一种慢裂型改性沥青乳化剂及其制备方法与应用

摘要

本发明提供的式（1）所示的慢裂型改性沥青乳化剂，其中R1为C14-C18的烷基、油基或松香基；n为3-6。本发明还提供了一种上述慢裂型改性沥青乳化剂的制备方法。该慢裂型改性沥青乳化剂其分子带有一个阳离子中心粒径较小、乳化性能较好、储存稳定性高，可以有效地提高改性乳化沥青的稳定性和渗透性。

权利要求

1.式(1)所示的慢裂型改性沥青乳化剂：

其中，R1为C14-C18的烷基、油基或松香基；n为3-6。

2.一种权利要求1所述的慢裂型改性沥青乳化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：长链脂肪基叔胺和氯代脂肪胺在60℃～90℃下反应2～4h即得。

3.根据权利要求2所述的慢裂型改性沥青乳化剂的制备方法，其特征在于：长链脂肪基叔胺和氯代脂肪胺的摩尔比为2:1～1:1。

4.根据权利要求2所述的慢裂型改性沥青乳化剂的制备方法，其特征在于：反应溶剂选自二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、二氧六环、乙腈、正辛烷、乙醇、甲苯、甲醇、四氢呋喃、乙酸乙酯、正己烷、环己烷、氯仿、二氯甲烷、吡啶、异丙醇中的一种或几种。

5.根据权利要求2所述的慢裂型改性沥青乳化剂的制备方法，其特征在于：所述长链脂肪基叔胺的结构式如式(2)所示：其中，R1为C14-C18的烷基、油基或松香基。

6.根据权利要求2所述的慢裂型改性沥青乳化剂的制备方法，其特征在于：氯代脂肪胺的结构式如式(3)所示：Cl(CH2)nNH2   (3)；

其中，n为3-6。

说明书

一种慢裂型改性沥青乳化剂及其制备方法与应用

技术领域

[0001] 本发明属于化工领域，特别涉及一种慢裂型改性沥青乳化剂，还涉及该乳化剂的制备方法与应用。

背景技术

[0002] 沥青乳化剂是一种表面活性剂的一种类型。其化学结构由亲油基和亲水基组成。它能吸附在沥青颗粒和水界面，显著降低沥青与水界面的自由能，使其构成均匀而稳定的乳浊液的一种表面活性剂。

[0003] 近20年，阳离子乳化沥青发展速度很快。这种沥青乳液带有正电荷，当与骨料接触时，由于异性相吸，使沥青微粒吸附在骨料表面上。日本使用沥青乳化剂是在1925年东京大地震恢复时期使用沥青乳化剂。1930年开始有商品市场，战后有得到迅速恢复与发展。法国于1951年开始研制阳离子乳化剂。1957年美国把阳离子乳化剂应用在道路施工上，且于1959年开始商业化。苏联1972年试制阳离子乳化剂烷基三甲基氯化铵，利用它作为沥青乳化剂。我国阳离子沥青乳化剂的研制和应用起步较晚，1977年研制成功，1978年由交通部组织完成了“阳离子乳化沥青及其路用性能研究”课题协作组。1981年列为交通部重点科研项目，1983年列为国家计委与经委的节能应用项目。1985年决定在“七五”期间全国范围推广应用。1987年在杭州召开的阳离子乳化沥青推广会，并提出1990年我国有1/3路面使用阳离子沥青乳化剂。由于原料短缺，阳离子沥青乳化剂产量远远满足不了实际应用的需要，今后要在国内阳离子沥青乳化剂的新品种和制备工艺上加强开发和推广应用，提高我国筑路技术水平，促进国民经济的发展。

[0004] 专利CN102924299公开了一种慢裂慢凝型沥青乳化剂的制备方法，该方法通过三步较复杂的反应制得一种新型慢裂慢凝型沥青乳化剂；然而该方法一方面制备工艺复杂，产率较低，另一方面制得的乳化剂性能乳化效果一般，且不适用于改性沥青，更重要的是，使用该沥青乳化剂时，需要较高的掺量，约为0.8%以上，甚至不能乳化。

发明内容

[0005] 发明目的：本发明的目的在于提供一种慢裂型改性沥青乳化剂。

[0006] 技术方案：本发明提供的式（1）所示的慢裂型改性沥青乳化剂：

[0007]

