一种改性聚乙烯醇阳离子慢裂型沥青乳化剂的制备方法技术

本发明专利技术为一种改性聚乙烯醇阳离子慢裂型沥青乳化剂的制备方法。该方法包括以下步骤：将聚乙烯醇加入到蒸馏水中溶胀0.5~1h，加入氢氧化钠溶液后，升温至70~85℃，碱化0.5~1h，加入长链季铵盐中间体，反应4~5h；反应完后，45℃减压蒸馏处理并进行真空干燥，得到改性聚乙烯醇阳离子慢裂型沥青乳化剂。本发明专利技术中制备乳化剂所需的原材料绿色环保、价格低廉、有机溶剂用量少、制备工艺简单、乳化剂的乳化能力强。

Preparation of a Modified Polyvinyl Alcohol Cationic Slow Cracking Asphalt Emulsifier

【技术实现步骤摘要】
一种改性聚乙烯醇阳离子慢裂型沥青乳化剂的制备方法
本专利技术涉及一种改性聚乙烯醇阳离子慢裂型沥青乳化剂的制备方法，属于精细化工

技术介绍
随着公路基建事业的发展，作为公路基建不可替代材料的沥青行业也取得了长足的进步。随着沥青应用水平的不断提高，传统热沥青的不足也开始显现：沥青凝结速度太快，使用时需要反复加热，在使用过程中造成了很大的能源浪费和环境污染，加之修筑道路的二次施工和返修，造成了资源的严重匮乏。调查研究发现，沥青乳化剂的研究与应用是解决上述问题的有效途径。与传统热沥青相比，乳化沥青具有节省能源、提高工效、延长施工季节、改善施工条件、减少环境污染、提高沥青路面使用寿命等优点。沥青乳化剂按其离子类型可分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性型，其中阳离子型沥青乳化剂由于自身带有的正电荷可以与石料所带的负电荷很好的结合，在实际应用过程中，与石料结合后黏附性和稳定性均得到了增强。目前国内阳离子型沥青乳化剂种类较少，大多数以快裂型和中裂型为主，难以满足稀浆封层的要求，同时现有的阳离子慢裂型沥青乳化剂用量较大，原材料价格偏高，因此开发一种价格低廉高效的阳离子慢裂型沥青乳化剂具有十分重要的工业意义。现用的阳离子沥青乳化剂多为小分子类沥青乳化剂，如郭彦强.脂肪酰胺阳离子沥青乳化剂的合成及性能[J].公路,2014,11.以棉籽油、马来酸、多乙烯多胺为原料，制备了一种脂肪酰胺阳离子沥青乳化剂，该乳化剂具有很好的乳化能力，制备的沥青乳液具有较强的稳定性；谢益诚.含哌啶环的阳离子双子表面活性剂的合成及性能研究[J].日用化学工业,2017,47(4):181-185.以苯胺、环氧氯丙烷、哌啶、1-溴癸烷为原料合成了含有哌啶环的阳离子双子型表面活性剂，乳化沥青测试表明该乳化剂是阳离子慢裂型沥青乳化剂，具有较好的稳定性；刘佳佳.一种阳离子Gemini型沥青乳化剂的合成及性能[J].应用化学,2018,35(5):552-558.以苯胺、环氧氯丙烷、十四烷基二甲基叔胺为原料，制备了一种含有苯环的阳离子Gemini型沥青乳化剂3,3’-苯基亚氨基-(二(2-羟基丙基-十四烷基二甲基)氯化铵)，乳化测试表明该乳化剂属于阳离子慢裂型沥青乳化剂；中国专利CNIO851704OA以对羟基苯甲醛、纤维素、三乙胺、3-氨基-1-丙醇、氯乙酸钠等为原料合成了一种纤维素类季铵盐阳离子型沥青乳化剂，该乳化剂制备的乳化沥青细腻均匀，稳定性好。但上述报道中的几种乳化剂均存在其表面张力在常温下较高、制备过程中溶剂以有机溶剂为主、所用原材料价格偏高、乳化剂用量较大的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前乳化剂的不足，提供了一种改性聚乙烯醇阳离子慢裂型沥青乳化剂的制备过程。该方法以聚乙烯醇为原材料，水为溶剂，通过接枝长链季铵盐中间体，合成了一种新型的阳离子慢裂型大分子沥青乳化剂。本专利技术中制备乳化剂所需的原材料绿色环保、价格低廉、有机溶剂用量少、制备工艺简单、乳化剂的乳化能力强。本专利技术技术方案为：一种改性聚乙烯醇阳离子慢裂型沥青乳化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将长链叔胺溶于有机溶剂中，待体系温度升至50～70℃，0.5～1h内滴加环氧氯丙烷，50～70℃条件下反应4～5h；冷却至室温后，45℃减压蒸馏处理后进行真空干燥处理，得到长链季铵盐中间体；其中，物料的摩尔配比为：长链叔胺：环氧氯丙烷＝1.0：1.1～1.2；每20～40mL的有机溶剂中加入0.10～0.15mol的长链叔胺。