木質(zhì)素季銨鹽復(fù)配瀝青乳化劑的復(fù)配工藝優(yōu)化的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及有機(jī)化工產(chǎn)品在浙青道路澆筑領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，屬于化學(xué)工程與建筑 材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 乳化浙青，是將冷浙青加熱到流動狀態(tài)，然后經(jīng)過機(jī)械力的作用使浙青能以一種 細(xì)小的顆粒狀態(tài)分散在含有一定量乳化劑的水溶液中，形成水包油（0W/)狀的浙青乳液， 這種浙青乳液在常溫下呈液態(tài)，具有高度的流動性乳化浙青是將通常高溫使用的道路浙 青，經(jīng)過機(jī)械攪拌和化學(xué)穩(wěn)定的方法(乳化)，擴(kuò)散到水中而液化成常溫下粘度很低、流動性 很好的一種道路建筑材料?？梢猿厥褂?，且可以和冷的和潮濕的石料一起使用。乳化浙 青分為陽離子乳化浙青、陰離子乳化浙青和非離子乳化浙青。陽離子乳化浙青的浙青微粒 帶正電荷，陰離子乳化浙青微粒帶負(fù)電荷。當(dāng)陽離子乳化浙青與骨料表面接觸時，由于所帶 電荷不同，產(chǎn)生異性相吸，兩者在有水膜的情況下能使浙青微粒裹覆在骨料表面，仍能很好 吸附結(jié)合。因而在陰濕、低溫情況下（5°c以上）仍可以施工。但陰離子乳化浙青正好相反， 它與潮濕骨料表面都帶負(fù)電荷，使其產(chǎn)生同性相斥，浙青微粒不能很快粘附在骨料表面上， 若要使浙青微粒裹覆在骨料表面，必須待乳化液中水分蒸發(fā)后才行，所以遇上陰濕或低溫 季節(jié)時就難以施工。當(dāng)乳化浙青破乳凝固時還原為連續(xù)的浙青并且水分完全排除掉，道路 材料的最終強(qiáng)度才能形成。
[0003] 浙青乳化劑分子由極性的親水基團(tuán)和非極性的親油基團(tuán)兩部分所組成，形成一頭 明顯親水，另一頭明顯親油的不對稱的兩親結(jié)構(gòu)。陽離子浙青乳化劑大部分
[0004] 是含氮的化合物，其親油基部分一般是直鏈的烷基或者是烷基苯基，而親水基部 分主要是胺基，少數(shù)的還含有羥基或者其它的基團(tuán)。
[0005] 在長期的實(shí)踐過程中，人們發(fā)現(xiàn)單一的乳化劑，乳化效果往往并不好。浙青乳化劑 的HLB值要求在8-18之間，單一的乳化劑具有固定的HLB值，很難滿足成分復(fù)雜的浙青所 需要的HLB值，為了制備穩(wěn)定的浙青乳液，常?？紤]乳化劑之間的復(fù)合使用。復(fù)合乳化劑不 僅能滿足HLB值的要求，而且還可以形成密度大、強(qiáng)度高的復(fù)合膜，得到比單一乳化劑更穩(wěn) 定的浙青乳液。乳化劑分子一般呈球棒形狀，使用單一乳化劑時，因親水基間電荷的相互排 斥作用，乳化劑分子在油水界面處的排列密度低，所起的穩(wěn)定作用也就小。當(dāng)兩種乳化劑復(fù) 合使用時，HLB值小的乳化劑在靠近油相的位置排列，HLB值大的在靠近水相排列，兩種分 子間隔排列，獲得較高的堆砌密度，從而增加了界面膜的強(qiáng)度，可以得到更好的穩(wěn)定效果。 單一乳化劑復(fù)合乳化劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明用N-[2_羥基-3-十八烷基胺基]丙基三甲基氯化銨（A)與木質(zhì)素季銨鹽 (B)的復(fù)合乳化劑制備乳化浙青，乳化浙青性能測試表明，復(fù)合乳化劑AB的用量為乳化浙 青總量的0. 4%時，當(dāng)乳化劑A/B (摩爾比）為0. 7/0. 1時，穩(wěn)定性大于7天，此時乳化效果 最好，乳化浙青具有良好的儲存穩(wěn)定性。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] (一）N-[2-羥基-3-十八烷基胺基]丙基三甲基氯化銨（A)的合成
[0009] 在已有文獻(xiàn)資料中可以得到A的具體合成工藝為：
[0010] 在裝有攪拌器，溫度計(jì)和回流冷凝管的250mL四口燒瓶中加入上述三甲胺鹽酸鹽 水溶液18.0mL (0.065mol)，攪拌下滴加環(huán)氧氯丙烷3.9mL (0.05mol)，滴加完畢后加氫氧 化鈉保持反應(yīng)體系的pH值在10以上，反應(yīng)溫度為52°C，恒溫反應(yīng)4h，得到環(huán)氧丙基三甲基 氯化銨中間體。
