月桂酸瞇唑啉兩性表面活性劑的合成及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有機(jī)化工產(chǎn)品的合成與在浙青道路澆筑領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，屬于精細(xì)化工與建筑材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]乳化浙青是浙青和乳化劑在一定工藝作用下，生成水包油或油包水(具體誰(shuí)包誰(shuí)要看乳化劑的種類(lèi))的液態(tài)浙青。乳化浙青是將通常高溫使用的道路浙青，經(jīng)過(guò)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(dòng)性很好的一種道路建筑材料。可以常溫使用，且可以和冷的和潮濕的石料一起使用。乳化浙青分為陽(yáng)離子乳化浙青、陰離子乳化浙青和非離子乳化浙青。陽(yáng)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(yáng)離子乳化浙青與骨料表面接觸時(shí)，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(shí)就難以施工。當(dāng)乳化浙青破乳凝固時(shí)一還原為連續(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。改性乳化浙青是浙青和乳化劑，在和膠乳在一定工藝作用下，產(chǎn)生的液態(tài)浙青。
[0003]乳化浙青為水包油型乳液，浙青乳化劑可分為陽(yáng)離子型、陰離子型、兩性型及非離子型。研究初期使用的主要是陰離子型乳化劑，如長(zhǎng)鏈磺酸鹽、木質(zhì)素的堿金屬鹽和羧酸鹽等。陽(yáng)離子型乳化劑近年來(lái)發(fā)展迅速，陽(yáng)離子浙青乳化劑具有很好的乳化性能及對(duì)石料較強(qiáng)的黏附力。大多數(shù)石料具有負(fù)電荷，陽(yáng)離子乳化浙青可以迅速吸附并粘結(jié)在其表面。主要的陽(yáng)離子乳化劑為含氮有機(jī)胺衍生物。
[0004]咪唑啉兩性表面活性劑低毒，無(wú)刺激性，有良好的乳化力、殺菌力、緩蝕力、調(diào)理性和脫臭性能，可在PH3?13的較寬范圍內(nèi)使用。它耐酸、耐堿、耐各種硬水，可廣泛用作緩蝕劑、殺菌劑、乳化劑、分散劑、發(fā)泡劑以及工業(yè)表面清洗劑等。近年來(lái)由于咪唑啉兩性表面活性劑的應(yīng)用越來(lái)越廣，國(guó)內(nèi)外對(duì)咪唑啉兩性表面活性劑的需求量日益增長(zhǎng)，對(duì)它的合成與結(jié)構(gòu)的研究也日益深入，特別是在浙青乳化方面的應(yīng)用研究越來(lái)越多。
[0005]咪唑啉型浙青乳化劑，其親水基部分是含有雜環(huán)基咪唑啉的基團(tuán)，由于原料的成本低，溶劑和催化劑對(duì)反應(yīng)的影響不明顯，所以是合成咪唑啉型浙青乳化劑比較理想的原料。
[0006]本發(fā)明以月桂酸與二乙烯三氨為原料經(jīng)過(guò)酰胺化、環(huán)化及季銨化反應(yīng)，制得月桂酸咪唑啉季銨鹽兩性表面活性劑，并對(duì)合成路線(xiàn)進(jìn)行了優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明涉及一種新型兩性表面活性劑的制備方法。合成的乳化劑是一種慢裂型浙青乳化劑?？蓮V泛應(yīng)用于粘層、霧封層和無(wú)溶劑冷拌以及用于浙青再回收利用和浙青路面基層穩(wěn)定。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種新型陽(yáng)離子浙青乳化劑的制備方法，采用一鍋法合成，以二甲苯為溶劑，月桂酸和二乙烯三氨為原料，合成了一種新型兩性表面活性劑。確定最佳合成工藝條件，步驟如下:
[0010]咪唑啉兩性表面活性劑的合成分兩步，第一步由長(zhǎng)鏈脂肪酸與多胺化合物共熱酰胺化反應(yīng)，再閉環(huán)脫水形成烷基咪唑啉；第二步由烷基咪唑啉與季銨化劑在堿性條件下發(fā)生季銨化反應(yīng)，生成溶于水的咪唑啉季銨鹽兩性表面活性劑。
[0011](I)在四口反應(yīng)瓶中加入一定質(zhì)量的月桂酸和二乙烯三氨，月桂酸與二乙烯三氨摩爾比為2:3，一定量的甲苯，Ig氧化鋁，氮?dú)獗Ｗo(hù)下在120?160°C進(jìn)行脫水反應(yīng)2?3h，此時(shí)甲苯和水共沸蒸出。然后迅速升溫到190°C，滴加1g 二乙烯三氨至反應(yīng)瓶中，在200—260°C環(huán)合反應(yīng)3h。待無(wú)水餾出時(shí)，停止反應(yīng)。真空蒸餾脫除過(guò)量的二乙烯三氨，通氮?dú)饨禍氐脺\褐色透明液體，即為月桂酸咪唑啉，。
[0012](2)取一定量的氯乙酸和氫氧化鈉，200mL去離子水配成16%的氯乙酸鈉溶液，力口到合成的月桂酸咪唑啉中，使咪唑啉與氯乙酸鈉的摩爾比達(dá)1:2，先在常溫下反應(yīng)0.5?Ih,同時(shí)滴加30%氫氧化鈉溶液維持pH值在9?10。隨后升溫，在80?90°C下反應(yīng)3h，得透明黃色粘稠狀液體，即為月桂酸咪唑啉季銨鹽兩性表面活性劑。
