N,N-二甲基丙烯酰胺混合反应，得到反应中间体I，中间体I为
(2)将反应中间体II加入到反应中间体I中，反应，即得到叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂；其中，所述中间体II为
本发明的第三个方面，提供一种阳离子乳化沥青的制备方法，包括如下步骤：沥青乳化剂的用量为制备的乳化沥青总质量的1.0-3.0％，将上述沥青乳化剂加水配制成水溶液，用工业盐酸调节pH值至2-3，加热至60-70℃，制得皂液；将加热后的沥青和乳化剂皂液通过胶体磨乳化制备出阳离子乳化沥青。
上述制备方法制备得到的阳离子乳化沥青。
或者，提供一种阴离子乳化沥青的制备方法，包括如下步骤：沥青乳化剂的用量为制备的乳化沥青总质量的1.0-3.0％，将上述沥青乳化剂加水配制成水溶液，用氢氧化钠调节pH值至10-11，加热至60-70℃，制得皂液；将加热后的沥青和乳化剂皂液通过胶体磨乳化制备出阴离子乳化沥青。
上述制备方法制备得到的阴离子乳化沥青。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
(1)本发明的原料中通过加入N,N-二甲基丙烯酰胺，使得本发明制备得到的沥青乳化剂分子的亲水性较大；环氧氯丙烷和亚硫酸氢钠的加入，使制备得到的沥青乳化剂分子具有叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠化学结构，增强了沥青乳化剂分子的电荷强度。
本发明中的沥青乳化剂为两性型，本发明乳化剂分子中的亲水基会在水中发生电离，由于是两性型的乳化剂，电离作用较强，使界面膜携带相应的较多的正电荷，出现了一层界面电荷，由此出现了界面电荷层。界面电荷层的形成通过让沥青微粒相互排斥，使它们保持一定距离，从而让沥青颗粒维持分散状态，对沥青乳液起到了分散作用。界面电荷层的出现，对于沥青的乳化、沥青在水相中的分散、保持沥青乳液的稳定具有至关重要的作用。由于本发明的乳化剂在水中可电离较多阳离子，所以界面电荷层作用较强，从而使得本发明的沥青乳化剂乳化沥青后其体系更加稳定。
另外，本发明的沥青乳化剂结构式中含有的亲水基较多，羟基、磺酸盐、季铵盐和酰胺基，使得界面膜、水合层和界面电荷层都相应的增强，提高了乳液的稳定性。
(2)本发明采用特定的原料N,N-二甲基丙烯酰胺、N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺、环氧氯丙烷和亚硫酸氢钠，生成具有一定HLB值的沥青乳化剂，采用本发明制备的叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂具有很好的乳化性能，制备得到的乳化沥青的各项性能指标优良，可乳化多种不同型号的沥青，制备的乳化沥青细腻均匀，具有良好的集料裹附性和储存稳定性。制得的乳化沥青按中国交通部制订的阳离子乳化沥青行业标准(JTJ052-2000)进行检测，各项性能均能满足标准要求。适用于公路透层油或粘层油的洒布，以及用于稀浆封层、碎石封层、石屑封层、雾封层及修复路面轻微网裂等，具有快裂、中裂或慢裂型沥青乳化剂的特性。
(3)本发明以N,N-二甲基丙烯酰胺作为沥青乳化剂的反应原料，由于N,N-二甲基丙烯酰胺在常温下的物料状态为液体，方便计量加料，而且更方便与其他反应原料混合均匀。
此外，N,N-二甲基丙烯酰胺的反应过程为放热反应，能够自身提供反应所需的热量，减少了反应过程中外源热量的引入，降低了反应的能耗。
本发明以3-氯-2-羟基丙基磺酸钠为中间体或原料，其制备方法简单、易行，其中原料亚硫酸氢钠极易溶于水且价格低廉。
(4)本发明的叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂的原料N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺相对于目前的阳离子型沥青乳化剂所用的原料便宜、来源广泛，沥青乳化剂生产成本低，并且为制备叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂提供良好基础。