[0011] 在250mL的四口燒瓶中加入十八伯胺13. 5g (0. 05mol)，上述中間體6. 4mL和95% 乙醇10.0 mL，反應(yīng)溫度為65°C，恒溫反應(yīng)5h。反應(yīng)完畢減壓蒸饋，得到乳白色膏狀N- (2-羥 基_3_十八烷基胺基）-丙基二甲基氯化銨粗品。
[0012](二)N-(2-羥基-3-十八烷基胺基）-丙基二甲基氯化銨（A)與木質(zhì)素季銨鹽（B) 復(fù)合乳化劑對乳化浙青儲存穩(wěn)定性的影響
[0013] 在浙青質(zhì)量100g，水100ml (AB混合乳化劑的質(zhì)量是0. 8g，為乳化浙青總量的 0. 4%)的條件下，考察N- (2-羥基-3-十八烷基胺基）-丙基三甲基氯化銨（A)與木質(zhì)素季 銨鹽（B)以不同比例復(fù)合對乳化浙青儲存穩(wěn)定性的影響如圖1所示。
[0014] 在25 °C條件下，乳化劑N- (2_羥基_3_十八烷基胺基）-丙基二甲基氯化銨（A)與 木質(zhì)素季銨鹽（B)復(fù)合乳化劑AB的表面張力Y隨表面活性劑濃度C的變化曲線如圖2所 /_J、i〇
[0015] 當(dāng)乳化劑含量達(dá)到0. 4%，乳化劑A/B (摩爾比)為0. 7/0. 1時，穩(wěn)定性大于7天，此 時乳化效果最好。
[0016] 本發(fā)明制備的浙青乳化劑，無需進(jìn)行分離純化，直接用于和石油拌合制備乳化浙 青。
[0017] 本發(fā)明制備的浙青乳化劑，相同溫度下復(fù)配乳化劑的CMC為0. 005mol/L，比乳化 劑A的CMC的下降了一個數(shù)量級，比乳化劑B的CMC的下降了兩個數(shù)量級。乳化劑濃度相 同的條件下，復(fù)合體系的表面張力均低于單一的乳化劑體系的表面張力。
[0018] 本發(fā)明研究結(jié)果表明，適宜結(jié)構(gòu)的副產(chǎn)物在含量合適的情況下具有提高界面活性 和油相適應(yīng)性的突出效果，在很低濃度即可達(dá)到超低油水界面張力，并且降低界面張力快， 吸附損失低，乳化浙青能力強(qiáng)，提高乳化效果顯著。因此，本發(fā)明采用簡單的一鍋法合成制 備季銨鹽陽離子表面活性劑，通過特定比例的反應(yīng)物條件，無需使用分析純的物料，都可使 用工業(yè)產(chǎn)品，且不需加入中和劑，副產(chǎn)物及未反應(yīng)物都可以作為有效成分，無需純化，產(chǎn)品 具有較高的界面活性和油相適應(yīng)性，適用于建筑用乳化浙青的制備。
【附圖說明】
[0019] 從圖1中可以看出，乳化劑A、B以不同比例復(fù)合使用對乳化浙青的儲存穩(wěn)定性有 明顯的影響，當(dāng)乳化劑B用量為0. 8g (乳化浙青總量的0. 4%)時，乳化浙青穩(wěn)定性較差。使 用復(fù)合乳化劑AB，當(dāng)乳化劑A/B(摩爾比)為0. 4/0. 4時，乳化浙青的穩(wěn)定性為5天，當(dāng)乳化劑 A/B (摩爾比）為0. 5/0. 3時，乳化浙青的穩(wěn)定性為6天，當(dāng)乳化劑A/B (摩爾比）為0. 6/0. 2 時，乳化浙青的穩(wěn)定性為7天，當(dāng)乳化劑A/B (摩爾比）為0. 7/0. 1時，穩(wěn)定性大于7天，隨 著乳化劑A比例的不斷增加，乳化浙青的穩(wěn)定性不斷提高，但當(dāng)乳化劑A用量為0. 8g(乳化 浙青總量的〇. 4%)時，乳化浙青的穩(wěn)定性小于5天，使用復(fù)合乳化劑后乳化浙青的穩(wěn)定性要 比單獨(dú)使用乳化劑A或B時的穩(wěn)定性要好。
[0020] 使用復(fù)合乳化劑時，體系中存在A、B兩種乳化劑，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可以得到，乳化劑 B的HLB值約是8. 19,乳化劑A的HLB值約是8. 75,乳化劑B的分子靠近浙青顆粒，乳化劑 A的分子靠近水相，二者交替的吸附在浙青顆粒表面，使得乳化劑分子在浙青顆粒表面的排 列密度增加，增大了界面膜的強(qiáng)度。乳化劑中長鏈親油基之間的相互吸附作用，也使膜具有 了一定的機(jī)械強(qiáng)度，阻礙了浙青的聚集傾向，提高了乳化浙青的穩(wěn)定性。
[0021] 在251^條件下，乳化劑N- (2_羥基_3_十八烷基胺基）-丙基二甲基氯化銨（A)與 木質(zhì)素季銨鹽（B)復(fù)合乳化劑AB的表面張力Y隨表面活性劑濃度C的變化曲線如圖2所 /_J、1〇
