CN108359256A - 一种基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青及其制备方法 - Google Patents

一种基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青，以重量份数计，其配方组成为：60‑65份改性沥青、0.1‑0.5份两性离子型Gemini乳化剂、3‑6份氧化铝溶胶、0.1‑0.2份增稠剂、1‑3份防冻剂、35‑40份水。本发明合成了具有特殊结构的两性离子型Gemini乳化剂，其对沥青具有高乳化作用、抗沉作用、高润湿性，所述的乳化改性沥青具有渗透性好、稳定性高的优点。

Description

一种基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种乳化沥青，尤其涉及一种基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青及其制备方法，属于道路工程技术领域。
背景技术
乳化沥青，就是沥青热融后经过机械剪切的作用，以细小的微粒状态分散于含有乳化剂的水溶液中，形成油状的沥青乳液。使用乳化沥青时不用加热，可以在常温状态下施工。在道路工程中，乳化沥青适用于沥青表面处置路面、沥青贯入式路面、常温沥青混合料路面，以及透层、粘层与封层等。乳化沥青的应用及其的综合能与常规沥青、热沥青相比，具有对人体无害、安全和不污染环境等特点。在对聚合物改性沥青进行乳化加工，或制作乳化沥青过程中同时加入聚合物胶乳，或将聚合物胶乳与乳化沥青成品混合，都可得到乳化改性沥青成品。
中国专利201310232879.8涉及一种两性离子型改性沥青乳化剂的合成方法，采用碱溶液作为催化剂，由其制备的两性离子型改性沥青乳化剂带有一个阳离子中心和一个阴离子中心，可以有效地提高乳化改性沥青的储存稳定性和渗透性。该法乳化改性沥青中在聚氧乙烯醚类表面活性剂的添加量大，说明两性离子型改性沥青乳化剂的润湿作用差。
Gemini型表面活性剂是通过联接基将2个或2个以上的传统表面活性剂分子在亲水基或接近亲水基处连接在一起的新型表面活性剂，Gemini型表面活性剂具有很高的表面活性和降低油(水)界面张力的能力，对石油原油及其分离物等有很好的增溶作用、抗沉积和润湿性能。
发明内容
为克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青。
所述的一种基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青，以重量份数计，其配方组成为：60-65份改性沥青、0.1-0.5份两性离子型Gemini乳化剂、3-6份氧化铝溶胶、0.1-0.2份增稠剂、1-3份防冻剂、35-40份水。
其中，所述的改性沥青为SBS改性沥青、SBR改性沥青中的至少一种，其中SBS改性沥青中SBS的重量份数为1-3％、SBR改性沥青中SBR的重量份数为1-3％。
所述的氧化铝溶胶的重量分数为20-30％、pH值为5-7，氧化铝溶胶中氧化铝的中位粒径为30-60nm。
所述的增稠剂为羧甲基淀粉、有机膨润土、聚丙烯酰胺中的至少一种。
所述的防冻剂为尿素、亚硝酸钠、氯化钙、亚硝酸钙中的至少一种。
所述的两性离子型Gemini乳化剂，其分子结构式如下：
其中，分子结构式中n：1-7，m：1-3。
所述的两性离子型Gemini乳化剂，以重量份数计，制备方法包括以下步骤：
氮气保护条件下，向反应器中加入10-15份长链烷基苯基胺、50-80份丙酮、0.01-0.02份催化剂；然后加热至50-60℃，并向反应器中逐滴滴加5-8份二元溴代烷烃、10-15份丙酮的混合液，1-2h滴加完毕，保温继续反应2-4h；然后向反应器中逐滴滴加2-4份硫酸二甲酯、5-10份丙酮的混合液，1-2h滴加完毕，保温继续反应2-4h，得N,N’-双长链烷基苯基烷基二叔胺溶液；向上述N,N’-双长链烷基苯基烷基二叔胺溶液中加入3-6份1,3-丙磺酸内酯，并加热至80-95℃回流反应6-12h，反应过程有大量沉淀产生，过滤沉淀，然后重复提纯步骤“甲醇溶解、丙酮沉淀、过滤沉淀”3-5次后，真空干燥沉淀24h，得所述的两性离子型Gemini乳化剂。
所述的长链烷基苯基胺为4-十二烷基苯胺、4-十三烷基苯胺、4-十四烷基苯胺、4-十五烷基苯胺、4-十六烷基苯胺、4-十七烷基苯胺、4-十八烷基苯胺、3-十二烷基苯胺、3-十三烷基苯胺、3-十四烷基苯胺、3-十五烷基苯胺、3-十六烷基苯胺、3-十七烷基苯胺、3-十八烷基苯胺中的至少一种。
