本發(fā)明屬于精細化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多陽離子叔酰胺類中裂型或慢裂型的瀝青乳化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
乳化瀝青尤其是陽離子乳化瀝青由于具有節(jié)能環(huán)保,可以改善施工條件,并能有效減少瀝青過度老化等許多優(yōu)良的應(yīng)用特點,而被廣泛的應(yīng)用于道路建設(shè)和路面維護中。較常用的路用陽離子乳化瀝青類型包括：(1)快裂快凝型，用于碎石封層、現(xiàn)有路面的修補及瀝青貫入式路面；(2)慢裂慢凝型，用作透層油等；(3)慢裂中凝型，用于拌制粗粒式瀝青混凝土；(4)慢裂快凝型，用于稀漿封層、下封層及微表處；(5)中裂型，用于粘層油等。
影響乳化瀝青路用性能的最關(guān)鍵因素就是瀝青乳化劑，目前國內(nèi)外陽離子型瀝青乳化劑主要品種有有機胺類、季銨鹽類、咪唑啉類、酰胺類等，其中季銨鹽類乳化劑應(yīng)用最廣泛。隨著陽離子乳化瀝青的應(yīng)用，瀝青乳化劑的品種也逐漸豐富。
美國專利USP4338136以C12-18長碳鏈脂肪酸與二乙烯三胺在一定條件下反應(yīng)制備瀝青乳化劑。該方法的缺點是制備的瀝青乳化劑價格昂貴，用于稀漿封層施工時，破乳時間長，成型時間慢，開放交通時間長。中國專利CN1096714利用煉油廠副產(chǎn)環(huán)烷酸與烯基多胺反應(yīng)，制備瀝青乳化劑。該方法的缺點是乳化劑的原料供應(yīng)受到很大制約，不利于推廣應(yīng)用。中國專利CN1861721A涉及一種松香陽離子瀝青乳化劑。該乳化劑是由松香和烯基多胺反應(yīng)，得到松香中間體，然后，與不同類型的季銨鹽中間體縮合，制得性能優(yōu)良的松香陽離子瀝青乳化劑。這一方法的缺點是反應(yīng)步驟繁瑣，需要高溫反應(yīng)。中國專利CN101712625A涉及一種兩性慢裂快凝瀝青乳化劑合成方法，采用油酸與多胺反應(yīng)生成酰胺多胺，然后加入氯乙酸發(fā)生鹵代反應(yīng)，制得瀝青乳化劑。該方法的缺點是制備時需要高溫反應(yīng)。中國專利CN101745340A涉及一種陽離子瀝青乳化劑制備方法，主劑由混合有機酸和有機胺反應(yīng)得到中間體，再進行季銨化反應(yīng)制得，輔劑為非離子表面活性劑和改性助劑；該方法的缺點是制備步驟繁瑣，成本較高，需要高溫反應(yīng)。中國專利201310722961.9公開的是一種酸改性淀粉陽離子慢裂慢凝瀝青乳化劑的制備方法，為瀝青乳液提供慢裂慢凝性能，但是乳化瀝青時，乳化劑的使用量較大。
上述陽離子類中裂或慢裂瀝青乳化劑及其制備方法普遍存在的不足是：制備乳化劑的原料成本較高，來源受到限制，制備時需要高溫反應(yīng)，對生產(chǎn)實驗設(shè)備要求較高。
本申請發(fā)明人在前期研究中提出一種多陽離子酰胺型瀝青乳化劑及其制備方法，其以丙烯酰胺為瀝青乳化劑的反應(yīng)原料，在瀝青乳化劑的分子結(jié)構(gòu)中通過加入丙烯酰胺對稱引入了雙酰胺基，增加了瀝青乳化劑的親水性，以及乳化劑與瀝青的相容性。但在后續(xù)進一步的研究中發(fā)現(xiàn)，以丙烯酰胺為原料制備瀝青乳化劑仍存在一些需要改進的地方，例如：早期以丙烯酰胺為原料制備的是快裂型瀝青乳化劑，而實際上我國乳化瀝青稀漿封層技術(shù)比較突出的難題是缺少慢裂型瀝青乳化劑，其主要表現(xiàn)為品種單一、質(zhì)量不穩(wěn)定、破乳成型時間長、價格高等缺點，慢裂或中裂型乳化劑相比于快裂型乳化劑較難制備得到；另外，丙烯酰胺為固體原料，不方便加料以及與其他原料混合均勻和反應(yīng)；還有，丙烯酰胺參與的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，因此在瀝青乳化劑的制備過程中需要增加引入外源熱量，增加了能耗。
因此，對于申請發(fā)明人早期研究的一種多陽離子酰胺型瀝青乳化劑及其制備方法存在以上問題，尚缺乏有效的解決方案。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為克服現(xiàn)有技術(shù)中以丙烯酰胺為原料制備瀝青乳化劑的不足，本發(fā)明提供一種多陽離子叔酰胺類中裂型或慢裂型的瀝青乳化劑，其分子結(jié)構(gòu)為：