(5)现有技术中酰胺基胺类乳化剂反应温度一般控制在140～180℃，而本发明的叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂的制备方法工艺简单、不需要高温反应，降低能耗，大大节约生产成本。
(6)本发明所述沥青乳化剂分子结构中同时具有阴离子基团和阳离子基团，两性乳化剂可适用于不同的环境，在酸性溶液中呈现阳离子型表面活性剂的特征，在碱性溶液中呈现阴离子型表面活性剂的特征。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、组件和/或它们的组合。
本发明实施例中所用到的原料、试剂均为常规化学产品，均能通过市场购买得到。
为了丰富两性沥青乳化剂的种类，本发明提供一种叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂，其分子结构式为：
分析该叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂的结构，其将多个羟基、磺酸盐、季铵盐和酰胺基亲水基团以一定的基团形式有效结合起来，再加之合适的碳链结构和其他亲油基团(比如N,N-二甲基丙烯酰胺的两个甲基，十八烷基)，共同形成这一新型结构的沥青乳化剂。并且，乳化沥青时，发现该沥青乳化剂制备得到的乳化沥青可以为三种不同类型的阳离子乳化沥青，为不同的应用情况提供便利。
在路面施工中，乳化沥青破乳是指沥青乳液与石料接触后，沥青微粒从乳液中分离出来，在石料表面聚结并铺展，形成一层连续的沥青薄膜的过程，在破乳过程中，沥青乳液中的水分挥发。影响乳化沥青破乳快慢的因素很多，排除石料的影响，乳化剂是影响乳化沥青破乳速度的关键因素。本发明能够在乳化沥青时，制备得到不同类型的乳化沥青，相对于现有技术中的其他阳离子沥青乳化剂是一个显著的进步。这是由于本发明中的叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂特有的分子结构的原因，其结构中含有三个N，N-二甲基丙酰胺基团和两个2-羟基丙基磺酸钠基团。本发明分子结构的沥青乳化剂，其含有较多的亲油基团-N，N-二甲基丙酰胺基团中的两个甲基和C18H37基团能够最大程度的插入沥青微粒中，在与石料反应时，石料与沥青微粒的接触时间变长，从而使得拌和时间较长；另一方面，由于该结构中含有较多的N，N-二甲基丙酰胺基团(每个基团含有两个甲基)，使得乳化剂分子的空间位阻相对较大，石料在与沥青微粒接触时，需要克服较大的空间位阻，从而使得破乳速度较慢。
针对以上沥青乳化剂，本发明还提供它的制备方法，包括以下步骤：
(1)将N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺、醇类溶剂和N,N-二甲基丙烯酰胺混合反应，得到反应中间体I，中间体I为
(2)将3-氯-2-羟基丙基磺酸钠加入到反应中间体I中，反应，即得叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂。
在本发明优选的技术方案中，所述3-氯-2-羟基丙基磺酸钠的制备方法包括以下步骤：
将亚硫酸氢钠溶于水中，加热至一定温度，再逐渐加入环氧氯丙烷，混合反应，得到反应中间体II，中间体II为3-氯-2-羟基丙基磺酸钠
优选的，反应的温度为40-85℃，进一步优选为55-75℃，反应的时间为3-6h。
在本发明一些优选的技术方案中，N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺、醇类溶剂、N,N-二甲基丙烯酰胺、环氧氯丙烷、亚硫酸氢钠的摩尔比为1mol：(5.00-11.00)mol：(3.00-3.10)mol：(2.00-2.30)mol：(2.10-2.50)mol。
经过大量实验验证与分析，上述摩尔比例的各原料使得本发明制备得到的叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂的性能较理想，不合适的配比关系的原料不能形成叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂。
