木质素季铵盐复配沥青乳化剂的复配工艺优化的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及有机化工产品在浙青道路浇筑领域的实际应用，属于化学工程与建筑 材料领域。
【背景技术】
[0002] 乳化浙青，是将冷浙青加热到流动状态，然后经过机械力的作用使浙青能以一种 细小的颗粒状态分散在含有一定量乳化剂的水溶液中，形成水包油（0W/)状的浙青乳液， 这种浙青乳液在常温下呈液态，具有高度的流动性乳化浙青是将通常高温使用的道路浙 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。乳化浙 青分为阳离子乳化浙青、阴离子乳化浙青和非离子乳化浙青。阳离子乳化浙青的浙青微粒 带正电荷，阴离子乳化浙青微粒带负电荷。当阳离子乳化浙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浙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°c以上）仍可以施工。但阴离子乳化浙青正好相反， 它与潮湿骨料表面都带负电荷，使其产生同性相斥，浙青微粒不能很快粘附在骨料表面上， 若要使浙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。当乳化浙青破乳凝固时还原为连续的浙青并且水分完全排除掉，道路 材料的最终强度才能形成。
[0003] 浙青乳化剂分子由极性的亲水基团和非极性的亲油基团两部分所组成，形成一头 明显亲水，另一头明显亲油的不对称的两亲结构。阳离子浙青乳化剂大部分
[0004] 是含氮的化合物，其亲油基部分一般是直链的烷基或者是烷基苯基，而亲水基部 分主要是胺基，少数的还含有羟基或者其它的基团。
[0005] 在长期的实践过程中，人们发现单一的乳化剂，乳化效果往往并不好。浙青乳化剂 的HLB值要求在8-18之间，单一的乳化剂具有固定的HLB值，很难满足成分复杂的浙青所 需要的HLB值，为了制备稳定的浙青乳液，常常考虑乳化剂之间的复合使用。复合乳化剂不 仅能满足HLB值的要求，而且还可以形成密度大、强度高的复合膜，得到比单一乳化剂更稳 定的浙青乳液。乳化剂分子一般呈球棒形状，使用单一乳化剂时，因亲水基间电荷的相互排 斥作用，乳化剂分子在油水界面处的排列密度低，所起的稳定作用也就小。当两种乳化剂复 合使用时，HLB值小的乳化剂在靠近油相的位置排列，HLB值大的在靠近水相排列，两种分 子间隔排列，获得较高的堆砌密度，从而增加了界面膜的强度，可以得到更好的稳定效果。 单一乳化剂复合乳化剂。
【发明内容】
[0006] 本发明用N-[2_羟基-3-十八烷基胺基]丙基三甲基氯化铵（A)与木质素季铵盐 (B)的复合乳化剂制备乳化浙青，乳化浙青性能测试表明，复合乳化剂AB的用量为乳化浙 青总量的0. 4%时，当乳化剂A/B (摩尔比）为0. 7/0. 1时，稳定性大于7天，此时乳化效果 最好，乳化浙青具有良好的储存稳定性。
[0007] 本发明的技术方案如下：
[0008] (一）N-[2-羟基-3-十八烷基胺基]丙基三甲基氯化铵（A)的合成
[0009] 在已有文献资料中可以得到A的具体合成工艺为：
[0010] 在装有搅拌器，温度计和回流冷凝管的250mL四口烧瓶中加入上述三甲胺盐酸盐 水溶液18.0mL (0.065mol)，搅拌下滴加环氧氯丙烷3.9mL (0.05mol)，滴加完毕后加氢氧 化钠保持反应体系的pH值在10以上，反应温度为52°C，恒温反应4h，得到环氧丙基三甲基 氯化铵中间体。
[0011] 在250mL的四口烧瓶中加入十八伯胺13. 5g (0. 05mol)，上述中间体6. 4mL和95% 乙醇10.0 mL，反应温度为65°C，恒温反应5h。反应完毕减压蒸馈，得到乳白色膏状N- (2-羟 基_3_十八烷基胺基）-丙基二甲基氯化铵粗品。
[0012](二)N-(2-羟基-3-十八烷基胺基）-丙基二甲基氯化铵（A)与木质素季铵盐（B) 复合乳化剂对乳化浙青储存稳定性的影响
[0013] 在浙青质量100g，水100ml (AB混合乳化剂的质量是0. 8g，为乳化浙青总量的 0. 4%)的条件下，考察N- (2-羟基-3-十八烷基胺基）-丙基三甲基氯化铵（A)与木质素季 铵盐（B)以不同比例复合对乳化浙青储存稳定性的影响如图1所示。
[0014] 在25 °C条件下，乳化剂N- (2_羟基_3_十八烷基胺基）-丙基二甲基氯化铵（A)与 木质素季铵盐（B)复合乳化剂AB的表面张力Y随表面活性剂浓度C的变化曲线如图2所 /_J、i〇
[0015] 当乳化剂含量达到0. 4%，乳化剂A/B (摩尔比)为0. 7/0. 1时，稳定性大于7天，此 时乳化效果最好。
[0016] 本发明制备的浙青乳化剂，无需进行分离纯化，直接用于和石油拌合制备乳化浙 青。
[0017] 本发明制备的浙青乳化剂，相同温度下复配乳化剂的CMC为0. 005mol/L，比乳化 剂A的CMC的下降了一个数量级，比乳化剂B的CMC的下降了两个数量级。乳化剂浓度相 同的条件下，复合体系的表面张力均低于单一的乳化剂体系的表面张力。
[0018] 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，乳化浙青能力强，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，适用于建筑用乳化浙青的制备。