其中，R＝甲基(-CH3),乙基(-C2H5),羥乙基(-C2H4OH)。
該乳化劑是以N,N-二甲基丙烯酰胺作為瀝青乳化劑的反應(yīng)原料，N,N-二甲基丙烯酰胺為液體原料，方便加料和其他原料混合和反應(yīng)；而且反應(yīng)過程為放熱反應(yīng)，降低了反應(yīng)能耗。本發(fā)明瀝青乳化劑的生產(chǎn)成本低、工藝簡單、不需要高溫反應(yīng)。
優(yōu)選的，本發(fā)明所述的多陽離子叔酰胺類中裂型或慢裂型的瀝青乳化劑，是由以下摩爾配比的原料制備得到：
N-氫化牛脂基-1,3-丙撐二胺、醇類溶劑、N,N-二甲基丙烯酰胺、低碳數(shù)叔胺、工業(yè)鹽酸、環(huán)氧氯丙烷的摩爾比為1mol：(5.00-11.00)mol：(3.00-3.10)mol：(2.02-2.10)mol：(2.02-2.10)mol：(2.02-2.08)mol。
所述醇類溶劑為乙醇、甲醇或異丙醇。
所述低碳數(shù)叔胺三甲胺水溶液、三乙胺或三乙醇胺水溶液。
為克服現(xiàn)有技術(shù)中以丙烯酰胺為原料制備瀝青乳化劑的不足，本發(fā)明提供一種所述多陽離子叔酰胺類中裂型或慢裂型的瀝青乳化劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)將N-氫化牛脂基-1,3-丙撐二胺、醇類溶劑和N,N-二甲基丙烯酰胺混合反應(yīng)，得到反應(yīng)中間體I，中間體I為
(2)將低碳數(shù)叔胺、工業(yè)鹽酸和環(huán)氧氯丙烷混合反應(yīng)，得到反應(yīng)中間體II，低碳數(shù)叔胺為三甲胺水溶液、三乙胺或三乙醇胺水溶液，中間體II為R為甲基(-CH3)、乙基(-C2H5)或羥乙基(-C2H4OH)；
(3)將反應(yīng)中間體II滴加到反應(yīng)中間體I中，反應(yīng)，即得到多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑。
步驟(1)和(2)的制備順序能夠互換。
優(yōu)選的，本發(fā)明中，所述N-氫化牛脂基-1,3-丙撐二胺、醇類溶劑、N,N-二甲基丙烯酰胺、低碳數(shù)叔胺、工業(yè)鹽酸、環(huán)氧氯丙烷的摩爾比為1mol：(5.00-11.00)mol：(3.00-3.10)mol：(2.02-2.10)mol：(2.02-2.10)mol：(2.02-2.08)mol。
經(jīng)過大量實驗驗證與分析，上述摩爾比例的各原料使得本發(fā)明制備得到的多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑的性能較理想，不合適的配比關(guān)系的原料不能形成多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑。特別是對于N,N-二甲基丙烯酰胺的加入量，其加入的過多或者過少都會影響制備的瀝青乳化劑的性能，尤其是瀝青乳化劑的分水時間。
步驟(1)中，反應(yīng)溫度為60～80℃，優(yōu)選的為65～75℃，反應(yīng)時間為2～4h。
本申請發(fā)明人發(fā)現(xiàn)N,N-二甲基丙烯酰胺的反應(yīng)過程為放熱反應(yīng)，能夠自身提供反應(yīng)所需的熱量，減少了反應(yīng)過程中外源熱量的引入，降低了反應(yīng)的能耗。早期研究的丙烯酰胺的反應(yīng)過程是吸熱反應(yīng)，需要較多的額外熱源使得反應(yīng)達到最佳反應(yīng)溫度。
優(yōu)選的，所述醇類溶劑為乙醇、甲醇或異丙醇，經(jīng)過大量實驗驗證與分析，并根據(jù)本發(fā)明制得的多陽離子叔酰胺類瀝青乳化劑的需要，選擇上述醇類溶劑制得的瀝青乳化劑的效果較好。