在本发明一些优选的技术方案中，所述醇类溶剂为乙醇、甲醇或异丙醇，经过大量实验验证与分析，并根据本发明制得的叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂的需要，选择上述醇类溶剂制得的沥青乳化剂的效果较好。
在本发明一些优选的技术方案中，步骤(1)中，反应的温度为60-80℃，优选为65-75℃，反应的时间为2-4h。
在本发明一些优选的技术方案中，步骤(2)中，反应的温度为60-80℃，优选为65-75℃，反应的时间为3-6h。
在本发明的一些优选的技术方案中，该叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺加入到反应容器中，加入醇类溶剂，加热搅拌溶解，再分批加入N,N-二甲基丙烯酰胺，加入完毕后，在60-80℃搅拌反应2-4h，得到反应中间体I；
(2)将亚硫酸氢钠加入到另一反应容器中，加水，加热搅拌溶解，再分批加入环氧氯丙烷，加入完毕后，在40-85℃搅拌反应3-6h，得到反应中间体II(3-氯-2-羟基丙基磺酸钠)；
(3)将反应中间体II分批加入到反应中间体I中，在60-80℃反应3-6h，即得到叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂。
上述叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂在制备乳化沥青中的应用，尤其是，在制备快裂、中裂或慢裂型阳离子乳化沥青中的应用。
本发明以N,N-二甲基丙烯酰胺作为沥青乳化剂的反应原料，在沥青乳化剂的分子结构中通过加入N,N-二甲基丙烯酰胺引入了酰胺基，增加了沥青乳化剂的亲水性，以及乳化剂与沥青的相容性。另外，综合考虑碳链长度对于沥青乳化剂的HLB值(亲水/亲油平衡值)和CMC(临界胶束浓度)的影响，选择以N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺、环氧氯丙烷和亚硫酸氢钠作为反应的原料，使制备的沥青乳化剂的HLB值在最佳范围以内，提高了对沥青的乳化性能。
针对本发明中的叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂，本发明还提供一种阳离子乳化沥青的制备方法，包括如下步骤：沥青乳化剂的用量为制备的乳化沥青总质量的1.0-3.0％，将上述沥青乳化剂加水配制成水溶液，用工业盐酸调节pH值至2-3，加热至60-70℃，制得皂液；将加热后的沥青和乳化剂皂液通过胶体磨乳化制备出阳离子乳化沥青。
上述制备方法制备得到的阳离子乳化沥青。
针对本发明中的叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂，本发明还提供一种阴离子乳化沥青的制备方法，包括如下步骤：沥青乳化剂的用量为制备的乳化沥青总质量的1.0-3.0％，将上述沥青乳化剂加水配制成水溶液，用氢氧化钠调节pH值至10-11，加热至60-70℃，制得皂液；将加热后的沥青和乳化剂皂液通过胶体磨乳化制备出阴离子乳化沥青。
上述制备方法制备得到的阴离子乳化沥青。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本申请的技术方案。
实施例1
(1)叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂的制备：
1)在反应器中加入326.0g N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺，330g异丙醇，加热搅拌溶解。然后逐渐加入302.4g N,N-二甲基丙烯酰胺，70℃搅拌反应3h。
合成的上述中间产物经重结晶分离提纯后进行FTIR检测，结果如下：2927cm-1为亚甲基的非对称伸缩振动吸收峰，2846cm-1为亚甲基的对称伸缩振动收峰，1652cm-1为酰胺基中C＝O伸缩振动吸收峰，1500cm-1和1471cm-1为亚甲基的非对称弯曲振动，1404cm-1为甲基的非对称弯曲振动，1271cm-1和1139cm-1为C-N伸缩振动吸收峰，1053cm-1为C-H面内弯曲振动吸收峰，723cm-1为亚甲基面内摇摆振动吸收峰。
