月桂酸瞇唑啉兩性表面活性劑的合成及應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及有機化工產品的合成與在浙青道路澆筑領域的實際應用，屬于精細化工與建筑材料領域。
【背景技術】
[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(具體誰包誰要看乳化劑的種類)的液態(tài)浙青。乳化浙青是將通常高溫使用的道路浙青，經過機械攪拌和化學穩(wěn)定的方法(乳化)，擴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。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電荷。當陽離子乳化浙青與骨料表面接觸時，由于所帶電荷不同，產生異性相吸，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電荷，使其產生同性相斥，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。當乳化浙青破乳凝固時一還原為連續(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，如長鏈磺酸鹽、木質素的堿金屬鹽和羧酸鹽等。陽離子型乳化劑近年來發(fā)展迅速，陽離子浙青乳化劑具有很好的乳化性能及對石料較強的黏附力。大多數(shù)石料具有負電荷，陽離子乳化浙青可以迅速吸附并粘結在其表面。主要的陽離子乳化劑為含氮有機胺衍生物。
[0004]咪唑啉兩性表面活性劑低毒，無刺激性，有良好的乳化力、殺菌力、緩蝕力、調理性和脫臭性能，可在PH3?13的較寬范圍內使用。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。近年來由于咪唑啉兩性表面活性劑的應用越來越廣，國內外對咪唑啉兩性表面活性劑的需求量日益增長，對它的合成與結構的研究也日益深入，特別是在浙青乳化方面的應用研究越來越多。
[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，由于原料的成本低，溶劑和催化劑對反應的影響不明顯，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過酰胺化、環(huán)化及季銨化反應，制得月桂酸咪唑啉季銨鹽兩性表面活性劑，并對合成路線進行了優(yōu)化。

【發(fā)明內容】

[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泛應用于粘層、霧封層和無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)明的技術方案如下:
[0009]一種新型陽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，第一步由長鏈脂肪酸與多胺化合物共熱酰胺化反應，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，生成溶于水的咪唑啉季銨鹽兩性表面活性劑。
[0011](I)在四口反應瓶中加入一定質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，氮氣保護下在120?160°C進行脫水反應2?3h，此時甲苯和水共沸蒸出。然后迅速升溫到190°C，滴加1g 二乙烯三氨至反應瓶中，在200—260°C環(huán)合反應3h。待無水餾出時，停止反應。真空蒸餾脫除過量的二乙烯三氨，通氮氣降溫得淺褐色透明液體，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1:2，先在常溫下反應0.5?Ih,同時滴加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]根據本發(fā)明優(yōu)選的，所述的胺類為二乙烯三胺。
[0014]根據本發(fā)明優(yōu)選的，步驟⑴的物料物質的量比1:1 ;
[0015]根據本發(fā)明優(yōu)選的，步驟⑴的反應溫度120?160°C，
[0016]根據本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中咪唑啉與氯乙酸鈉的摩爾比達1:2，反應溫度85 °C，反應時間為3h。
[0017]本發(fā)明制備的浙青乳化劑，無需進行分離純化，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，主產物為月桂酸咪唑啉季銨鹽，副產物為氨基酯、酰胺酯等，還含有部分未反應的壬基酚、三乙烯四胺。所述主產物占93wt%、副產物占15-20wt%，其余為未反應完全的脂肪仲胺、叔胺胺和雜質。所述主產物、副產物以及未反應的反應物自然構成復配增效體系。其在較低濃度(產物總濃度可小于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，與不同產地的浙青均能達到超低界面張力，即10-3mN/m數(shù)量級,最低可達10-5mN/m。達到理想的乳化效果。
[0019]本發(fā)明研究結果表明，適宜結構的副產物在含量合適的情況下具有提高界面活性和油相適應性的突出效果，在很低濃度即可達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，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物條件，無需使用分析純的物料，都可使用工業(yè)產品，且不需加入中和劑，副產物及未反應物都可以作為有效成分，無需純化，產品具有較高的界面活性和油相適應性，適用于建筑用乳化浙青的制備。