步驟(2)中，反應(yīng)的溫度為47-55℃，反應(yīng)的時間為2-3h。經(jīng)過進一步的研究發(fā)現(xiàn)，該步驟的反應(yīng)溫度條件對于反應(yīng)中間體II的制備十分關(guān)鍵，反應(yīng)的溫度過高，則會導致反應(yīng)中間體II的環(huán)氧鍵打開，使其無法與反應(yīng)中間體I進一步反應(yīng)生成多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑，從而降低了目標產(chǎn)物的產(chǎn)率；若反應(yīng)的溫度過低，則會使反應(yīng)溶液分層，進而影響了反應(yīng)進程。為提高最終產(chǎn)品的收率，本發(fā)明對這一溫度條件進行了優(yōu)化，反應(yīng)溫度為47-55℃時，反應(yīng)中間體II的制備效果最優(yōu)。
步驟(3)中，反應(yīng)的溫度為60-80℃，優(yōu)選為65-75℃，反應(yīng)的時間為2-4h。
上述多陽離子叔酰胺類中裂型或慢裂型的瀝青乳化劑，具體包括如下步驟：
(1)將N-氫化牛脂基-1,3-丙撐二胺加入到反應(yīng)容器中，加入醇類溶劑，加熱攪拌溶解，再分批加入N,N-二甲基丙烯酰胺，加入完畢后，在60-80℃攪拌反應(yīng)2-4h，得到反應(yīng)中間體I；
(2)在第二反應(yīng)器中加入低碳數(shù)叔胺，分批加入工業(yè)鹽酸，工業(yè)鹽酸加入完畢后，再分批加入環(huán)氧氯丙烷，環(huán)氧氯丙烷加入完畢后，在47-55℃攪拌反應(yīng)2-3h，得到反應(yīng)中間體II，其中，低碳數(shù)叔胺為三甲胺水溶液、三乙胺或三乙醇胺水溶液；
(3)將反應(yīng)中間體II分批加入到反應(yīng)中間體I中，60-80℃反應(yīng)2-4h，即得到多陽離子叔酰胺類中裂型或慢裂型的瀝青乳化劑；
步驟(1)和(2)的制備順序能夠互換。
本發(fā)明還提供一種上述多陽離子叔酰胺類瀝青乳化劑在制備中裂型或慢裂型陽離子乳化瀝青中的應(yīng)用。
為克服現(xiàn)有技術(shù)中的中裂型或慢裂型乳化瀝青較難制備的不足，本發(fā)明提供一種陽離子乳化瀝青的制備方法，步驟如下：
將上述多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑加水配制成水溶液，調(diào)節(jié)pH至2-3，加熱至60-70℃，制得皂液；將加熱后的瀝青和乳化劑皂液通過膠體磨乳化制備出陽離子乳化瀝青；
所述多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑的用量為制備的乳化瀝青總質(zhì)量的0.8-2.5％。
上述制備方法制備得到的陽離子乳化瀝青，該陽離子乳化瀝青的類型為中裂型或慢裂型乳化瀝青。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
(1)本發(fā)明以篩選出優(yōu)異的瀝青乳化劑為出發(fā)點，對反應(yīng)原料進行合理的選擇，制備得到了一種具有突出技術(shù)效果的多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑。
本發(fā)明首次以N,N-二甲基丙烯酰胺作為制備陽離子型瀝青乳化劑的反應(yīng)原料，制備得到的瀝青乳化劑具有出乎意料的技術(shù)效果，該出乎意料的技術(shù)效果體現(xiàn)在：相比于早期采用丙烯酰胺為反應(yīng)原料，本發(fā)明以N,N-二甲基丙烯酰胺為原料制備得到的是中裂型或慢裂型的多陽離子瀝青乳化劑，并且該多陽離子瀝青乳化劑具有優(yōu)異的乳化性能，制備乳化瀝青時摻量少。這是在早期丙烯酰胺研究的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員所預(yù)料不到的技術(shù)效果。
(2)N,N-二甲基丙烯酰胺與丙烯酰胺相比，乳化性能更加突出和優(yōu)異。
與丙烯酰胺相比，丙烯酰胺分子之酰胺基氮上兩個氫被甲基取代，共聚物的水解穩(wěn)定性比丙烯酰胺有了明顯的提高，分子中活潑的雙鍵，使其易于自聚或與其他單體共聚。
由于將氫替換為甲基，增加了制備的瀝青乳化劑分子結(jié)構(gòu)中的親油基團，更利于形成界面膜，降低水與瀝青間的界面張力；另外，以N,N-二甲基丙烯酰胺為反應(yīng)原料制備的瀝青乳化劑在水中的電離能力更強，可以電離出更多的陽離子，使界面電荷層的作用更強；從而使得瀝青在水中可以乳化而且可以均勻的分散形成相對穩(wěn)定的瀝青乳液。