2)在另一反应器中加入245.2g亚硫酸氢钠和785.4g水，搅拌溶解，加热至75℃。再滴加197.8g环氧氯丙烷，75℃搅拌反应3.5h，得到3-氯-2-羟基丙基磺酸钠水溶液。
合成的上述中间产物经重结晶分离提纯后进行FTIR检测，结果如下：3592cm-1和3522cm-1为游离O-H伸缩振动吸收峰，3362cm-1为缔合O-H伸缩振动吸收峰，2923cm-1为亚甲基的非对称伸缩振动吸收峰，2840cm-1为亚甲基的对称伸缩振动收峰，1635cm-1为C-O不对称伸缩振动吸收峰，1425cm-1为亚甲基的非对称弯曲振动，1239cm-1和1188cm-1为磺酸盐S＝O伸缩振动吸收峰，1049cm-1为磺酸盐RSO3不对称伸缩振动吸收峰，812cm-1为C-H面外弯曲振动吸收峰，730cm-1为C-Cl伸缩振动吸收峰，621cm-1为和545cm-1为O-H面外弯曲振动吸收峰。
3)将步骤2)制备的3-氯-2-羟基丙基磺酸钠水溶液滴加到上述步骤1)合成产物中，65℃搅拌反应4h。得到叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂，留作乳化沥青试验。
合成产物经重结晶分离提纯后进行FTIR检测，结果如下：3371cm-1为O-H伸缩振动吸收峰，2933cm-1和2859cm-1分别为亚甲基非对称和对称伸缩振动吸收峰，1652cm-1处为酰胺基中C＝O伸缩振动吸收峰，1460cm-1为亚甲基的非对称弯曲振动，1423cm-1为甲基的非对称弯曲振动，1240cm-1为C-N伸缩振动吸收峰，1167cm-1为磺酸盐S＝O伸缩振动吸收峰，1049cm-1为磺酸盐RSO3不对称伸缩振动吸收峰，810cm-1为C-H面外弯曲振动吸收峰，728cm-1为亚甲基面内摇摆振动吸收峰，628cm-1和545cm-1为O-H面外弯曲振动吸收峰。
反应方程式如下：
(2)乳化沥青的制备：
取AH-90#沥青300g，加热至125℃，将12.5g本实施例制备的沥青乳化剂加入到200g水中，用工业盐酸调节pH值至2-3，加热至65℃，制得皂液。将沥青和乳化剂皂液通过胶体磨乳化制备出阳离子型乳化沥青。
(3)乳化沥青性能检测：
制得的乳化沥青按中国交通部制订的阳离子乳化沥青行业标准(JTJ052-2000)进行检测，结果如下：本实施例制备的乳化沥青均匀、细腻，沥青含量为57％，筛上剩余量为0.03％，与矿料裹覆面积大于2/3，电荷为阳离子；采用拌和料进行拌和，可拌和时间大于2分钟。表明该乳化剂制备的沥青乳液为慢裂型阳离子乳化沥青，各项性能均能满足标准要求。
实施例2
(1)叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂的制备：
1)在反应器中加入326.0g N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺，330g无水乙醇，加热搅拌溶解。然后逐渐加入302.4g N,N-二甲基丙烯酰胺，70℃搅拌反应3h。
2)在另一反应器中加入245.2g亚硫酸氢钠和785.4g水，搅拌溶解，加热至75℃。再滴加197.8g环氧氯丙烷，75℃搅拌反应3.5h，得到3-氯-2-羟基丙基磺酸钠水溶液。
3)将步骤2)制备的3-氯-2-羟基丙基磺酸钠水溶液滴加到上述步骤1)合成产物中，75℃搅拌反应3h。得到叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂，留作乳化沥青试验。
(2)乳化沥青的制备：
取AH-70#沥青300g，加热至125℃，将12.5g本实施例制备的沥青乳化剂加入到200g水中，用工业盐酸调节pH值至2-3，加热至65℃，制得皂液。将沥青和乳化剂皂液通过胶体磨乳化制备出阳离子型乳化沥青。
(3)乳化沥青性能检测：
检测方法同实施例1，检测结果为：乳化沥青均匀、细腻，沥青含量为59％，筛上剩余量为0.03％，与矿料裹覆面积大于2/3，电荷为阳离子；采用拌和料进行拌和，可拌和时间为10秒。表明该乳化剂制备的沥青乳液为快裂型阳离子乳化沥青，各项性能均能满足标准要求。
实施例3
(1)叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂的制备：
