一种微表处用慢裂快凝型沥青乳化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于石油化工领域，涉及一种微表处用慢裂快凝型沥青乳化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]微表处是采用专用机械设备将聚合物改性乳化沥青、粗细集料、填料、水和添加剂等按照设计配比拌和成稀浆混合料摊铺到原路面上，并很快开放交通的具有高抗滑和耐久性能的薄层结构。微表处技术作为乳化沥青技术的一个重要分支，在国外既用于沥青路面，也用于水泥混凝土路面的罩面，在我国大多用于沥青路面和水泥混凝土桥面、隧道道面等，被认为是修复道路车辙及其他多种路面病害的最有效、最经济的手段之一。
[0003]微表处用乳化沥青要求为慢裂快凝型，既要求与集料有足够的可拌和时间，还要在摊铺后能迅速破乳成型，快速开放交通，这些性能要求主要依赖于沥青乳化剂来实现。微表处对沥青乳化剂提出了很高的技术要求，其性能优劣将直接影响施工质量和进度。微表处用乳化沥青所用的乳化剂要求为阳离子乳化剂，实践证明，由阳离子型沥青乳化剂制备的乳化沥青与石料表面吸附力强，抗剥落性能好，成型速度快，早期强度高，但是由于其亲水基团具有较强的极性，因此破乳速度快，导致可拌和时间短，而微表处混合料为冷拌冷铺型混合料，施工过程中呈稀浆状态，考虑到施工和易性及快速开放交通的要求，因此必须控制乳化沥青与集料的可拌和时间。
[0004]目前微表处用沥青乳化剂普遍存在慢裂快凝效果不好，对不同沥青及集料适应性差，破乳速率难以控制，乳化剂制备过程繁冗，配方复杂，需添加多种助剂，导致其原料来源受限制及环境友好性不佳等缺点。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种微表处用慢裂快凝型沥青乳化剂及其制备方法。
[0006]本发明提供的制备沥青乳化剂的方法，包括如下步骤:
[0007]I)将有机酸、有机多胺和溶剂混匀进行酰胺化反应后，在真空条件下进行环化反应，反应完毕脱除体系中的溶剂和水，得到中间体；
[0008]2)待步骤I)所得反应体系降温后，将接枝改性剂的乙醇溶液与步骤I)所得中间体进行加成反应，反应完毕得到所述沥青乳化剂。
[0009]上述方法的步骤I)中，所述有机酸选自癸酸、月桂酸、十四酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、环烷酸、妥尔油脂肪酸和松香酸中的至少一种；
[0010]所述有机多胺选自乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺中的至少一种；
[0011]所述溶剂选自甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、混合二甲苯和沸程为90-120°C石油醚中至少一种；其中，所述混合二甲苯为对二甲苯、邻二甲苯，间二甲苯及乙苯的混合物；
[0012]有机酸与有机多胺的投料摩尔比为1:1?2，具体可为1:1.1、1:1.2,1:1.3,1:
1.4、1:1.5、1:1.6、1:1.7、1:1.8 或 1:1.9 ;
[0013]所述溶剂的用量为所述有机酸和有机多胺的总重量的20% -50%，具体可为25-40%，更具体可为 20%、30%、40%或 50% ；
[0014]所述真空条件中，真空度为0.080-0.098MPa，具体为0.092MPa。
[0015]所述步骤I)中，所述酰胺化反应步骤中，温度为140-180°C，具体可为150_165°C，更具体可为160°C、170°C ;时间为2小时-4小时，具体可为2.5-3.5小时，更具体可为2.0小时、3小时；
[0016]所述环化反应步骤中，温度为220-260°C，具体可为230_250°C，更具体可为240°C ；时间为2小时-6小时，时间为3-4.5小时，更具体可为4小时、5小时。
[0017]所述步骤2)中，所述接枝改性剂选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羟乙酯、、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯和丙烯酸羟丁酯的至少一种。
[0018]所述接枝改性剂与所述中间体的投料摩尔比为1:1-1.5，具体可为1: 1.1、1: 1.2、1:1.3,1:1.4 ；
[0019]所述接枝改性剂的乙醇溶液中，接枝改性剂的质量百分浓度为70-90 %，具体可为75-85%，更具体可为80% ；
[0020]所述步骤2)降温步骤中，降温后的终温为70-90°C，具体可为75-85°C ;