(3)N,N-二甲基丙烯酰胺與丙烯酰胺相比，乳化瀝青破乳速度慢，從而可以作為中裂型或慢裂型瀝青乳化劑，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講是突出意料的技術(shù)效果。
一般本領(lǐng)域技術(shù)人員會認為陽離子瀝青乳化劑的破乳速度較快，適合作為快裂型乳化劑，比如早期以丙烯酰胺為原料，制備得到的多陽離子酰胺型瀝青乳化劑。而本發(fā)明采用N,N-二甲基丙烯酰胺，乳化瀝青破乳速度慢，可以作為中裂型或慢裂型瀝青乳化劑。
在路面施工中，乳化瀝青破乳是指瀝青乳液與石料接觸后，瀝青微粒從乳液中分離出來，在石料表面聚結(jié)并鋪展，形成一層連續(xù)的瀝青薄膜的過程，在破乳過程中，瀝青乳液中的水分揮發(fā)。
影響乳化瀝青破乳的因素很多，排除石料的影響，乳化劑是影響乳化瀝青破乳速度的關(guān)鍵因素。本領(lǐng)域的技術(shù)人員預(yù)料不到，將丙烯酰胺的酰胺基氮上兩個氫被甲基取代，可以改變?nèi)榛瘎┑念愋停?jīng)過發(fā)明人的分析，究其原因可能存在兩方面的原因：一方面，與丙烯酰胺相比，由于將氫替換為甲基，增加了制備的瀝青乳化劑分子結(jié)構(gòu)中的親油基團，而親油基團能夠較為牢固的插入瀝青微粒中，在與石料反應(yīng)時，石料與瀝青微粒的接觸時間變長，從而使得破乳時間延長；另一方面，由于N,N-二甲基丙烯酰胺含有兩個甲基，使得乳化劑分子的空間位阻相對較大，石料在與瀝青微粒接觸時，需要克服較大的空間位阻，從而使得破乳速度較慢。
(4)在制備乳化瀝青時，瀝青乳化劑的摻量較少，大約為0.8-2.5％，即能作為中裂型或慢裂型瀝青乳化劑。
一般認為陽離子瀝青乳化劑的用量較大時，才能制備中裂型或慢裂型乳化瀝青，而本發(fā)明的乳化瀝青的用量較少，說明制備中裂型或慢裂型乳化瀝青的效果優(yōu)異。
(5)本發(fā)明以N,N-二甲基丙烯酰胺作為瀝青乳化劑的反應(yīng)原料，由于N,N-二甲基丙烯酰胺在常溫下的物料狀態(tài)為液體，方便計量加料，而且更方便與其他反應(yīng)原料混合均勻和反應(yīng)，產(chǎn)率較高，更易實現(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)化。
此外，N,N-二甲基丙烯酰胺的反應(yīng)過程為放熱反應(yīng)，能夠自身提供反應(yīng)所需的熱量，減少了反應(yīng)過程中外源熱量的引入，降低了反應(yīng)的能耗。
(6)本發(fā)明采用特定的原料N,N-二甲基丙烯酰胺、N-氫化牛脂基-1,3-丙撐二胺、低碳數(shù)叔胺、鹽酸和環(huán)氧氯丙烷，生成具有一定HLB值的多陽離子叔酰胺型化學結(jié)構(gòu)的瀝青乳化劑，采用本發(fā)明制備的多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑具有很好的乳化性能，制備得到的乳化瀝青的各項性能指標優(yōu)良，可乳化多種不同型號的瀝青，制備的乳化瀝青細膩均勻，良好的集料裹附性。制得的乳化瀝青按中國交通部制訂的陽離子乳化瀝青行業(yè)標準(JTJ052-2000)進行檢測，各項性能均能滿足標準要求。適用于公路透層油或粘層油的灑布，以及用于稀漿封層和微表處等施工，具有中裂和慢裂瀝青乳化劑的特性。采用本發(fā)明的乳化劑制備得到的中裂或慢裂乳化瀝青，可使混合料具有較好的流動性和滲透性，有利于填充和修補路面的裂縫，提高路面的緊實性和防水性。
(7)本發(fā)明所用原料N-氫化牛脂基-1,3-丙撐二胺便宜、來源廣泛，瀝青乳化劑生產(chǎn)成本低，并且為制備多陽離子叔酰胺類中裂型或慢裂型瀝青乳化劑提供良好基礎(chǔ)。
(8)現(xiàn)有技術(shù)中酰胺基胺類乳化劑反應(yīng)溫度一般控制在140～180℃，而本發(fā)明的多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑的制備方法工藝簡單、不需要高溫反應(yīng)，降低能耗，大大節(jié)約生產(chǎn)成本。
具體實施方式