1)在反应器中加入326.0g N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺，330g甲醇，加热搅拌溶解。然后逐渐加入302.4g N,N-二甲基丙烯酰胺，63℃搅拌反应4h。
2)在另一反应器中加入245.2g亚硫酸氢钠和785.4g水，搅拌溶解，加热至75℃。再滴加197.8g环氧氯丙烷，75℃搅拌反应3.5h，得到3-氯-2-羟基丙基磺酸钠水溶液。
3)将步骤2)制备的3-氯-2-羟基丙基磺酸钠水溶液滴加到上述步骤1)合成产物中，60℃搅拌反应6h。得到叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂，留作乳化沥青试验。
(2)乳化沥青的制备：
取A-100#沥青300g，加热至125℃，将12.5g本实施例制备的沥青乳化剂加入到200g水中，用工业盐酸调节pH值至2-3，加热至65℃，制得皂液。将沥青和乳化剂皂液通过胶体磨乳化制备出阳离子型乳化沥青。
(3)乳化沥青性能检测：
检测方法同实施例1，检测结果为：乳化沥青均匀、细腻，沥青含量为60％，筛上剩余量为0.02％，与矿料裹覆面积大于2/3，电荷为阳离子；采用拌和料进行拌和，可拌和时间为32秒。表明该乳化剂制备的沥青乳液为中裂型阳离子乳化沥青，各项性能均能满足标准要求。
对比例1
(1)羧酸季铵盐型羟丙基磺酸钠乳化剂的制备：
1)在反应器中加入269.5g十八胺，260g异丙醇，加热搅拌溶解。然后逐渐加入147.7g丙烯酸，70℃搅拌反应3h。
2)在另一反应器中加入122.6g亚硫酸氢钠和392.7g水，搅拌溶解，加热至75℃。再滴加98.9g环氧氯丙烷，75℃搅拌反应3.5h，得到3-氯-2-羟基丙基磺酸钠水溶液。
3)将步骤2)制备的3-氯-2-羟基丙基磺酸钠水溶液滴加到上述步骤1)合成产物中，65℃搅拌反应4h。得到羧酸季铵盐型羟丙基磺酸钠乳化剂，留作乳化沥青试验。
合成产物经重结晶分离提纯后进行FTIR检测，结果如下：3430cm-1为O-H伸缩振动吸收峰，2920cm-1为亚甲基的非对称伸缩振动吸收峰，2853cm-1为亚甲基的对称伸缩振动收峰，1740cm-1为羧基中C＝O伸缩振动吸收峰，1615cm-1为羧基中C-O不对称伸缩振动吸收峰，1474cm-1为亚甲基的非对称弯曲振动，1398cm-1为甲基的非对称弯曲振动，1305cm-1为C-N伸缩振动吸收峰，1180cm-1为磺酸盐S＝O伸缩振动吸收峰，1040cm-1为磺酸盐RSO3不对称伸缩振动吸收峰，723cm-1为亚甲基面内摇摆振动吸收峰。
反应方程式如下：
C18H37NH2+2CH2＝CHCOOH→C18H37N(CH2CH2COOH)2 (4)
(2)乳化沥青的制备：
取AH-90#沥青300g，加热至125℃，将12.5g本实施例制备的乳化剂加入到200g水中，用工业盐酸调节pH值至2-3，加热至65℃，制得皂液。将沥青和乳化剂皂液通过胶体磨乳化制备出阳离子型乳化沥青。结果：不能乳化。
对比例2
(1)季铵盐型羟丙基磺酸钠乳化剂的制备：
1)在反应器中加入269.5g十八胺，260g异丙醇，加热搅拌溶解。然后逐渐加入122.0g环氧丙烷，70℃搅拌反应3h。
2)在另一反应器中加入122.6g亚硫酸氢钠和392.7g水，搅拌溶解，加热至75℃。再滴加98.9g环氧氯丙烷，75℃搅拌反应3.5h，得到3-氯-2-羟基丙基磺酸钠水溶液。
3)将步骤2)制备的3-氯-2-羟基丙基磺酸钠水溶液滴加到上述步骤1)合成产物中，65℃搅拌反应4h。得到季铵盐型羟丙基磺酸钠乳化剂，留作乳化沥青试验。
合成产物经重结晶分离提纯后进行FTIR检测，结果如下：3434cm-1为O-H伸缩振动吸收峰，2916cm-1为亚甲基的非对称伸缩振动吸收峰，2849cm-1为亚甲基的对称伸缩振动收峰，1652cm-1为C-O不对称伸缩振动吸收峰，1464cm-1为亚甲基的非对称弯曲振动，1407cm-1为甲基的非对称弯曲振动，1208cm-1为磺酸盐S＝O伸缩振动吸收峰，1040cm-1为磺酸盐RSO3不对称伸缩振动吸收峰，785cm-1为C-H面外弯曲振动吸收峰，728cm-1为亚甲基面内摇摆振动吸收峰，624cm-1和535cm-1为O-H面外弯曲振动吸收峰。