所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、马来酸二丁基锡、环烷酸锡、二乙酸二丁基锡中的至少一种。
所述的二元溴代烷烃为1,3-二溴丙烷、1,4-二溴丙烷、1,5-二溴丙烷、1,6-二溴丙烷中的至少一种。
本发明的另一目的在于提供上述基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青之制备方法。
所述的基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
先把两性离子型Gemini乳化剂、防冻剂、增稠剂、水混合搅拌均匀，加热到40℃-65℃得皂液；将改性沥青加热至125℃-160℃得软化沥青；将上述皂液和软化沥青同时分别输送到胶体磨中，经胶体磨均匀分散及研磨后，成为水包油型乳液，当乳液温度降到60℃以下时出系统，向其中加入氧化铝溶胶并搅拌均匀，即得基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青。
相对于现有技术，本发明具有以下优点或有益结果：(1)合成了具有特殊结构的两性离子型Gemini乳化剂，其对沥青具有高乳化作用、抗沉作用、高润湿性，所述的乳化改性沥青具有渗透性好、稳定性高的优点；(2)选用无机抗冻剂，在降低乳化沥青凝固点的同时，在沥青进行路面施工时，无机抗冻剂易干燥；(3)氧化铝溶胶一方面作为乳化改性沥青和固化后沥青的阻燃成分，另一方面在沥青固化后氧化铝溶胶、填充料(砂、石)、地面基材等通过铝氧键结合，提高了沥青路面的耐压强度。
具体实施方式
面结合实施例对本发明的一种基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青及其制备方法做进一步的描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
实施例1
一种基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青，以重量份数计，其配方组成为：65份改性沥青、0.5份两性离子型Gemini乳化剂、6份氧化铝溶胶(重量分数为20％、pH值为5，氧化铝溶胶中氧化铝的中位粒径为50-60nm)、0.1份聚丙烯酰胺、1份亚硝酸钙、40份水；其中，所述的改性沥青为SBR改性沥青，SBR改性沥青中SBR的重量份数为1％。
上述两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
先把两性离子型Gemini乳化剂、防冻剂、增稠剂、水混合搅拌均匀，加热到55℃得皂液；将改性沥青加热至138℃得软化沥青；将上述皂液和软化沥青同时分别输送到胶体磨中，经胶体磨均匀分散及研磨后，成为水包油型乳液，当乳液温度降到60℃以下时出系统，向其中加入氧化铝溶胶并搅拌均匀，即得基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青。
其中，所述的两性离子型Gemini乳化剂，以重量份数计，制备方法包括以下步骤：
氮气保护条件下，向反应器中加入12份4-十二烷基苯胺、62份丙酮、0.015份环烷酸锡；然后加热至58℃，并向反应器中逐滴滴加5份1,4-二溴丙烷、10份丙酮的混合液，1.5h滴加完毕，保温继续反应2.5h；然后向反应器中逐滴滴加2份硫酸二甲酯、5份丙酮的混合液，1.5h滴加完毕，保温继续反应3h，得N,N’-双长链烷基苯基烷基二叔胺溶液；向上述N,N’-双长链烷基苯基烷基二叔胺溶液中加入3份1,3-丙磺酸内酯，并加热至86℃回流反应8h，反应过程有大量沉淀产生，过滤沉淀，然后重复提纯步骤“甲醇溶解、丙酮沉淀、过滤沉淀”4次后，真空干燥沉淀24h，得所述的两性离子型Gemini乳化剂。
实施例2
一种基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青，以重量份数计，其配方组成为：60份改性沥青、0.1份两性离子型Gemini乳化剂、3份氧化铝溶胶(重量分数为30％、pH值为6，氧化铝溶胶中氧化铝的中位粒径为30-40nm)、0.2份有机膨润土、3份氯化钙、35份水；其中，所述的改性沥青为SBS改性沥青，SBS改性沥青中SBS的重量份数为3％。
上述两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