[0013]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的胺類(lèi)為二乙烯三胺。
[0014]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟⑴的物料物質(zhì)的量比1:1 ;
[0015]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟⑴的反應(yīng)溫度120?160°C，
[0016]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中咪唑啉與氯乙酸鈉的摩爾比達(dá)1:2，反應(yīng)溫度85 °C，反應(yīng)時(shí)間為3h。
[0017]本發(fā)明制備的浙青乳化劑，無(wú)需進(jìn)行分離純化，直接用于和石油拌合制備乳化浙青。
[0018]本發(fā)明制備的浙青乳化劑，主產(chǎn)物為月桂酸咪唑啉季銨鹽，副產(chǎn)物為氨基酯、酰胺酯等，還含有部分未反應(yīng)的壬基酚、三乙烯四胺。所述主產(chǎn)物占93wt%、副產(chǎn)物占15-20wt%，其余為未反應(yīng)完全的脂肪仲胺、叔胺胺和雜質(zhì)。所述主產(chǎn)物、副產(chǎn)物以及未反應(yīng)的反應(yīng)物自然構(gòu)成復(fù)配增效體系。其在較低濃度(產(chǎn)物總濃度可小于0.3wt%)下，不需要加入堿及其它助表面活性劑，較寬溫度(20°C?40°C)條件下，與不同產(chǎn)地的浙青均能達(dá)到超低界面張力，即10-3mN/m數(shù)量級(jí),最低可達(dá)10-5mN/m。達(dá)到理想的乳化效果。
[0019]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(jiǎn)單的一鍋法合成制備季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑，通過(guò)特定比例的反應(yīng)物條件，無(wú)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(wú)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。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1:在燒杯中稱(chēng)取一定量的乳化劑，添加200ml水，加熱到50?60°C，用玻璃棒攪拌，使其溶解，用工業(yè)鹽酸調(diào)節(jié)pH至2?3。再稱(chēng)取300g道路石油浙青100號(hào)，加熱至110°C使其熔化。啟動(dòng)膠體磨(啟動(dòng)前先用60°C熱水預(yù)熱)，將乳化劑水溶液注入膠體磨中，再緩緩將浙青倒入膠體磨中進(jìn)行乳化，在膠體磨中大約一分鐘，將乳液裝入礦泉水瓶中，關(guān)閉膠體磨。
[0021]稱(chēng)取10g石料，取一定量的水和助劑，加入到鐵碗中，混合均勻，再稱(chēng)取一定量的乳化浙青，倒入鐵碗中，迅速充分?jǐn)嚢瑁㈤_(kāi)始計(jì)時(shí)，記錄開(kāi)始可拌和時(shí)間和成型時(shí)間。
[0022]乳化條件:道路石油浙青100號(hào)，pH=2?3，乳化劑量為1%?2%。
[0023]乳化效果:乳化完全，效果良好。
[0024]貯存穩(wěn)定性:長(zhǎng)期貯存無(wú)沉淀析出和破乳現(xiàn)象，穩(wěn)定性良好。
[0025]拌合條件:在氣溫為30°C，加入10g石料、1%?5%水泥、8g水、2%?5%乳化浙青。
[0026]拌合結(jié)果:可拌合時(shí)間為680s，為慢裂型浙青乳化劑。
[0027]乳化劑對(duì)浙青具有很好的乳化能力，制備的乳化浙青具有很好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。放置5天后沒(méi)有發(fā)生水相與浙青相分離。
[0028]實(shí)施例2:在燒杯中稱(chēng)取一定量的乳化劑，添加200ml水，加熱到50?60°C，用玻璃棒攪拌，使其溶解，用工業(yè)鹽酸調(diào)節(jié)pH至2?3。再稱(chēng)取300AH-90浙青，加熱至120°C使其熔化。啟動(dòng)膠體磨(啟動(dòng)前先用60°C熱水預(yù)熱)，將乳化劑水溶液注入膠體磨中，再緩緩將浙青倒入膠體磨中進(jìn)行乳化，在膠體磨中大約一分鐘，將乳液裝入礦泉水瓶中，關(guān)閉膠體磨。
[0029]稱(chēng)取10g石料，取一定量的水和助劑，加入到鐵碗中，混合均勻，再稱(chēng)取一定量的乳化浙青，倒入鐵碗中，迅速充分?jǐn)嚢?，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，記錄開(kāi)始可拌和時(shí)間和成型時(shí)間。
[0030]乳化條件:300AH-90浙青，pH=2,乳化劑量為1%?2%。