(2)将聚乙烯醇加入到蒸馏水中溶胀0.5～1h，再加入氢氧化钠溶液后，升温至70～85℃，碱化0.5～1h，加入长链季铵盐中间体，反应4～5h；反应完后，45℃减压蒸馏处理后进行真空干燥，得到改性聚乙烯醇阳离子慢裂型沥青乳化剂；其中，物料的摩尔配比为：聚乙烯醇：长链季铵盐中间体＝1.0：1.0～1.5；每30～50mL蒸馏水中加入2.2～3.3g的聚乙烯醇和5～10mL的氢氧化钠溶液；所述步骤(1)中长链叔胺为十二烷基二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺或十八烷基二甲基叔胺；所述步骤(1)中的有机溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇；所述步骤(2)中的聚乙烯醇的规格按其聚合度可分为超高聚合度(分子量25～30万)、高聚合度(分子量17～22万)、中聚合度(分子量12～15万)或低聚合度(2.5～3.5万)；所述步骤(2)中的NaOH的质量浓度为5～10％；所述的改性聚乙烯醇阳离子慢裂型沥青乳化剂的应用，包括以下步骤：将所述的乳化剂加入到蒸馏水中溶解后配制成皂液，用盐酸将皂液的pH值调节至1～3，并加热至70～80℃；另将沥青温度加热至150～165℃；将皂液加入到胶体磨中再加入加热后的沥青，胶体磨的转速为2500～3500r/min，乳化时间1～2min，得到乳化沥青；其中，乳化沥青中原料的质量百分比为：乳化剂0.5～1.0％，水为34.0～44.5％，沥青为60.0～65.0％。所述的沥青为70#或90#沥青；所述盐酸的质量浓度为5～10％。本专利技术的实质性特点在于：当前技术中沥青乳化剂选用的原材料大部分是小分子材料，而本专利技术中采用的聚乙烯醇为大分子材料；与类似大分子的原材料壳聚糖和纤维素相比，本专利中聚乙烯醇的价格更为低廉(原料成本大概为其十几分之一)，水溶性也增强，乳化剂用量少时也可以达到满意的乳化效果。乳化剂制备过程中的不同之处：一般大分子型乳化剂合成过程中，选用的溶剂通常为有机溶剂，聚乙烯醇是水溶性高分子，所以本乳化剂合成过程中选用水作为溶剂。同时聚乙烯醇与水溶液之间的比例关系是一个比较重要的参数，这是由于聚乙烯醇溶解的过程为：亲和润湿—溶胀—无限溶胀—溶解，水量较少时不易于聚乙烯醇的溶解；同时如果水量过多，会减少聚乙烯醇的增稠作用，由其所制备的乳化剂的乳化效果会降低。本专利技术具有以下积极有益的效果：(1)制备乳化剂所需的原材料价格低廉，反应条件温和，制备过程简单易操作；(2)聚乙烯醇分子中含有大量的羟基，可以直接用水作溶剂，满足绿色化学的要求；(3)乳化剂表面活性优良。一般小分子类沥青乳化剂的水溶液常温下的表面张力在25.0～45.0mN/m之间，本专利技术中改性聚乙烯醇阳离子慢裂型沥青乳化剂的水溶液常温下的表面张力在17.0～20.0mN/m之间，乳化剂用量占沥青质量的0.83％时便可达到较好的稳定性，沥青乳液可以稳定储存7天以上。本专利技术的乳化剂可对70#或90#沥青进行乳化，破乳速度实验显示该乳化剂为慢裂型。具体实施方式为了使本领域技术人员更好理解本专利技术的技术方案并予以实施，下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但所举实施例不作为本专利技术的限定。以下实施例使用的聚乙烯醇具体规格为中聚合度(分子量12～15万)。实施例1乳化剂的制备：将32.01g(0.15mol)十二烷基二甲基叔胺溶于20ml无水乙醇中，升温至60℃，0.5h加入15.73g(0.17mol)环氧氯丙烷，60℃条件下反应4h，冷却至室温后，45℃减压蒸馏处理后进行真空干燥处理，得到长链季铵盐中间体；将2.20g(0.15mol)聚乙烯醇溶解于50ml蒸馏水中溶胀0.5h，加入10ml的NaOH溶液(质量浓度为5％)，升温至70℃，碱化1h，此时聚乙烯醇完全溶解，加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性聚乙烯醇阳离子慢裂型沥青乳化剂的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：（1）将长链叔胺溶于有机溶剂中，待体系温度升至50~70℃，加入环氧氯丙烷，50~70℃条件下反应4~5h；冷却至室温后，45℃减压蒸馏处理并进行真空干燥，得到长链季铵盐中间体；其中，物料的摩尔配比为：长链叔胺：环氧氯丙烷=1.0：1.1~1.2；每20~40mL的有机溶剂中加入0.10~0.15mol的长链叔胺；（2）将聚乙烯醇加入到蒸馏水中溶胀0.5~1h，再加入氢氧化钠溶液，升温至70~85℃，碱化0.5~1h，加入长链季铵盐中间体，反应4~5h；反应完后，45℃减压蒸馏处理后进行真空干燥，得到改性聚乙烯醇阳离子慢裂型沥青乳化剂；其中，物料的摩尔配比为：聚乙烯醇：长链季铵盐中间体=1.0：1.0~1.5；每30~50mL蒸馏水中加入2.2~3.3g的聚乙烯醇和5~10mL的氢氧化钠溶液。