先把两性离子型Gemini乳化剂、防冻剂、增稠剂、水混合搅拌均匀，加热到40℃得皂液；将改性沥青加热至125℃得软化沥青；将上述皂液和软化沥青同时分别输送到胶体磨中，经胶体磨均匀分散及研磨后，成为水包油型乳液，当乳液温度降到60℃以下时出系统，向其中加入氧化铝溶胶并搅拌均匀，即得基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青。
其中，所述的两性离子型Gemini乳化剂，以重量份数计，制备方法包括以下步骤：
氮气保护条件下，向反应器中加入10份3-十二烷基苯胺、50份丙酮、0.02份二月桂酸二丁基锡；然后加热至50℃，并向反应器中逐滴滴加7份1,3-二溴丙烷、13份丙酮的混合液，2h滴加完毕，保温继续反应4h；然后向反应器中逐滴滴加3.5份硫酸二甲酯、8份丙酮的混合液，2h滴加完毕，保温继续反应4h，得N,N’-双长链烷基苯基烷基二叔胺溶液；向上述N,N’-双长链烷基苯基烷基二叔胺溶液中加入5份1,3-丙磺酸内酯，并加热至80℃回流反应12h，反应过程有大量沉淀产生，过滤沉淀，然后重复提纯步骤“甲醇溶解、丙酮沉淀、过滤沉淀”5次后，真空干燥沉淀24h，得所述的两性离子型Gemini乳化剂。
实施例3
一种基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青，以重量份数计，其配方组成为：62份改性沥青、0.3份两性离子型Gemini乳化剂、4份氧化铝溶胶(重量分数为25％、pH值为7，氧化铝溶胶中氧化铝的中位粒径为30-50nm)、0.15份羧甲基淀粉、2份亚硝酸钠、38份水；其中，所述的改性沥青为SBS改性沥青，SBS改性沥青中SBS的重量份数为1.53％。
上述两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
先把两性离子型Gemini乳化剂、防冻剂、增稠剂、水混合搅拌均匀，加热到65℃得皂液；将改性沥青加热至160℃得软化沥青；将上述皂液和软化沥青同时分别输送到胶体磨中，经胶体磨均匀分散及研磨后，成为水包油型乳液，当乳液温度降到60℃以下时出系统，向其中加入氧化铝溶胶并搅拌均匀，即得基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青。
其中，所述的两性离子型Gemini乳化剂，以重量份数计，制备方法包括以下步骤：
氮气保护条件下，向反应器中加入15份4-十八烷基苯胺、80份丙酮、0.01份马来酸二丁基锡；然后加热至60℃，并向反应器中逐滴滴加8份1,6-二溴丙烷、15份丙酮的混合液，1h滴加完毕，保温继续反应2h；然后向反应器中逐滴滴加4份硫酸二甲酯、10份丙酮的混合液，1h滴加完毕，保温继续反应2h，得N,N’-双长链烷基苯基烷基二叔胺溶液；向上述N,N’-双长链烷基苯基烷基二叔胺溶液中加入6份1,3-丙磺酸内酯，并加热至95℃回流反应6h，反应过程有大量沉淀产生，过滤沉淀，然后重复提纯步骤“甲醇溶解、丙酮沉淀、过滤沉淀”3次后，真空干燥沉淀24h，得所述的两性离子型Gemini乳化剂。
对比例
按照以下配方组成制备乳化沥青(将实施例1用的两性离子型Gemini乳化剂换为十八烷基三甲基氯化铵，且十八烷基三甲基氯化铵用量加倍)：以重量份数计，其配方组成为：65份改性沥青、1份十八烷基三甲基氯化铵乳化剂、6份氧化铝溶胶(重量分数为20％、pH值为5，氧化铝溶胶中氧化铝的中位粒径为50-60nm)、0.1份聚丙烯酰胺、1份亚硝酸钙、40份水；其中，所述的改性沥青为SBR改性沥青，SBR改性沥青中SBR的重量份数为1％。
上述对比例的制备方法如下：先把十八烷基三甲基氯化铵乳化剂、防冻剂、增稠剂、水混合搅拌均匀，加热到55℃得皂液；将改性沥青加热至138℃得软化沥青；将上述皂液和软化沥青同时分别输送到胶体磨中，经胶体磨均匀分散及研磨后，成为水包油型乳液，当乳液温度降到60℃以下时出系统，向其中加入氧化铝溶胶并搅拌均匀，即得对比例。
按照相关标准，对实施例1-3中乳化改性沥青进行测试，部分物化参数如表1。
表1基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青性能
从表1可以看出，基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青的常温储存性能、低温储存性能明显优于对比例，而且在-25℃低温下与矿料拌合后冻融性能不松散，主要源于两性离子型Gemini乳化剂的耐低温性能；同时，从表中也可以看出实施例中的Gemini乳化剂的乳化效果更好，乳化沥青的粒径更小。