應(yīng)該指出，以下詳細說明都是示例性的，旨在對本發(fā)明提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學術(shù)語具有與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。
需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當理解的是，當在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、組件和/或它們的組合。
基于一種多陽離子酰胺型瀝青乳化劑及其制備方法的研究基礎(chǔ)上，選擇更加合適的反應(yīng)原料，進一步優(yōu)化了瀝青乳化劑的性能，該性能相比于早期的研究結(jié)果，具有較為顯著的差異。具體的技術(shù)方案是提供了一種多陽離子叔酰胺類中裂型或慢裂型的瀝青乳化劑，其分子結(jié)構(gòu)為：
其中，R＝甲基(-CH3),乙基(-C2H5),羥乙基(-C2H4OH)。
在一種實施方式中，本發(fā)明提供一種所述多陽離子叔酰胺類中裂型或慢裂型的瀝青乳化劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)將N-氫化牛脂基-1,3-丙撐二胺、醇類溶劑和N,N-二甲基丙烯酰胺混合反應(yīng)，得到反應(yīng)中間體I，中間體I為
(2)將低碳數(shù)叔胺、工業(yè)鹽酸和環(huán)氧氯丙烷混合反應(yīng)，得到反應(yīng)中間體II，低碳數(shù)叔胺為三甲胺水溶液、三乙胺或三乙醇胺水溶液，中間體II為R為甲基(-CH3)、乙基(-C2H5)或羥乙基(-C2H4OH)；
(3)將反應(yīng)中間體II滴加到反應(yīng)中間體I中，反應(yīng)，即得到多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑。
步驟(1)和(2)的制備順序能夠互換。
優(yōu)選的，本發(fā)明中，所述N-氫化牛脂基-1,3-丙撐二胺、醇類溶劑、N,N-二甲基丙烯酰胺、低碳數(shù)叔胺、工業(yè)鹽酸、環(huán)氧氯丙烷的摩爾比為1mol：(5.00-11.00)mol：(3.00-3.10)mol：(2.02-2.10)mol：(2.02-2.10)mol：(2.02-2.08)mol。
經(jīng)過大量實驗驗證與分析，上述摩爾比例的各原料使得本發(fā)明制備得到的多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑的性能較理想，不合適的配比關(guān)系的原料不能形成多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑。特別是對于N,N-二甲基丙烯酰胺的加入量，其加入的過多或者過少都會影響制備的瀝青乳化劑的性能，尤其是瀝青乳化劑的分水時間。
在本發(fā)明的另一個實施例中，步驟(1)中，反應(yīng)溫度為60～80℃，優(yōu)選的為65～75℃，反應(yīng)時間為2～4h。
優(yōu)選的，所述醇類溶劑為乙醇、甲醇或異丙醇。
在本發(fā)明的另一個實施例中，步驟(2)中，反應(yīng)的溫度為47-55℃，反應(yīng)的時間為2-3h。經(jīng)進一步研究發(fā)現(xiàn)，該步驟的反應(yīng)溫度對最終反應(yīng)產(chǎn)物的收率高低至關(guān)重要，反應(yīng)的溫度過高，則會導致反應(yīng)中間體II的環(huán)氧鍵打開，使其無法與反應(yīng)中間體I進一步反應(yīng)生成多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑，從而降低了目標產(chǎn)物的產(chǎn)率；若反應(yīng)的溫度過低，則會使反應(yīng)溶液分層，進而影響了反應(yīng)進程。為提高最終產(chǎn)品的收率，本發(fā)明對這一溫度條件進行了優(yōu)化，反應(yīng)溫度為47-55℃時，反應(yīng)中間體II的制備效果最優(yōu)。
在本發(fā)明的另一個實施例中，步驟(3)中，反應(yīng)的溫度為60-80℃，優(yōu)選為65-75℃，反應(yīng)的時間為2-4h。