[0008] 其中，R1为C14-C18的烷基、油基或松香基；n为3-6。

[0009] 本发明还提供了一种上述慢裂型改性沥青乳化剂的制备方法，包括以下步骤：长链脂肪基叔胺和氯代脂肪胺在60℃～90℃下反应2～4h即得。

[0010] 反应式如下：

[0011]

[0012] 作为优选，长链脂肪基叔胺和氯代脂肪胺的摩尔比为2:1～1:1。

[0013] 作为另一种优选，反应溶剂选自二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、二氧六环、乙腈、正辛烷、乙醇、甲苯、甲醇、四氢呋喃、乙酸乙酯、正己烷、环己烷、氯仿、二氯甲烷、吡啶、异丙醇中的一种或几种。

[0014] 其中，所述长链脂肪基叔胺的结构式如式（2）所示：

[0015]

[0016] R1为C14-C18的烷基、油基或松香基。

[0017] 其中，所述氯代脂肪胺的结构式如式（3）所示：

[0018] Cl（CH2）nNH2      （3）；

[0019] n为3-6。

[0020] 有益效果：本发明提供的慢裂型改性沥青乳化剂其分子带有一个阳离子中心粒径较小、乳化性能较好、储存稳定性高，可以有效地提高改性乳化沥青的稳定性和渗透性。

[0021] 该慢裂型改性沥青乳化剂的制备方法工艺简单、操作简便、反应条件温和、产率较高、环境友好，易于实现工业化。

[0022] 本发明制得的慢裂型改性沥青乳化剂结构新颖，乳化效果好。

[0023] 本发明制得的慢裂型改性沥青乳化剂适用范围广，特别适用于改性沥青，同时使用在改性沥青乳化时，仅需0.4%的掺量即可，大大降低了成本。

具体实施方式

[0024] 为对本发明进行更好的说明，以下实施例中，产物均经柱分离后计算产率。

[0025] 柱产物的条件为：

[0026] 采用中等型号的硅胶色谱柱，填充剂为200-400目的硅胶20～25厘米，流动相为乙醇/石油醚=9/3～6/1（流动相根据中间产物的极性而定）。Rf=0.2～0.4。

[0027] 慢裂型改性乳化沥青的性能检测的方法和标准参照《公路沥青路面施工技术规范》（中华人民共和国行业标准，JTG F40-2004）。

[0028] 本发明所用原料来源：

[0029] 十四烷基二甲基叔胺：上海金山经纬(叔胺)化工有限公司

[0030] 十六烷基二甲基叔胺：上海金山经纬化工有限公司

[0031] 十八烷基二甲基叔胺：山东富斯特化工有限公司

[0032] 油基二甲基叔胺：天津市沃兰国际贸易有限公司

[0033] 松香基二甲基叔胺：上海螯稞化工有限公司

[0034] 3-氯丙胺：SIGMAALDRICH

[0035] 4-氯丁胺：SIGMAALDRICH

[0036] 5-氯戊胺：SIGMAALDRICH

[0037] 6-氯己胺：SIGMAALDRICH

[0038] 慢裂型改性沥青乳化剂的制备，步骤如下：

[0039] 制备例一：在三口瓶中加入29.7g（0.1mol）的十八烷基二甲基叔胺、50ml的乙醇和5.61g（0.06mol）的3-氯丙胺，加热到70℃反应3h后，抽出乙醇，得到粗产物经过柱分离得到较纯的产率为93.4%的慢裂型改性沥青乳化剂A。

[0040] 制备例二：在三口瓶中加入29.6g（0.1ml）的油基二甲基叔胺、50ml的异丙醇和4.7g（0.05ml）的3-氯丙胺，加热到80℃反应3.5h后，抽出氯仿，得到粗产物经过柱分离得到较纯的98.2%的慢裂型改性沥青乳化剂B。

[0041] 制备例三：在三口瓶中加入27.0g（0.1ml）的十六烷基二甲基叔胺、50ml的乙酸乙酯和9.35g（0.1ml）的3-氯丙胺，加热到90℃反应4h后，抽出乙酸乙酯，得到粗产物经过柱分离得到较纯的87.9%的慢裂型改性沥青乳化剂C。