Claims (10)

1.一种基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青，其特征在于，以重量份数计，其配方组成为：60-65份改性沥青、0.1-0.5份两性离子型Gemini乳化剂、3-6份氧化铝溶胶、0.1-0.2份增稠剂、1-3份防冻剂、35-40份水。
2.根据权利要求1所述的一种基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青，其特征在于，所述的改性沥青为SBS改性沥青、SBR改性沥青中的至少一种，其中SBS改性沥青中SBS的重量份数为1-3％、SBR改性沥青中SBR的重量份数为1-3％。
3.根据权利要求1所述的一种基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青，其特征在于，所述的氧化铝溶胶的重量分数为20-30％、pH值为5-7，氧化铝溶胶中氧化铝的中位粒径为30-60nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青，其特征在于，所述的增稠剂为羧甲基淀粉、有机膨润土、聚丙烯酰胺中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青，其特征在于，所述的防冻剂为尿素、亚硝酸钠、氯化钙、亚硝酸钙中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青，其特征在于，所述的两性离子型Gemini乳化剂，以重量份数计，制备方法包括以下步骤：
氮气保护条件下，向反应器中加入10-15份长链烷基苯基胺、50-80份丙酮、0.01-0.02份催化剂；然后加热至50-60℃，并向反应器中逐滴滴加5-8份二元溴代烷烃、10-15份丙酮的混合液，1-2h滴加完毕，保温继续反应2-4h；然后向反应器中逐滴滴加2-4份硫酸二甲酯、5-10份丙酮的混合液，1-2h滴加完毕，保温继续反应2-4h，得N,N’-双长链烷基苯基烷基二叔胺溶液；向上述N,N’-双长链烷基苯基烷基二叔胺溶液中加入3-6份1,3-丙磺酸内酯，并加热至80-95℃回流反应6-12h，反应过程有大量沉淀产生，过滤沉淀，然后重复提纯步骤“甲醇溶解、丙酮沉淀、过滤沉淀”3-5次后，真空干燥沉淀24h，得所述的两性离子型Gemini乳化剂。
7.根据权利要求1所述的基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青，其特征在于，所述的两性离子型Gemini乳化剂，其分子结构式如下：
其中，分子结构式中n：1-7，m：1-3。
8.根据权利要求5所述的一种基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青，其特征在于，所述的长链烷基苯基胺为4-十二烷基苯胺、4-十三烷基苯胺、4-十四烷基苯胺、4-十五烷基苯胺、4-十六烷基苯胺、4-十七烷基苯胺、4-十八烷基苯胺、3-十二烷基苯胺、3-十三烷基苯胺、3-十四烷基苯胺、3-十五烷基苯胺、3-十六烷基苯胺、3-十七烷基苯胺、3-十八烷基苯胺中的至少一种。
9.根据权利要求5所述的一种基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青，其特征在于，所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、马来酸二丁基锡、环烷酸锡、二乙酸二丁基锡中的至少一种；所述的二元溴代烷烃为1,3-二溴丙烷、1,4-二溴丙烷、1,5-二溴丙烷、1,6-二溴丙烷中的至少一种。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
先把两性离子型Gemini乳化剂、防冻剂、增稠剂、水混合搅拌均匀，加热到40℃-65℃得皂液；将改性沥青加热至125℃-160℃得软化沥青；将上述皂液和软化沥青同时分别输送到胶体磨中，经胶体磨均匀分散及研磨后，成为水包油型乳液，当乳液温度降到60℃以下时出系统，向其中加入氧化铝溶胶并搅拌均匀，即得基于两性离子型Gemini乳化剂的乳化改性沥青。
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