本發(fā)明通過以上方法制備得到的是多陽離子叔酰胺類中裂型或慢裂型的瀝青乳化劑。
本發(fā)明還提供一種中裂型或慢裂型乳化瀝青，該乳化瀝青的制備方法包括以下步驟：
將上述多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑加水配制成水溶液，調(diào)節(jié)pH至2-3，加熱至60-70℃，制得皂液；將加熱后的瀝青和乳化劑皂液通過膠體磨乳化制備出陽離子乳化瀝青。
在本發(fā)明的一個實施例中，采用工業(yè)鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2-3。
在本發(fā)明的再一個實施例中，所述多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑的用量為制備的乳化瀝青總質(zhì)量的0.8-2.5％。一般認為陽離子瀝青乳化劑的用量較大時，才能制備中裂型或慢裂型乳化瀝青，而本發(fā)明的乳化瀝青的用量較少，說明制備中裂型或慢裂型乳化瀝青的效果優(yōu)異，非常適合制備中裂型或慢裂型乳化瀝青，豐富了中裂型或慢裂型瀝青乳化劑種類。
為了使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更加清楚地了解本申請的技術(shù)方案，以下將結(jié)合具體的實施例與對比例詳細說明本申請的技術(shù)方案。
實施例1
(1)多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑的制備：
1)在反應(yīng)器中加入326.0gN-氫化牛脂基-1,3-丙撐二胺，330g異丙醇，加熱攪拌溶解。然后逐漸加入302.4g N,N-二甲基丙烯酰胺，70℃攪拌反應(yīng)3h。
合成的上述中間產(chǎn)物經(jīng)重結(jié)晶分離提純后進行FTIR檢測，結(jié)果如下：2927cm-1為亞甲基的非對稱伸縮振動吸收峰，2846cm-1為亞甲基的對稱伸縮振動收峰，1652cm-1為酰胺基中C＝O伸縮振動吸收峰，1500cm-1和1471cm-1為亞甲基的非對稱彎曲振動，1404cm-1為甲基的非對稱彎曲振動，1271cm-1和1139cm-1為C-N伸縮振動吸收峰，1053cm-1為C-H面內(nèi)彎曲振動吸收峰，723cm-1為亞甲基面內(nèi)搖擺振動吸收峰。
2)在反應(yīng)器中加入371.9g 33％(質(zhì)量分數(shù))三甲胺水溶液，逐漸加入252.7g 30％(質(zhì)量分數(shù))工業(yè)鹽酸，再逐漸加入189.5g環(huán)氧氯丙烷，50℃攪拌反應(yīng)2.5h，得到反應(yīng)中間體A。將制備的反應(yīng)中間體A滴加到上述步驟1)合成產(chǎn)物中，70℃攪拌反應(yīng)2h。得到多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑，留作乳化瀝青試驗。
合成產(chǎn)物經(jīng)重結(jié)晶分離提純后進行FTIR檢測，結(jié)果如下：3400cm-1為O-H伸縮振動吸收峰，2925cm-1為亞甲基的非對稱伸縮振動吸收峰，2848cm-1為亞甲基的對稱伸縮振動收峰，1629cm-1為酰胺基中C＝O伸縮振動吸收峰，1470cm-1為亞甲基的非對稱彎曲振動，1407cm-1為甲基的非對稱彎曲振動，1263cm-1和1145cm-1為C-N伸縮振動吸收峰，1060cm-1為C-OH伸縮振動吸收峰，958cm-1為O-H面外彎曲振動吸收峰，630cm-1為亞甲基面內(nèi)搖擺振動吸收峰。
反應(yīng)方程式如下：
(2)乳化瀝青的制備：
取AH-90#瀝青300g，加熱至125℃，將7.5g本實施例制備的瀝青乳化劑加入到200g水中，用工業(yè)鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2-3，加熱至65℃，制得皂液。將瀝青和乳化劑皂液通過膠體磨乳化制備出陽離子型乳化瀝青。
(3)乳化瀝青性能檢測：