[0021]所述加成反应步骤中，温度为80-110°C，具体可为90-105°C，更具体可为100°C，时间为I小时-3小时，具体可为1.5-2.5小时，更具体可为2小时。
[0022]另外，按照上述方法制备得到的沥青乳化剂及该沥青乳化剂在沥青乳化中的应用，也属于本发明的保护范围。其中，所述沥青乳化为在微表处进行的沥青乳化。
[0023]本发明的创新点在于乳化剂结构的设计，是以间二氮杂环戊烯结构为基体，通过对其改性，增加亲水基端空间位阻，调节亲水基团与集料表面的吸附作用，达到控制乳化沥青与集料的可拌和时间的目的。改性后的乳化剂，在不影响乳化性能的前提下其慢裂性能得到明显改善，以此制备的乳化沥青具有良好的慢裂快凝效果，达到微表处快速开放交通的要求。
[0024]本发明提供的沥青乳化剂，其制备原料来源广泛，制备方法简单，反应条件温和，环境友好，易于工业化生产。该沥青乳化剂对不同沥青具有良好的乳化能力，制备的乳化沥青贮存稳定性好，微粒均匀细腻，与集料适应性好，慢裂快凝效果明显，可用于制备微表处用乳化沥青。
【具体实施方式】
[0025]下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
[0026]实施例1、
[0027]将摩尔比为1:1.4的月桂酸与乙二胺加入到三口烧瓶，并加入占反应原料总重量为40wt %的邻二甲苯，搅拌升温至160°C，恒定温度进行酰胺化反应2.0小时，然后在真空条件下(真空度0.092MPa)升高反应体系温度至240°C，继续进行环化反应4.0小时，脱除溶剂和生成的水，得到中间体，待温度降至90°C后，将与中间体摩尔比为1:1.3的丙烯酸甲酯化合物配制为90wt%的乙醇溶液，并缓慢滴加至中间体中，滴加完毕后在100°C条件下搅拌进行加成反应3.0小时，即得到沥青乳化剂产品。
[0028]将上述制备的微表处用沥青乳化剂按乳化沥青总质量的1.8?1:%配制成水溶液，加入SBR胶乳(固含量占沥青质量的5.0wt % )，用酸将其调节pH值为5.0，加热至60°C，通过胶体磨与加热至130°C的中海油绥中36-1AH-70基质沥青充分剪切混合制备出沥青含量为63wt%的乳化沥青。
[0029]按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)，对上述所制备的乳化沥青进行性能测试:乳化沥青为阳离子型，体积平均粒度为3.0 μπι，I天和5天的贮存稳定性分别为0.6%和3.0%，筛上剩余量为0.01%，蒸发残留物含量为63.0wt%，与MS-3型玄武岩集料拌和为慢裂型，可拌和时间为大于170s，初凝时间32min。
[0030]对比实施例1
[0031]将实施例1中未对其结构中的胺基进行接枝改性而制备的中间体作为沥青乳化剂，用于制备乳化沥青，制备乳化沥青的条件同实施例1。多所制备的乳化沥青进行性能测试:乳化沥青为阳离子型，体积平均粒度为3.6 μπι，I天和5天的贮存稳定性分别为0.7%和4.8%，筛上剩余量为0.05%，蒸发残留物含量为64.0被％，与MS-3型玄武岩集料拌和，可拌和时间为105s，初凝时间35min。
[0032]实施例2
[0033]将摩尔比为1:1的癸酸与乙二胺加入三口烧瓶中，并加入占反应原料总重量为20wt %的甲苯，搅拌升温至140°C，恒定温度进行酰胺化反应4.0小时，然后在真空条件下(真空度0.092MPa)升高反应体系温度至220°C，继续进行环化反应6.0小时，脱除溶剂和生成的水，得到中间体，待温度降至70°C后，将与中间体摩尔比为1:1.0的丙烯酸甲酯化合物配制为70wt%的乙醇溶液，并缓慢滴加至中间体中，滴加完毕后在80°C条件下搅拌进行加成反应1.0小时，即得到沥青乳化剂产品。
[0034]将上述制备的微表处用沥青乳化剂按乳化沥青总质量的3.0wt%配制成水溶液，加入SBR胶乳(固含量占沥青质量的3.0wt % )，用盐酸将其调节pH值为2.0，加热至55°C，通过胶体磨与加热至120°C的中海油绥中36-1AH-90基质沥青充分剪切混合制备出沥青含量为60wt%的乳化沥青。
[0035]对上述所制备的乳化沥青进行性能测试:乳化沥青为阳离子型，体积平均粒度为2.1 μ m，I天和5天的贮存稳定性分别为0.4%和2.3%，筛上剩余量为0.01 %，蒸发残留物含量为62.4wt%，与MS-3型玄武岩集料拌和为慢裂型，可拌和时间为大于180s，初凝时间25min0
[0036]对比实施例2
[0037]将实施例2中未对其结构中的胺基进行接枝改性而制备的中间体作为沥青乳化剂，用于制备乳化沥青，制备乳化沥青的条件同实施例2。对所制备的乳化沥青进行性能测试:乳化沥青为阳离子型