【附图说明】
[0019] 从图1中可以看出，乳化剂A、B以不同比例复合使用对乳化浙青的储存稳定性有 明显的影响，当乳化剂B用量为0. 8g (乳化浙青总量的0. 4%)时，乳化浙青稳定性较差。使 用复合乳化剂AB，当乳化剂A/B(摩尔比)为0. 4/0. 4时，乳化浙青的稳定性为5天，当乳化剂 A/B (摩尔比）为0. 5/0. 3时，乳化浙青的稳定性为6天，当乳化剂A/B (摩尔比）为0. 6/0. 2 时，乳化浙青的稳定性为7天，当乳化剂A/B (摩尔比）为0. 7/0. 1时，稳定性大于7天，随 着乳化剂A比例的不断增加，乳化浙青的稳定性不断提高，但当乳化剂A用量为0. 8g(乳化 浙青总量的〇. 4%)时，乳化浙青的稳定性小于5天，使用复合乳化剂后乳化浙青的稳定性要 比单独使用乳化剂A或B时的稳定性要好。
[0020] 使用复合乳化剂时，体系中存在A、B两种乳化剂，根据经验公式可以得到，乳化剂 B的HLB值约是8. 19,乳化剂A的HLB值约是8. 75,乳化剂B的分子靠近浙青颗粒，乳化剂 A的分子靠近水相，二者交替的吸附在浙青颗粒表面，使得乳化剂分子在浙青颗粒表面的排 列密度增加，增大了界面膜的强度。乳化剂中长链亲油基之间的相互吸附作用，也使膜具有 了一定的机械强度，阻碍了浙青的聚集倾向，提高了乳化浙青的稳定性。
[0021] 在251^条件下，乳化剂N- (2_羟基_3_十八烷基胺基）-丙基二甲基氯化铵（A)与 木质素季铵盐（B)复合乳化剂AB的表面张力Y随表面活性剂浓度C的变化曲线如图2所 /_J、1〇
[0022] 从图2中可以看出，乳化剂A和B的CMC值分别为0? 05mol/L和0? lmol/L，而相 同温度下复配乳化剂的CMC为0. 005mol/L，比乳化剂A的CMC的下降了一个数量级，比乳 化剂B的CMC的下降了两个数量级。乳化剂浓度相同的条件下，复合体系的表面张力均低 于单一的乳化剂体系的表面张力，对于二元体系，按照Rosen等的定义：在降低溶液表面张 力的能力、效率或形成胶束的能力三者中，若混合体系的某一性质比任一组分都强（即满足 Y 12〈 y 1〈 Y 2, C12〈C1〈C2或cmcl2〈cmcl〈cmc2)，则认为混合后有协同效应产生。说明复 配体系降低表面张力和形成胶束的能力均有不同程度的增加，其表面活性提高了很多，使 得复配乳化剂比单一乳化剂具有更高的表面活性，有利于浙青的乳化和乳化浙青的稳定存 在。
【具体实施方式】
[0023] 实施例1 :
[0024] 乳化浙青的制备：
[0025] 根据T0655-1993乳化浙青储存稳准确称取一定量的AB复配浙青乳化剂，溶解在 100mL水中，将乳化剂水溶液加热到70°C，并调节其pH值为1~2。称取浙青100g，加热至 120°C。用热水预热胶体磨，开启胶体磨后首先加入乳化剂的热水溶液，再将热浙青慢慢倒 入胶体磨中，乳化lmin后停机，乳化浙青乳液降至室温后装瓶。
[0026] 乳化浙青储存稳定性实验：
[0027] 根据T0655-1993乳化浙青储存稳定性试验，将上述乳化浙青降至室温后装瓶，静 置观察其储存稳定性。稳定储存时间为5天，储存过程中乳液不分层、无沉淀、颜色没有明 显变化。
[0028] 乳化浙青破乳时间实验：
[0029] 根据T0658-1993乳化浙青破乳速度试验，称取石料200g放入拌和锅中，然后注入 30.0 mL去离子水，拌和均匀后注入50g浙青乳液试样，再继续用金属勺以60r/min的速度拌 和lmin，观察乳化浙青乳液与石料的混合情况并记录破乳时间。
[0030] 乳化浙青蒸发残留物含量实验：
[0031] 根据T0651-1993乳化浙青蒸发残留物含量实验，将试样容器、玻璃棒等洗净、烘 干并称其总质量，记为ml。在试样容器内准确称取搅拌均匀的乳化浙青试样30g，称取容 器、玻璃棒及乳液的总质量，记为m2。将盛有试样的容器连同玻璃棒一起置于电炉上缓缓加 热，边加热边搅拌，其加热温度不应致乳液溢溅，直至确认试样中的水分完全蒸发(通常需 20~30min)。取下试样容器冷却至室温，称取容器、玻璃棒及浙青一起的总质量，记为m3。 [0032] 结果如下所示：
【主权项】
1. 能将常用建筑用浙青的界面张力降至超低，且具有一定稳定性的表面活性剂浙青乳 化剂，这种新型的复配表面活性剂，要求乳化剂含量占0. 4%。
2. 权利要求1所述的AB复配浙青乳化剂，乳化剂A/B(摩尔比)为0. 7/0. 1时，乳化剂 的用量为乳化浙青总量的〇. 4%时，制得的乳化浙青能够稳定储存5d以上。
【专利摘要】本发明用N-[2-羟基-3-十八烷基胺基]丙基三甲基氯化铵（A）分别与木质素季铵盐（B）复合乳化剂AB用量为乳化沥青总量的0.4%时，乳化剂A/B（摩尔比）为0.7/0.1时，乳化沥青具有良好的储存稳定性。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。
【IPC分类】C08L95-00, C04B26-26, C08J3-03
【公开号】CN104693453
【申请号】CN201310646666
【发明人】徐苹, 于冉, 刘兆东
【申请人】青岛惠城石化科技有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月4日