制得的乳化瀝青按中國交通部制訂的陽離子乳化瀝青行業(yè)標準(JTJ052-2000)進行檢測，結(jié)果如下：本實施例制備的乳化瀝青均勻、細膩，瀝青含量為59％，篩上剩余量為0.01％，與礦料裹覆面積大于2/3，儲存穩(wěn)定性(1d)為0.8％；在破乳速度試驗中，采用B類料，可拌和時間大于1min；采用拌和料進行拌和，可拌和時間為65秒(作為對比，在同等實驗條件下，將反應(yīng)原料N,N-二甲基丙烯酰胺替換為丙烯酰胺，采用拌和料進行拌和，可拌合時間為4s)。表明該乳化劑制備的瀝青乳液為慢裂型陽離子乳化瀝青，各項性能均能滿足標準要求。
實施例2
(1)多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑的制備：
1)在反應(yīng)器中加入326.0gN-氫化牛脂基-1,3-丙撐二胺，330g異丙醇，加熱攪拌溶解。然后逐漸加入302.4g N,N-二甲基丙烯酰胺，70℃攪拌反應(yīng)3h。
2)在反應(yīng)器中加入210.1g三乙胺，逐漸加入252.7g 30％(質(zhì)量分數(shù))工業(yè)鹽酸，再逐漸加入189.5g環(huán)氧氯丙烷，47℃攪拌反應(yīng)3h，得到反應(yīng)中間體B。將制備的反應(yīng)中間體B滴加到上述步驟1)合成產(chǎn)物中，65℃攪拌反應(yīng)3h。得到多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑，留作乳化瀝青試驗。
合成產(chǎn)物經(jīng)重結(jié)晶分離提純后進行FTIR檢測，結(jié)果如下：3406cm-1為O-H伸縮振動吸收峰，2927cm-1為亞甲基的非對稱伸縮振動吸收峰，2854cm-1為亞甲基的對稱伸縮振動收峰，1620cm-1為酰胺基中C＝O伸縮振動吸收峰，1471cm-1為亞甲基的非對稱彎曲振動，1400cm-1為甲基的非對稱彎曲振動，1270cm-1和1163cm-1為C-N伸縮振動吸收峰，1085cm-1為C-OH伸縮振動吸收峰，709cm-1為亞甲基面內(nèi)搖擺振動吸收峰。
反應(yīng)方程式如下：
(2)乳化瀝青的制備：
取AH-70#瀝青300g，加熱至125℃，將7.5g本實施例制備的瀝青乳化劑加入到200g水中，用工業(yè)鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2-3，加熱至65℃，制得皂液。將瀝青和乳化劑皂液通過膠體磨乳化制備出陽離子型乳化瀝青。
(3)乳化瀝青性能檢測：
檢測方法同實施例1，檢測結(jié)果為：乳化瀝青均勻、細膩，瀝青含量為60％，篩上剩余量為0.02％，與礦料裹覆面積大于2/3，儲存穩(wěn)定性(1d)為0.8％；在破乳速度試驗中，采用B類料，可拌和時間大于1min；采用拌和料進行拌和，可拌和時間為125秒(作為對比，在同等實驗條件下，將反應(yīng)原料N,N-二甲基丙烯酰胺替換為丙烯酰胺，采用拌和料進行拌和，可拌合時間為4s)。表明該乳化劑制備的瀝青乳液為慢裂型陽離子乳化瀝青，各項性能均能滿足標準要求。
實施例3
(1)多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑的制備：
1)在反應(yīng)器中加入326.0gN-氫化牛脂基-1,3-丙撐二胺，330g異丙醇，加熱攪拌溶解。然后逐漸加入302.4g N,N-二甲基丙烯酰胺，65℃攪拌反應(yīng)4h。
2)在反應(yīng)器中加入365.1g 85％(質(zhì)量分數(shù))三乙醇胺，逐漸加入252.7g 30％(質(zhì)量分數(shù))工業(yè)鹽酸，再逐漸加入189.5g環(huán)氧氯丙烷，55℃攪拌反應(yīng)2h，得到反應(yīng)中間體C。將制備的反應(yīng)中間體C滴加到上述步驟1)合成產(chǎn)物中，70℃攪拌反應(yīng)2h。得到多陽離子叔酰胺型瀝青乳化劑，留作乳化瀝青試驗。
合成產(chǎn)物經(jīng)重結(jié)晶分離提純后進行FTIR檢測，結(jié)果如下：3373cm-1為O-H伸縮振動吸收峰，2924cm-1為亞甲基的非對稱伸縮振動吸收峰，2847cm-1為亞甲基的對稱伸縮振動收峰，1627cm-1為酰胺基中C＝O伸縮振動吸收峰，1463cm-1為亞甲基的非對稱彎曲振動，1398cm-1為甲基的非對稱彎曲振動，1265cm-1和1153cm-1為C-N伸縮振動吸收峰，1060cm-1為C-OH伸縮振動吸收峰，931cm-1為O-H面外彎曲振動吸收峰，670cm-1為亞甲基面內(nèi)搖擺振動吸收峰。