反应方程式如下：
(2)乳化沥青的制备：
取AH-90#沥青300g，加热至125℃，将12.5g本实施例制备的乳化剂加入到200g水中，用工业盐酸调节pH值至2-3，加热至65℃，制得皂液。将沥青和乳化剂皂液通过胶体磨乳化制备出阳离子型乳化沥青。结果：不能乳化。
对比例3
(1)季铵盐型羟丙基磺酸钠乳化剂的制备：
1)在反应器中加入269.5g十八胺，260g异丙醇，加热搅拌溶解。然后逐渐加入238.1g环氧丙烷，70℃搅拌反应3h。
2)在另一反应器中加入122.6g亚硫酸氢钠和392.7g水，搅拌溶解，加热至75℃。再滴加98.9g环氧氯丙烷，75℃搅拌反应3.5h，得到3-氯-2-羟基丙基磺酸钠水溶液。
3)将步骤2)制备的3-氯-2-羟基丙基磺酸钠水溶液滴加到上述步骤1)合成产物中，65℃搅拌反应4h。得到季铵盐型羟丙基磺酸钠乳化剂，留作乳化沥青试验。
合成产物经重结晶分离提纯后进行FTIR检测，结果如下：3445cm-1为O-H伸缩振动吸收峰，2924cm-1为亚甲基的非对称伸缩振动吸收峰，2851cm-1为亚甲基的对称伸缩振动收峰，1643cm-1为C-O不对称伸缩振动吸收峰，1551cm-1为亚甲基的非对称弯曲振动，1469cm-1为甲基的非对称弯曲振动，1195cm-1为磺酸盐S＝O伸缩振动吸收峰，1039cm-1为磺酸盐RSO3不对称伸缩振动吸收峰，783cm-1为C-H面外弯曲振动吸收峰，720cm-1为亚甲基面内摇摆振动吸收峰，627cm-1和527cm-1为O-H面外弯曲振动吸收峰。
反应方程式如下：
(2)乳化沥青的制备：
取AH-90#沥青300g，加热至125℃，将12.5g本实施例制备的乳化剂加入到200g水中，用工业盐酸调节pH值至2-3，加热至65℃，制得皂液。将沥青和乳化剂皂液通过胶体磨乳化制备出阳离子型乳化沥青。结果：不能乳化。
对比例4
(1)季铵盐型羟丙基磺酸钠乳化剂的制备：
1)在反应器中加入269.5g十八胺，260g异丙醇，加热搅拌溶解。然后逐渐加入354.3g环氧丙烷，70℃搅拌反应3h。
2)在另一反应器中加入122.6g亚硫酸氢钠和392.7g水，搅拌溶解，加热至75℃。再滴加98.9g环氧氯丙烷，75℃搅拌反应3.5h，得到3-氯-2-羟基丙基磺酸钠水溶液。
3)将步骤2)制备的3-氯-2-羟基丙基磺酸钠水溶液滴加到上述步骤1)合成产物中，65℃搅拌反应4h。得到季铵盐型羟丙基磺酸钠乳化剂，留作乳化沥青试验。
合成产物经重结晶分离提纯后进行FTIR检测，结果如下：3427cm-1为O-H伸缩振动吸收峰，2933cm-1为亚甲基的非对称伸缩振动吸收峰，2851cm-1为亚甲基的对称伸缩振动收峰，1652cm-1为C-O不对称伸缩振动吸收峰，1542cm-1为亚甲基的非对称弯曲振动，1469cm-1为甲基的非对称弯曲振动，1205cm-1为磺酸盐S＝O伸缩振动吸收峰，1039cm-1为磺酸盐RSO3不对称伸缩振动吸收峰，791cm-1为C-H面外弯曲振动吸收峰，718cm-1为亚甲基面内摇摆振动吸收峰，618cm-1和527cm-1为O-H面外弯曲振动吸收峰。
反应方程式如下：
(2)乳化沥青的制备：
取AH-90#沥青300g，加热至125℃，将12.5g本实施例制备的乳化剂加入到200g水中，用工业盐酸调节pH值至2-3，加热至65℃，制得皂液。将沥青和乳化剂皂液通过胶体磨乳化制备出阳离子型乳化沥青。结果：不能乳化。
结论：基于以上实施例和对比例可以得到，本发明以筛选出优异的沥青乳化剂为出发点，对反应原料进行合理的选择，制备得到各项性能均能满足标准要求的乳化沥青。本发明选择特定的原料N,N-二甲基丙烯酰胺和N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺从而形成特定的反应中间体I，以反应中间体I和3-氯-2-羟基丙基磺酸钠(中间体II，亦可直接作为反应原料)为原料才能得到新型结构的叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂，在实验研究过程中，本发明人意外发现该沥青乳化剂具有优异的乳化性能，而对比例1～4中由其他的反应中间体I得到的乳化剂不能乳化沥青。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂，其特征是，所述叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂分子结构式为：
