一种双阳离子酰胺型沥青乳化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种双阳离子酰胺型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】
[0002] 乳化沥青是沥青和水在乳化剂的作用下，形成水包油的液态沥青乳液。乳化沥青 主要分为阳离子乳化沥青、阴离子乳化沥青和非离子乳化沥青。其中，阳离子乳化沥青由于 具有节能环保，可以改善施工条件，与石料粘附力强，并能有效减少沥青过度老化等许多优 良的应用特点，而被广泛的应用于道路建设和路面维护中。
[0003]影响乳化沥青路用性能的最关键因素就是沥青乳化剂，目前国内外阳离子型沥青 乳化剂主要品种有有机胺类、季铵盐类、咪唑啉类、酰胺类等，随着阳离子乳化沥青的应用， 沥青乳化剂的品种也逐渐丰富。
[0004] 美国专利USP4338136以(：12-18长碳链脂肪酸与二乙烯三胺在一定条件下反应制备 沥青乳化剂。该方法的缺点是制备的沥青乳化剂价格昂贵，用于稀浆封层施工时，破乳时间 长，成型时间慢，开放交通时间长。中国专利CN1096714利用炼油厂副产环烷酸与烯基多胺 反应，制备沥青乳化剂。该方法的缺点是乳化剂的原料供应受到很大制约，不利于推广应 用。中国专利CN1861721A涉及一种松香阳离子沥青乳化剂。该乳化剂是由松香和烯基多胺 反应，得到松香中间体，然后，与不同类型的季铵盐中间体缩合，制得性能优良的松香阳离 子沥青乳化剂。这一方法的缺点是反应步骤繁琐，需要高温反应。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。中国专利 CN101745340A涉及一种阳离子沥青乳化剂制备方法，主剂由混合有机酸和有机胺反应得到 中间体，再进行季铵化反应制得，辅剂为非离子表面活性剂和改性助剂。该方法的缺点是制 备步骤繁琐，成本较高，需要高温反应。美国专利USP5019168、USP4990591公开了利用十二 烷基酚同氨乙基哌嗪反应合成一系列沥青乳化剂，但专利中所述的反应原料不易得到，开 发这类沥青乳化剂的成本较高。
[0005]上述阳离子型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，开发性能优 良、成本低廉的新型沥青乳化剂具有十分重要的实际应用价值。
【发明内容】
[0006]针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种双阳离子酰胺型沥青乳化剂及其制 备方法。该制备方法所需原料来源广泛，生产成本低，制备工艺简单，无需高温反应。制备得 到的双阳离子酰胺型沥青乳化剂性能优良，可乳化多种不同型号的沥青，制备的乳化沥青 细腻均勾，储存稳定性好。
[0007]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0008]-种双阳离子酰胺型沥青乳化剂，其分子结构为：
[0010] 其中，R=甲基(-CH3)，乙基(_C2H5)或乙醇基(_C2H4〇H)。
[0011] 本发明还提供一种双阳离子酰胺型沥青乳化剂的制备方法，步骤为:将十八胺、醇 类溶剂和丙烯酰胺混合反应，构成反应体系I;将低碳数叔胺、工业盐酸和环氧氯丙烷混合 反应，构成反应体系II，在30-70°C反应，得到反应中间体，将反应中间体加入到反应体系I 的合成产物中，60-80°C反应2-4h，即得到双阳离子酰胺型沥青乳化剂。
[0012] 上述十八胺、醇类溶剂、丙烯酰胺、低碳数叔胺、工业盐酸、环氧氯丙烷的摩尔比为 1:(4.00-9.00):(2.00-2.10):(1.02-1.10):(1.02-1.10):(1.02-1.08)。
[0013]所述的醇类溶剂为乙醇、甲醇或异丙醇。
[0014]所述的低碳数叔胺为三甲胺水溶液、三乙胺或三乙醇胺。
[0015] 上述双阳离子酰胺型沥青乳化剂的制备方法，具体包括如下步骤：
[0016] (1)将十八胺加入到反应容器中，加入醇类溶剂，加热搅拌溶解，再加入丙烯酰胺， 在60_80°C搅拌反应2_4h;
[0017] (2)在另一反应器中加入低碳数叔胺，逐渐加入工业盐酸，再逐渐加入环氧氯丙 烷，30_70°C搅拌反应2h，得到反应中间体;将制备的反应中间体滴加到上述步骤（1)合成产 物中，60-80°C搅拌反应2-4h，即得到双阳离子酰胺型沥青乳化剂。
[0018] 优选的，步骤(1)中，反应温度为65-75°C;