【具體實施方式】
[0020]實施例1:在燒杯中稱取一定量的乳化劑，添加200ml水，加熱到50?60°C，用玻璃棒攪拌，使其溶解，用工業(yè)鹽酸調節(jié)pH至2?3。再稱取300g道路石油浙青100號，加熱至110°C使其熔化。啟動膠體磨(啟動前先用60°C熱水預熱)，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行乳化，在膠體磨中大約一分鐘，將乳液裝入礦泉水瓶中，關閉膠體磨。
[0021]稱取10g石料，取一定量的水和助劑，加入到鐵碗中，混合均勻，再稱取一定量的乳化浙青，倒入鐵碗中，迅速充分攪拌，并開始計時，記錄開始可拌和時間和成型時間。
[0022]乳化條件:道路石油浙青100號，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:長期貯存無沉淀析出和破乳現(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]拌合結果:可拌合時間為680s，為慢裂型浙青乳化劑。
[0027]乳化劑對浙青具有很好的乳化能力，制備的乳化浙青具有很好的儲存穩(wěn)定性。放置5天后沒有發(fā)生水相與浙青相分離。
[0028]實施例2:在燒杯中稱取一定量的乳化劑，添加200ml水，加熱到50?60°C，用玻璃棒攪拌，使其溶解，用工業(yè)鹽酸調節(jié)pH至2?3。再稱取300AH-90浙青，加熱至120°C使其熔化。啟動膠體磨(啟動前先用60°C熱水預熱)，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行乳化，在膠體磨中大約一分鐘，將乳液裝入礦泉水瓶中，關閉膠體磨。
[0029]稱取10g石料，取一定量的水和助劑，加入到鐵碗中，混合均勻，再稱取一定量的乳化浙青，倒入鐵碗中，迅速充分攪拌，并開始計時，記錄開始可拌和時間和成型時間。
[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:長期貯存無沉淀析出和破乳現(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]拌合結果:可拌合時間為387s，為慢裂型浙青乳化劑。
[0035]乳化劑對浙青具有很好的乳化能力，制備的乳化浙青具有很好的儲存穩(wěn)定性。放置8天后沒有發(fā)生水相與浙青相分離。
[0036]實施例3:在燒杯中稱取一定量的乳化劑，添加200ml水，加熱到50?60°C，用玻璃棒攪拌，使其溶解，用工業(yè)鹽酸調節(jié)pH至2?3。再稱取300g道路石油浙青140號，加熱至100°C使其熔化。啟動膠體磨(啟動前先用60°C熱水預熱)，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行乳化，在膠體磨中大約一分鐘，將乳液裝入礦泉水瓶中，關閉膠體磨。
[0037]稱取10g石料，取一定量的水和助劑，加入到鐵碗中，混合均勻，再稱取一定量的乳化浙青，倒入鐵碗中，迅速充分攪拌，并開始計時，記錄開始可拌和時間和成型時間。
[0038]乳化條件:道路石油浙青180號，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:長期貯存無沉淀析出和破乳現(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]拌合結果:可拌合時間為465s，為慢裂型浙青乳化劑。
[0043]乳化劑(b)對浙青具有很好的乳化能力，制備的乳化浙青具有很好的儲存穩(wěn)定性。放置12天后沒有發(fā)生水相與浙青相分離。
[0044]上述實施例僅僅是為清楚的說明本發(fā)明創(chuàng)造所作的舉例，而并非對本發(fā)明創(chuàng)造【具體實施方式】的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可做出其他不同形式的變化和變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。
【主權項】
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離子表面活性劑合成工藝，其中原料均來自于工業(yè)產品，合成步驟(I)中要求，月桂酸與二乙烯三氨摩爾比為2:3，氮氣保護下在120?160°C進行脫水反應2?3h，步驟(2)中要求咪唑啉與氯乙酸鈉的摩爾比達1:2。
2.權利要求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%。
【專利摘要】本發(fā)明發(fā)明了新型陽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5～6h，再經真空蒸餾脫除過量的二乙烯三氨，得淺黃色透明月桂酸咪唑啉產品，收率不低于93％。將咪唑啉產品與氯乙酸鈉溶液反應，制得咪唑啉季銨鹽兩性表面活性劑，并目標產物的CMC值為4.56×10-4mol/L，其數(shù)值較??；在臨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, C08J3-03, C04B24-36, C07D233-61
【公開號】CN104693124
【申請?zhí)枴緾N201310651731
【發(fā)明人】徐蘋, 潘延坤
【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5日