[0022] 從圖2中可以看出，乳化劑A和B的CMC值分別為0? 05mol/L和0? lmol/L，而相 同溫度下復(fù)配乳化劑的CMC為0. 005mol/L，比乳化劑A的CMC的下降了一個數(shù)量級，比乳 化劑B的CMC的下降了兩個數(shù)量級。乳化劑濃度相同的條件下，復(fù)合體系的表面張力均低 于單一的乳化劑體系的表面張力，對于二元體系，按照Rosen等的定義：在降低溶液表面張 力的能力、效率或形成膠束的能力三者中，若混合體系的某一性質(zhì)比任一組分都強(qiáng)（即滿足 Y 12〈 y 1〈 Y 2, C12〈C1〈C2或cmcl2〈cmcl〈cmc2)，則認(rèn)為混合后有協(xié)同效應(yīng)產(chǎn)生。說明復(fù) 配體系降低表面張力和形成膠束的能力均有不同程度的增加，其表面活性提高了很多，使 得復(fù)配乳化劑比單一乳化劑具有更高的表面活性，有利于浙青的乳化和乳化浙青的穩(wěn)定存 在。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 實(shí)施例1 :
[0024] 乳化浙青的制備：
[0025] 根據(jù)T0655-1993乳化浙青儲存穩(wěn)準(zhǔn)確稱取一定量的AB復(fù)配浙青乳化劑，溶解在 100mL水中，將乳化劑水溶液加熱到70°C，并調(diào)節(jié)其pH值為1~2。稱取浙青100g，加熱至 120°C。用熱水預(yù)熱膠體磨，開啟膠體磨后首先加入乳化劑的熱水溶液，再將熱浙青慢慢倒 入膠體磨中，乳化lmin后停機(jī)，乳化浙青乳液降至室溫后裝瓶。
[0026] 乳化浙青儲存穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)：
[0027] 根據(jù)T0655-1993乳化浙青儲存穩(wěn)定性試驗(yàn)，將上述乳化浙青降至室溫后裝瓶，靜 置觀察其儲存穩(wěn)定性。穩(wěn)定儲存時間為5天，儲存過程中乳液不分層、無沉淀、顏色沒有明 顯變化。
[0028] 乳化浙青破乳時間實(shí)驗(yàn)：
[0029] 根據(jù)T0658-1993乳化浙青破乳速度試驗(yàn)，稱取石料200g放入拌和鍋中，然后注入 30.0 mL去離子水，拌和均勻后注入50g浙青乳液試樣，再繼續(xù)用金屬勺以60r/min的速度拌 和lmin，觀察乳化浙青乳液與石料的混合情況并記錄破乳時間。
[0030] 乳化浙青蒸發(fā)殘留物含量實(shí)驗(yàn)：
[0031] 根據(jù)T0651-1993乳化浙青蒸發(fā)殘留物含量實(shí)驗(yàn)，將試樣容器、玻璃棒等洗凈、烘 干并稱其總質(zhì)量，記為ml。在試樣容器內(nèi)準(zhǔn)確稱取攪拌均勻的乳化浙青試樣30g，稱取容 器、玻璃棒及乳液的總質(zhì)量，記為m2。將盛有試樣的容器連同玻璃棒一起置于電爐上緩緩加 熱，邊加熱邊攪拌，其加熱溫度不應(yīng)致乳液溢濺，直至確認(rèn)試樣中的水分完全蒸發(fā)(通常需 20~30min)。取下試樣容器冷卻至室溫，稱取容器、玻璃棒及浙青一起的總質(zhì)量，記為m3。 [0032] 結(jié)果如下所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 能將常用建筑用浙青的界面張力降至超低，且具有一定穩(wěn)定性的表面活性劑浙青乳 化劑，這種新型的復(fù)配表面活性劑，要求乳化劑含量占0. 4%。
2. 權(quán)利要求1所述的AB復(fù)配浙青乳化劑，乳化劑A/B(摩爾比)為0. 7/0. 1時，乳化劑 的用量為乳化浙青總量的〇. 4%時，制得的乳化浙青能夠穩(wěn)定儲存5d以上。
【專利摘要】本發(fā)明用N-[2-羥基-3-十八烷基胺基]丙基三甲基氯化銨（A）分別與木質(zhì)素季銨鹽（B）復(fù)合乳化劑AB用量為乳化瀝青總量的0.4%時，乳化劑A/B（摩爾比）為0.7/0.1時，乳化瀝青具有良好的儲存穩(wěn)定性?？蓮V泛應(yīng)用于粘層、霧封層和無溶劑冷拌以及用于瀝青再回收利用和瀝青路面基層穩(wěn)定。
【IPC分類】C08L95-00, C04B26-26, C08J3-03
【公開號】CN104693453
【申請?zhí)枴緾N201310646666
【發(fā)明人】徐蘋, 于冉, 劉兆東
【申請人】青島惠城石化科技有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2013年12月4日