2.权利要求1所述的叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)将N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺、醇类溶剂和N,N-二甲基丙烯酰胺混合反应，得到反应中间体I，中间体I为
(2)将反应中间体II加入到反应中间体I中，反应，即得到叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂；其中，所述中间体II为
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征是，反应中间体II的制备方法包括以下步骤：
将亚硫酸氢钠溶于水中，加热至一定温度，再逐渐加入环氧氯丙烷，混合反应，得到反应中间体II。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征是，反应的温度为40-85℃，反应的时间为3-6h。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征是，反应的温度为55-75℃。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征是，N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺、醇类溶剂、N,N-二甲基丙烯酰胺、环氧氯丙烷、亚硫酸氢钠的摩尔比为1mol：(5.00-11.00)mol：(3.00-3.10)mol：(2.00-2.30)mol：(2.10-2.50)mol。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征是，醇类溶剂为乙醇、甲醇或异丙醇。
8.如权利要求2所述的制备方法，其特征是，步骤(1)中，反应的温度为60-80℃，反应的时间为2-4h；
步骤(2)中，反应的温度为60-80℃，反应的时间为3-6h。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征是，步骤(1)中，反应的温度为65-75℃；步骤(2)中，反应的温度为65-75℃。
10.如权利要求2所述的制备方法，其特征是，具体包括以下步骤：
(1)将N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺加入到反应容器中，加入醇类溶剂，加热搅拌溶解，再分批加入N,N-二甲基丙烯酰胺，加入完毕后，在60-80℃搅拌反应2-4h，得到反应中间体I；
(2)将亚硫酸氢钠加入到另一反应容器中，加水，加热搅拌溶解，再分批加入环氧氯丙烷，加入完毕后，在40-85℃搅拌反应3-6h，得到反应中间体II(3-氯-2-羟基丙基磺酸钠)；
(3)将反应中间体II分批加入到反应中间体I中，在60-80℃反应3-6h，即得到叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂。
11.权利要求1所述的叔酰胺双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂在制备乳化沥青中的应用。
12.如权利要求11所述的应用，其特征是：所述沥青乳化剂在制备快裂、中裂或慢裂型阳离子乳化沥青中的应用。
13.一种阳离子乳化沥青的制备方法，其特征是，包括以下步骤：沥青乳化剂的用量为制备的乳化沥青总质量的1.0-3.0％，将权利要求1所述的沥青乳化剂加水配制成水溶液，用工业盐酸调节pH值至2-3，加热至60-70℃，制得皂液；将加热后的沥青和乳化剂皂液通过胶体磨乳化制备出阳离子乳化沥青。
14.采用权利要求13所述的制备方法制备得到的阳离子乳化沥青。
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