[0042] 制备例四：在三口瓶中加入24.1g（0.1ml）的十四烷基二甲基叔胺、50ml的正辛烷和7.48g（0.08ml）的3-氯丙胺，加热到65℃反应2h后，抽出正辛烷，得到粗产物经过柱分离得到较纯的76.3%的慢裂型改性沥青乳化剂D。

[0043] 制备例五：在三口瓶中加入26.9g（0.1ml）的十六烷基二甲基叔胺、50ml的正己烷和7.53g（0.07ml）的4-氯丁胺，加热到90℃反应2.5h后，抽出正己烷，得到粗产物经过柱分离得到较纯的87.8%的慢裂型改性沥青乳化剂E。

[0044] 制备例六：在三口瓶中加入26.9g（0.1ml）的十六烷基二甲基叔胺、50ml的二氧六环和7.3g（0.06ml）的5-氯戊胺，加热到75℃反应3.2h后，抽出二氧六环，得到粗产物经过柱分离得到较纯的82.4%的慢裂型改性沥青乳化剂F。

[0045] 制备例七：在三口瓶中加入26.9g（0.1ml）的十六烷基二甲基叔胺、50ml的四氢呋喃和13.55g（0.1ml）的6-氯己胺，加热到85℃反应3h后，抽出四氢呋喃，得到粗产物经过柱分离得到较纯的79.6%的慢裂型改性沥青乳化剂G。

[0046] 制备例八：在三口瓶中加入0.1ml的松香基二甲基叔胺、50ml的N,N-二甲基甲酰胺和9.35g（0.1ml）的3-氯丙胺，加热到60℃反应4h后，抽出N,N-二甲基甲酰胺，得到粗产物经过柱分离得到较纯的89.9%的慢裂型改性沥青乳化剂H。

[0047] 由本领域公知，采用其他的溶剂，只要能使反应物充分分散于溶剂中，均可实现本发明目的，可用的溶剂如：二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、二氧六环、乙腈、正辛烷、乙醇、甲苯、甲醇、四氢呋喃、乙酸乙酯、正己烷、环己烷、氯仿、二氯甲烷、吡啶、异丙醇。

[0048] 性能测定：

[0049] 测定例1

[0050] 取掺量3%SBS的改性沥青500g，加热到160℃。乳化剂水溶液500g，其中乳化剂A1g，乳化剂B3g、乳化剂F4g、余量为水，加热到60℃。利用改性沥青和乳化剂水溶液通过胶体磨制备沥青乳液，得到均匀、细腻的慢裂型乳化沥青。

[0051] 取掺量3%SBS的改性沥青500g，加热到160℃。乳化剂水溶液500g，其中美德维实伟克（MWV）乳化剂8g、余量为水，加热到60℃。利用改性沥青和美德维实伟克（MWV）乳化剂通过胶体磨制备沥青乳液，得到均匀、细腻的阳离子慢裂乳化沥青。

[0052] 将制得的慢裂型乳化沥青与国外产品美德维什维克的阳离子慢裂乳化沥青（MWV）作对比，其性能如表1所示。

[0053] 表1透层沥青混合料的性能

[0054]

[0055] 测定例2

[0056] 取掺加2%SBS改性沥青沥青500g，加热到160℃。乳化剂水溶液500g，其中乳化剂C4g、乳化剂G4g、余量为水，加热到60℃。利用改性沥青和乳化剂水溶液通过胶体磨制备沥青乳液，得到均匀、细腻的慢裂型乳化沥青。

[0057] 取掺量2%SBS的改性沥青500g，加热到160℃。乳化剂水溶液500g，其中美德维实伟克（MWV）乳化剂8g、余量为水，加热到60℃。利用改性沥青和美德维实伟克（MWV）乳化剂通过胶体磨制备沥青乳液，得到均匀、细腻的阳离子慢裂乳化沥青。

[0058] 将制得的慢裂型乳化沥青与国外产品美德维什维克的阳离子慢裂乳化沥青（MWV）作对比，其性能如表2所示。

[0059] 表2透层沥青混合料的性能

[0060]

[0061] 测定例3

[0062] 取掺加3%SBR的改性沥青500g，加热到170℃。乳化剂水溶液500g，乳化剂A2g、乳化剂D4g、乳化剂F2g、余量为水，加热到60℃。利用改性沥青和乳化剂水溶液通过胶体磨制备沥青乳液，得到均匀、细腻的慢裂型乳化沥青。

