一种多阳离子叔酰胺类中裂型或慢裂型的沥青乳化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多阳离子叔酰胺类中裂型或慢裂型的沥青乳化剂及其制备方法，解决了现有技术中以丙烯酰胺为原料制备沥青乳化剂的不足，N,N‑二甲基丙烯酰胺与丙烯酰胺相比，乳化沥青破乳速度慢，从而可以作为中裂型或慢裂型沥青乳化剂，乳化性能更加突出和优异。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、低碳数叔胺、工业盐酸、环氧氯丙烷的摩尔比为1mol：(5.00‑11.00)mol：(3.00‑3.10) mol：(2.02‑2.10) mol：(2.02‑2.10) mol：(2.02‑2.08) mol。所述醇类溶剂为乙醇、甲醇或异丙醇。所述低碳数叔胺为三甲胺水溶液、三乙胺或三乙醇胺水溶液。

【技术实现步骤摘要】
一种多阳离子叔酰胺类中裂型或慢裂型的沥青乳化剂及其制备方法
本专利技术属于精细化工
，具体涉及一种多阳离子叔酰胺类中裂型或慢裂型的沥青乳化剂及其制备方法。
技术介绍
乳化沥青尤其是阳离子乳化沥青由于具有节能环保,可以改善施工条件,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。较常用的路用阳离子乳化沥青类型包括：(1)快裂快凝型，用于碎石封层、现有路面的修补及沥青贯入式路面；(2)慢裂慢凝型，用作透层油等；(3)慢裂中凝型，用于拌制粗粒式沥青混凝土；(4)慢裂快凝型，用于稀浆封层、下封层及微表处；(5)中裂型，用于粘层油等。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，其中季铵盐类乳化剂应用最广泛。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。美国专利USP4338136以C12-18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。中国专利201310722961.9公开的是一种酸改性淀粉阳离子慢裂慢凝沥青乳化剂的制备方法，为沥青乳液提供慢裂慢凝性能，但是乳化沥青时，乳化剂的使用量较大。上述阳离子类中裂或慢裂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。本申请专利技术人在前期研究中提出一种多阳离子酰胺型沥青乳化剂及其制备方法，其以丙烯酰胺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。但在后续进一步的研究中发现，以丙烯酰胺为原料制备沥青乳化剂仍存在一些需要改进的地方，例如：早期以丙烯酰胺为原料制备的是快裂型沥青乳化剂，而实际上我国乳化沥青稀浆封层技术比较突出的难题是缺少慢裂型沥青乳化剂，其主要表现为品种单一、质量不稳定、破乳成型时间长、价格高等缺点，慢裂或中裂型乳化剂相比于快裂型乳化剂较难制备得到；另外，丙烯酰胺为固体原料，不方便加料以及与其他原料混合均匀和反应；还有，丙烯酰胺参与的反应为吸热反应，因此在沥青乳化剂的制备过程中需要增加引入外源热量，增加了能耗。因此，对于申请专利技术人早期研究的一种多阳离子酰胺型沥青乳化剂及其制备方法存在以上问题，尚缺乏有效的解决方案。
技术实现思路
为克服现有技术中以丙烯酰胺为原料制备沥青乳化剂的不足，本专利技术提供一种多阳离子叔酰胺类中裂型或慢裂型的沥青乳化剂，其分子结构为：其中，R＝甲基(-CH3),乙基(-C2H5),羟乙基(-C2H4OH)。该乳化剂是以N,N-二甲基丙烯酰胺作为沥青乳化剂的反应原料，N,N-二甲基丙烯酰胺为液体原料，方便加料和其他原料混合和反应；而且反应过程为放热反应，降低了反应能耗。本专利技术沥青乳化剂的生产成本低、工艺简单、不需要高温反应。优选的，本专利技术所述的多阳离子叔酰胺类中裂型或慢裂型的沥青乳化剂，是由以下摩尔配比的原料制备得到：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、低碳数叔胺、工业盐酸、环氧氯丙烷的摩尔比为1mol：(5.00-11.00)mol：(3.00-3.10)mol：(2.02-2.10)mol：(2.02-2.10)mol：(2.02-2.08)mol。所述醇类溶剂为乙醇、甲醇或异丙醇。所述低碳数叔胺三甲胺水溶液、三乙胺或三乙醇胺水溶液。