【技术特征摘要】
1.一种改性聚乙烯醇阳离子慢裂型沥青乳化剂的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：（1）将长链叔胺溶于有机溶剂中，待体系温度升至50~70℃，加入环氧氯丙烷，50~70℃条件下反应4~5h；冷却至室温后，45℃减压蒸馏处理并进行真空干燥，得到长链季铵盐中间体；其中，物料的摩尔配比为：长链叔胺：环氧氯丙烷=1.0：1.1~1.2；每20~40mL的有机溶剂中加入0.10~0.15mol的长链叔胺；（2）将聚乙烯醇加入到蒸馏水中溶胀0.5~1h，再加入氢氧化钠溶液，升温至70~85℃，碱化0.5~1h，加入长链季铵盐中间体，反应4~5h；反应完后，45℃减压蒸馏处理后进行真空干燥，得到改性聚乙烯醇阳离子慢裂型沥青乳化剂；其中，物料的摩尔配比为：聚乙烯醇：长链季铵盐中间体=1.0：1.0~1.5；每30~50mL蒸馏水中加入2.2~3.3g的聚乙烯醇和5~10mL的氢氧化钠溶液。2.如权利要求1所述的改性聚乙烯醇阳离子慢裂型沥青乳化剂的制备方法，其特征为所述步骤（1）中长链叔胺为十二烷基二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺或十八烷基二甲基叔胺。3.如权利要求1所述的改性聚乙烯醇阳离子慢裂型沥青乳化剂的制备方法，其特征为所述步骤（1）中的有机溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王月欣，王晓曦，张倩，高孟瑶，张子旭，侯闰翰，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12