[0063] 取掺量3%SBR的改性沥青500g，加热到160℃。乳化剂水溶液500g，其中美德维实伟克（MWV）乳化剂8g、余量为水，加热到60℃。利用改性沥青和美德维实伟克（MWV）乳化剂通过胶体磨制备沥青乳液，得到均匀、细腻的阳离子慢裂乳化沥青。

[0064] 将制得的慢裂型乳化沥青与国外产品美德维什维克的阳离子慢裂乳化沥青（MWV）作对比，其性能如表3所示。

[0065] 表3透层沥青混合料的性能

[0066]

[0067] 测定例4

[0068] 取掺量3%SBS的改性沥青500g，加热到160℃。乳化剂水溶液500g，其中乳化剂B3g、乳化剂D5g、余量为水，加热到60℃。利用改性沥青和乳化剂水溶液通过胶体磨制备沥青乳液，得到均匀、细腻的慢裂型乳化沥青。

[0069] 取掺量3%SBS的改性沥青500g，加热到160℃。乳化剂水溶液500g，其中美德维实伟克（MWV）乳化剂8g、余量为水，加热到60℃。利用改性沥青和美德维实伟克（MWV）乳化剂通过胶体磨制备沥青乳液，得到均匀、细腻的阳离子慢裂乳化沥青。

[0070] 将制得的慢裂型乳化沥青与国外产品美德维什维克的阳离子慢裂乳化沥青（MWV）作对比，其性能如表4所示。

[0071] 表4透层沥青混合料的性能

[0072]

[0073] 测定例5

[0074] 取掺量2%SBS的改性沥青500g，加热到160℃。乳化剂水溶液500g，其中乳化剂E4g、乳化剂G4g、余量为水，加热到60℃。利用改性沥青和乳化剂水溶液通过胶体磨制备沥青乳液，得到均匀、细腻的慢裂型乳化沥青。

[0075] 取掺量2%SBS的改性沥青500g，加热到160℃。乳化剂水溶液500g，其中美德维实伟克（MWV）乳化剂8g、余量为水，加热到60℃。利用改性沥青和美德维实伟克（MWV）乳化剂通过胶体磨制备沥青乳液，得到均匀、细腻的阳离子慢裂乳化沥青。

[0076] 将制得的慢裂型乳化沥青与国外产品美德维什维克的阳离子慢裂乳化沥青（MWV）作对比，其性能如表5所示。

[0077] 表5透层沥青混合料的性能

[0078]

[0079] 测定例6

[0080] 取掺量2%SBR的改性沥青500g，加热到160℃。乳化剂水溶液500g，其中乳化剂B2g、乳化剂F6g、余量为水，加热到60℃。利用改性沥青和乳化剂水溶液通过胶体磨制备沥青乳液，得到均匀、细腻的慢裂型乳化沥青。

[0081] 取掺量2%SBR的改性沥青500g，加热到160℃。乳化剂水溶液500g，其中美德维实伟克（MWV）乳化剂8g、余量为水，加热到60℃。利用改性沥青和美德维实伟克（MWV）乳化剂通过胶体磨制备沥青乳液，得到均匀、细腻的阳离子慢裂乳化沥青。

[0082] 将制得的慢裂型乳化沥青与国外产品美德维什维克的阳离子慢裂乳化沥青（MWV）作对比，其性能如表6所示。

[0083] 表6透层沥青混合料的性能

[0084]

[0085] 测定例7

[0086] 取掺量5%SBR的改性沥青500g，加热到160℃。乳化剂水溶液500g，其中乳化剂A1g、乳化剂B1g、乳化剂H6g、余量为水。利用改性沥青和乳化剂水溶液通过胶体磨制备沥青乳液，得到均匀、细腻的慢裂型乳化沥青。

[0087] 取掺量5%SBR的改性沥青500g，加热到160℃。乳化剂水溶液500g，其中美德维实伟克（MWV）乳化剂8g、余量为水，加热到60℃。利用改性沥青和美德维实伟克（MWV）乳化剂通过胶体磨制备沥青乳液，得到均匀、细腻的阳离子慢裂乳化沥青。

[0088] 将制得的慢裂型乳化沥青与国外产品美德维什维克的阳离子慢裂乳化沥青（MWV）作对比，其性能如表7所示。

[0089] 表7透层沥青混合料的性能