为克服现有技术中以丙烯酰胺为原料制备沥青乳化剂的不足，本专利技术提供一种所述多阳离子叔酰胺类中裂型或慢裂型的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)将低碳数叔胺、工业盐酸和环氧氯丙烷混合反应，得到反应中间体II，低碳数叔胺为三甲胺水溶液、三乙胺或三乙醇胺水溶液，中间体II为R为甲基(-CH3)、乙基(-C2H5)或羟乙基(-C2H4OH)；(3)将反应中间体II滴加到反应中间体I中，反应，即得到多阳离子叔酰胺型沥青乳化剂。步骤(1)和(2)的制备顺序能够互换。优选的，本专利技术中，所述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、低碳数叔胺、工业盐酸、环氧氯丙烷的摩尔比为1mol：(5.00-11.00)mol：(3.00-3.10)mol：(2.02-2.10)mol：(2.02-2.10)mol：(2.02-2.08)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专利技术制备得到的多阳离子叔酰胺型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多阳离子叔酰胺型沥青乳化剂。特别是对于N,N-二甲基丙烯酰胺的加入量，其加入的过多或者过少都会影响制备的沥青乳化剂的性能，尤其是沥青乳化剂的分水时间。步骤(1)中，反应温度为60～80℃，优选的为65～75℃，反应时间为2～4h。本申请专利技术人发现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。早期研究的丙烯酰胺的反应过程是吸热反应，需要较多的额外热源使得反应达到最佳反应温度。优选的，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，并根据本专利技术制得的多阳离子叔酰胺类沥青乳化剂的需要，选择上述醇类溶剂制得的沥青乳化剂的效果较好。步骤(2)中，反应的温度为47-55℃，反应的时间为2-3h。经过进一步的研究发现，该步骤的反应温度条件对于反应中间体II的制备十分关键，反应的温度过高，则会导致反应中间体II的环氧键打开，使其无法与反应中间体I进一步反应生成多阳离子叔酰胺型沥青乳化剂，从而降低了目标产物的产率；若反应的温度过低，则会使反应溶液分层，进而影响了反应进程。为提高最终产品的收率，本专利技术对这一温度条件进行了优化，反应温度为47-55℃时，反应中间体II的制备效果最优。步骤(3)中，反应的温度为60-80℃，优选为65-75℃，反应的时间为2-4h。上述多阳离子叔酰胺类中裂型或慢裂型的沥青乳化剂，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，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多阳离子叔酰胺类中裂型或慢裂型的沥青乳化剂，其特征是，其分子结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种多阳离子叔酰胺类中裂型或慢裂型的沥青乳化剂，其特征是，其分子结构式为：其中，R＝甲基(-CH3),乙基(-C2H5),羟乙基(-C2H4OH)。2.权利要求1所述的多阳离子叔酰胺类中裂型或慢裂型的沥青乳化剂的制备方法，其特征是，包括如下步骤：(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)将低碳数叔胺、工业盐酸和环氧氯丙烷混合反应，得到反应中间体II，低碳数叔胺为三甲胺水溶液、三乙胺或三乙醇胺水溶液，中间体II为R为甲基(-CH3)、乙基(-C2H5)或羟乙基(-C2H4OH)；(3)将反应中间体II滴加到反应中间体I中，反应，即得到多阳离子叔酰胺类中裂型或慢裂型的沥青乳化剂；以上步骤不影响制备，能够互换顺序。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征是：所述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、低碳数叔胺、工业盐酸、环氧氯丙烷的摩尔比为1mol：(5.00-11.00)mol：(3.00-3.10)mol：(2.02-2.10)m...

【专利技术属性】
技术研发人员：施来顺，马存飞，陈孟，于小梦，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37