[0031]乳化效果:乳化完全，效果良好。
[0032]貯存穩(wěn)定性:長(zhǎng)期貯存無(wú)沉淀析出和破乳現(xiàn)象，穩(wěn)定性良好。
[0033]拌合條件:在氣溫為28°C，加入10g石料、1%?5%水泥、8g水、2%?5%乳化浙青。
[0034]拌合結(jié)果:可拌合時(shí)間為387s，為慢裂型浙青乳化劑。
[0035]乳化劑對(duì)浙青具有很好的乳化能力，制備的乳化浙青具有很好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。放置8天后沒(méi)有發(fā)生水相與浙青相分離。
[0036]實(shí)施例3:在燒杯中稱(chēng)取一定量的乳化劑，添加200ml水，加熱到50?60°C，用玻璃棒攪拌，使其溶解，用工業(yè)鹽酸調(diào)節(jié)pH至2?3。再稱(chēng)取300g道路石油浙青140號(hào)，加熱至100°C使其熔化。啟動(dòng)膠體磨(啟動(dòng)前先用60°C熱水預(yù)熱)，將乳化劑水溶液注入膠體磨中，再緩緩將浙青倒入膠體磨中進(jìn)行乳化，在膠體磨中大約一分鐘，將乳液裝入礦泉水瓶中，關(guān)閉膠體磨。
[0037]稱(chēng)取10g石料，取一定量的水和助劑，加入到鐵碗中，混合均勻，再稱(chēng)取一定量的乳化浙青，倒入鐵碗中，迅速充分?jǐn)嚢?，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，記錄開(kāi)始可拌和時(shí)間和成型時(shí)間。
[0038]乳化條件:道路石油浙青180號(hào)，pH=2，乳化劑量為1%?2%。
[0039]乳化效果:乳化完全，效果良好。
[0040]貯存穩(wěn)定性:長(zhǎng)期貯存無(wú)沉淀析出和破乳現(xiàn)象，穩(wěn)定性良好。
[0041]拌合條件:在氣溫為25°C，加入10g石料、I?5%水泥、8g水、2%?5%乳化浙青。
[0042]拌合結(jié)果:可拌合時(shí)間為465s，為慢裂型浙青乳化劑。
[0043]乳化劑(b)對(duì)浙青具有很好的乳化能力，制備的乳化浙青具有很好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。放置12天后沒(méi)有發(fā)生水相與浙青相分離。
[0044]上述實(shí)施例僅僅是為清楚的說(shuō)明本發(fā)明創(chuàng)造所作的舉例，而并非對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造【具體實(shí)施方式】的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可做出其他不同形式的變化和變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種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，其特征在于這種新型陽(yáng)離子表面活性劑合成工藝，其中原料均來(lái)自于工業(yè)產(chǎn)品，合成步驟(I)中要求，月桂酸與二乙烯三氨摩爾比為2:3，氮?dú)獗Ｗo(hù)下在120?160°C進(jìn)行脫水反應(yīng)2?3h，步驟(2)中要求咪唑啉與氯乙酸鈉的摩爾比達(dá)1:2。
2.權(quán)利要求1所述的乳化浙青，以石油浙青為最佳原料，其中表面活性劑濃度1%?2%。
3.權(quán)利要求1所述的乳化浙青與石料的拌合，以石油浙青為最佳原料，乳化浙青濃度為2%?5%，水泥用量為1%?5%。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明發(fā)明了新型陽(yáng)離子瀝青乳化劑的制備方法，以二甲苯為溶劑，月桂酸和二乙烯三氨為原料，月桂酸與二乙烯三氨摩爾比為2：3，在120～260℃條件下發(fā)生酰胺化及環(huán)化脫水反應(yīng)5～6h，再經(jīng)真空蒸餾脫除過(guò)量的二乙烯三氨，得淺黃色透明月桂酸咪唑啉產(chǎn)品，收率不低于93％。將咪唑啉產(chǎn)品與氯乙酸鈉溶液反應(yīng)，制得咪唑啉季銨鹽兩性表面活性劑，并目標(biāo)產(chǎn)物的CMC值為4.56×10-4mol/L，其數(shù)值較?。辉谂R界膠束濃度下表面張力為26.43mN/m。合成的乳化劑是一種慢裂型瀝青乳化劑?？蓮V泛應(yīng)用于粘層、霧封層和無(wú)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(lèi)】C08L95-00, C08J3-03, C04B24-36, C07D233-61
【公開(kāi)號(hào)】CN104693124
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310651731
【發(fā)明人】徐蘋(píng), 潘延坤
【申請(qǐng)人】青島惠城石化科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2013年12月5日