[0019] 优选的，步骤(2)中，将制备的反应中间体滴加到步骤（1)合成产物中，在65_75°C 进行搅拌反应。
[0020] 本发明通过对反应原料的合理选择，制备得到了一种全新结构的双阳离子酰胺型 沥青乳化剂。其中，本发明首次以丙烯酰胺作为沥青乳化剂的反应原料，在沥青乳化剂的分 子结构中通过加入丙烯酰胺对称引入了双酰胺基，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，选择以十八胺和低碳数叔胺作为反应的原料，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。
[0021] 上述双阳离子酰胺型沥青乳化剂在制备快裂型阳离子乳化沥青中的应用也是本 发明的保护范围，应用方法为将双阳离子酰胺型沥青乳化剂配制成质量浓度为1.0-3.0% 的水溶液，用盐酸调节pH值至2-3，加热至65°C，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。
[0022]本发明的有益效果：
[0023] (1)本发明的双阳离子酰胺型沥青乳化剂的原料十八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。
[0024] (2)本发明的双阳离子酰胺型沥青乳化剂的制备方法工艺简单、不需要高温反应。
[0025] (3)本发明制备的双阳离子酰胺型沥青乳化剂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，适用于公路透层油或粘层油的洒布，以及用于碎石封 层、石肩封层、雾封层及修复路面轻微网裂等，具有快裂沥青乳化剂的特性。制得的乳化沥 青各项性能均能满足中国交通部制订的阳离子乳化沥青标准(JTJ052-2000)。
[0026] (4)本发明的原料中通过加入丙烯酰胺、低碳数叔胺和环氧氯丙烷，使得制备的沥 青乳化剂分子具有双阳离子酰胺型化学结构，增强了沥青乳化剂分子的电荷强度，提高了 沥青乳化剂分子的亲水性。这样不仅提高了沥青乳化剂的乳化性能，而且改善了乳化沥青 的使用性能。
[0027] 由于本发明的双阳离子酰胺型沥青乳化剂的电离作用比较强，在增加了沥青乳化 剂的亲水性的同时，还可以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、保持沥青乳液的均相稳定体系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，从而使得本发明的乳化 剂乳化沥青后其体系更加稳定。
【具体实施方式】
[0028]下面通过具体实例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为 了解释本发明，并不对其内容进行限定。
[0029]本发明实施例中所用到的原料、试剂均为常规的化学产品，均能通过商业渠道购 买得到。
[0030] 实施例1:
[0031] (1)双阳离子酰胺型沥青乳化剂的制备：
[0032] 1)在反应器中加入269.5g十八胺，260g异丙醇，加热搅拌溶解。然后滴加145.7g丙 烯酰胺，70°C搅拌反应3h。
[0033]将上述合成产物经重结晶分离提纯后进行FTIR检测，结果如下：3371(^^1和 3205CHT1处为N-H伸缩振动吸收峰，2916CHT1和2850(^1分别为亚甲基非对称和对称伸缩振 动吸收峰，1666CHT1为酰胺基C= 0伸缩振动吸收峰，1471CHT1为亚甲基的非对称弯曲振动， 1417CHT1为甲基的非称弯曲振动，1263CHT1和1128CHT1为C-N伸缩振动吸收峰，717CHT1为亚甲 基面内摇摆振动，669CHT1为酰胺N-H面外变形振动。
[0034] 2)在反应器中加入193.lg33% (质量分数)三甲胺水溶液，逐渐加入131.2g30% (质量分数)工业盐酸，再逐渐加入97.lg环氧氯丙烷，45°C搅拌反应2h，得到反应中间体A。 将制备的反应中间体A滴加到上述步骤1)合成产物中，70°C搅拌反应2h。得到双阳离子酰胺 型沥青乳化剂，留作乳化沥青试验。
[0035]将制备的双阳离子酰胺型沥青乳化剂经重结晶分离提纯后进行FTIR检测，结果如 下：3440cnf1处为0-H的伸缩振动吸收峰，3363CHT1和3197cnf1处为N-H伸缩振动吸收峰， 2918CHT1和28500^1分别为亚甲基非对称和对称伸缩振动吸收峰，1672CHT1为酰胺基C=