反應(yīng)方程式如下：
(2)乳化瀝青的制備：
取A-100#瀝青300g，加熱至125℃，將7.5g本實施例制備的瀝青乳化劑加入到200g水中，用工業(yè)鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2-3，加熱至65℃，制得皂液。將瀝青和乳化劑皂液通過膠體磨乳化制備出陽離子型乳化瀝青。
(3)乳化瀝青性能檢測：
檢測方法同實施例1，檢測結(jié)果為：乳化瀝青均勻、細膩，瀝青含量為58％，篩上剩余量為0.02％，與礦料裹覆面積大于2/3，儲存穩(wěn)定性(1d)為0.9％；在破乳速度試驗中，采用B類料，可拌和時間大于1min；采用拌和料進行拌和，可拌和時間為31秒(作為對比，在同等實驗條件下，將反應(yīng)原料N,N-二甲基丙烯酰胺替換為丙烯酰胺，采用拌和料進行拌和，可拌合時間為3s)。表明該乳化劑制備的瀝青乳液為中裂型陽離子乳化瀝青，各項性能均能滿足標準要求。
對比例1
將實施例1中的反應(yīng)原料“N,N-二甲基丙烯酰胺”替換為“216.8g丙烯酰胺”，制備方法同實施例1(即：CN 105399645 A中實施例1)，制備得到瀝青乳化劑。
對實施例1和對比例1制備的瀝青乳化劑的乳化能力進行測定，本發(fā)明中所指的乳化能力是指：瀝青乳化劑將水和油兩類互不相溶的液體轉(zhuǎn)變?yōu)槿榛旱哪芰Α?/p>
本發(fā)明采用量筒法來測定乳化能力，根據(jù)瀝青乳化劑與液體石蠟充分混合形成乳狀液，再靜置后分出10ml水所需要的時間，也就是分水時間，由此來評價瀝青乳化劑的乳化性能。
具體方法如下：
用移液管分別量取0.1％(質(zhì)量分數(shù))的瀝青乳化劑(分別由實施例1和對比例1制備)的水溶液40ml，置于有玻璃塞子的100ml的錐形瓶中，再用移液管量取40ml的液體石蠟置于此錐形瓶內(nèi)。按緊玻璃塞，然后上下猛烈振動5次，靜置1min后再振動5次，再靜置1min；如此重復(fù)5次后，將此乳液倒入100ml的具塞量筒中，馬上用秒表記錄時間。水油兩相逐漸的分離，水相會徐徐出現(xiàn)在量筒的下層，直到水相分出10ml水時，記錄此時分出水所用的時間，以此時間作為乳化能力的相對比較，分水時間越長則乳化能力越強。
重復(fù)實驗三次，經(jīng)檢測，本發(fā)明實施例1制備的瀝青乳化劑的分水時間平均為152s；對比例1制備的瀝青乳化劑的分水時間平均為82s。由分水時間可以看出，以N,N-二甲基丙烯酰胺為原料制備的瀝青乳化劑的乳化能力要顯著優(yōu)于以丙烯酰胺為原料制備的瀝青乳化劑。
對比例2
將實施例1瀝青乳化劑的制備步驟2)中的反應(yīng)溫度調(diào)整為30℃，其余同實施例1，制備得到瀝青乳化劑。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)：對比例2在制備瀝青乳化劑的過程中，特別是反應(yīng)中間體II的制備過程中，反應(yīng)體系出現(xiàn)分層，降低了反應(yīng)速率和反應(yīng)中間體II的產(chǎn)率。
對比例3
將實施例1瀝青乳化劑的制備步驟2)中的反應(yīng)溫度調(diào)整為70℃，其余同實施例1，制備得到瀝青乳化劑。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對比例3在制備瀝青乳化劑的過程中，特別是反應(yīng)中間體II的制備過程中，經(jīng)對反應(yīng)產(chǎn)物---反應(yīng)中間體II進行檢測，反應(yīng)中間體II的環(huán)氧鍵很多被打開，環(huán)氧鍵被打開后，使得反應(yīng)中間體II和反應(yīng)中間體I不能進一步的反應(yīng)制備得到瀝青乳化劑，降低了最終產(chǎn)物瀝青乳化劑的產(chǎn)率。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。