一种羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂，其分子结构为：

Carboxylic acid double quaternary ammonium type hydroxypropyl sodium sulfonate asphalt emulsifier and preparation method thereof

The invention discloses a carboxylic acid quaternary ammonium salt type hydroxypropyl sulfonic acid sodium asphalt emulsifier:

【技术实现步骤摘要】
一种羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂及其制备方法，属于精细化工

技术介绍
乳化沥青尤其是阳离子乳化沥青由于具有节能环保,可以改善施工条件,并能有效减少沥青过度老化等许多优良的应用特点,而被广泛的应用于道路建设和路面维护中。影响乳化沥青路用性能的最关键因素就是沥青乳化剂，目前国内外阳离子型沥青乳化剂主要品种有有机胺类、季铵盐类、咪唑啉类、酰胺类等，其中季铵盐类沥青乳化剂包括单季铵盐和双季铵盐类，是目前我国生产和应用最多的乳化剂品种。目前有关沥青乳化剂的主要研究有：美国专利USP4338136以C12-18长碳链脂肪酸与二乙烯三胺在一定条件下反应制备沥青乳化剂。该方法的缺点是制备的沥青乳化剂价格昂贵，用于稀浆封层施工时，破乳时间长，成型时间慢，开放交通时间长。中国专利CN1096714利用炼油厂副产环烷酸与烯基多胺反应，制备沥青乳化剂。该方法的缺点是乳化剂的原料供应受到很大制约，不利于推广应用。中国专利CN1861721A涉及一种松香阳离子沥青乳化剂。该乳化剂是由松香和烯基多胺反应，得到松香中间体，然后，与不同类型的季铵盐中间体缩合，制得性能优良的松香阳离子沥青乳化剂。这一方法的缺点是反应步骤繁琐，需要高温反应。中国专利CN101745340A涉及一种阳离子沥青乳化剂制备方法，主剂由混合有机酸和有机胺反应得到中间体，再进行季铵化反应制得，辅剂为非离子表面活性剂和改性助剂。该方法的缺点是制备步骤繁琐，成本较高，需要高温反应。中国专利201310722961.9公开的是一种酸改性淀粉阳离子慢裂慢凝沥青乳化剂的制备方法，为沥青乳液提供慢裂慢凝性能。上述阳离子型沥青乳化剂及其制备方法普遍存在的不足是：制备乳化剂的原料成本较高，来源受到限制，制备时需要高温反应，对生产实验设备要求较高。乳化沥青的发展受多方面的影响，合乎要求的材料是关键，因此，开发新的质优价廉的乳化剂，得到性能优异的乳化沥青，以满足道路建设和路面维护的不同应用需求。3-氯-2-羟基丙基磺酸钠是一种含羟基和磺酸基团的氯代烷，其分子结构中既含有亲水性的磺酸盐基团，又含有活性较强的卤原子和羟基，是重要的有机化工中间体，可与咪唑啉发生烷基化反应制备含磺酸基的两性表面活性剂；同时又是合成高聚物的重要原料，可在碱性条件下制备稠化剂、降滤失水剂、印染保护剂等。但目前还未有利用3-氯-2-羟基丙基磺酸钠作为反应中间体或原料来制备羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂的报道。综上，在开发新型沥青乳化剂的过程中，由于反应原料与制备的沥青乳化剂的乳化性能的不可预期性，这就极大的增加了新型沥青乳化剂开发的难度。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术的目的是提供一种羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂及其制备方法。本专利技术沥青乳化剂的生产成本低、工艺简单、不需要高温反应。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：本专利技术的第一个方面，提供一种羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂，其分子结构为：优选的，本专利技术所述的羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂，由以下摩尔配比的原料制备而成：N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺、醇类溶剂、丙烯酸、环氧氯丙烷、亚硫酸氢钠的摩尔比为1mol：(5.00-11.00)mol：(3.00-3.10)mol：(2.00-2.30)mol：(2.10-2.50)mol。所述醇类溶剂为乙醇、甲醇或异丙醇。本专利技术的第二个方面，提供上述羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺、醇类溶剂和丙烯酸混合反应，得到反应中间体I，所述反应中间体I的结构式为：(2)将亚硫酸氢钠溶于水中，加热搅拌溶解，再逐渐加入环氧氯丙烷，混合反应，得到反应中间体II，所述反应中间体II的结构式为：(3)将反应中间体II滴加到反应中间体I中，反应，即得到羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂。上述制备方法中，N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺、醇类溶剂、丙烯酸、环氧氯丙烷、亚硫酸氢钠的摩尔比为1mol：(5.00-11.00)mol：(3.00-3.10)mol：(2.00-2.30)mol：(2.10-2.50)mol。经过大量实验验证与分析，上述摩尔比例的各原料使得本专利技术制备得到的羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂的性能较理想，不合适的配比关系的原料不能形成羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂。优选的，所述醇类溶剂为乙醇、甲醇或异丙醇，经过大量实验验证与分析，并根据本专利技术制得的羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂的需要，选择上述醇类溶剂制得的沥青乳化剂的效果较好。优选的，步骤1)中，反应的温度为60-80℃，进一步的优选为65-75℃，反应的时间为2-4h。优选的，步骤(2)中，反应的温度为40-85℃，进一步优选为55-75℃，反应的时间为3-6h。优选的，步骤(3)中，反应的温度为60-80℃，进一步优选为65-75℃，反应的时间为3-6h。上述羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂的制备方法，具体包括如下步骤：(1)将N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺加入到反应容器中，加入醇类溶剂，加热搅拌溶解，再分批加入丙烯酸，加入完毕后，在60-80℃搅拌反应2-4h，得到反应中间体I；(2)将亚硫酸氢钠加入到另一反应容器中，加水，加热搅拌溶解，再分批加入环氧氯丙烷，加入完毕后，在40-85℃搅拌反应3-6h，得到反应中间体II(3-氯-2-羟基丙基磺酸钠)；(3)将反应中间体II分批加入到反应中间体I中，在60-80℃反应3-6h，即得到羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂。上述羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂在制备乳化沥青中的应用，特别是在制备快裂型阳离子乳化沥青中的应用。本专利技术的第三个方面，提供一种阳离子乳化沥青的制备方法，步骤如下：将上述羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂加水配制成水溶液，用工业盐酸调节pH至2-3，加热至60-70℃，制得皂液；将加热后的沥青和乳化剂皂液通过胶体磨乳化制备出阳离子乳化沥青；或者，提供一种阴离子乳化沥青的制备方法，包括如下步骤：将上述羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂加水配制成水溶液，用氢氧化钠调节pH值至10-11，加热至60-70℃，制得皂液；将加热后的沥青和乳化剂皂液通过胶体磨乳化制备出阴离子乳化沥青；所述羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂的用量为制备的乳化沥青总质量的1.0-3.0％。本专利技术以丙烯酸作为沥青乳化剂的反应原料，在沥青乳化剂的分子结构中通过加入丙烯酸引入了羧酸基，增加了沥青乳化剂的亲水性，以及乳化剂与沥青的相容性。另外，综合考虑碳链长度对于沥青乳化剂的HLB值(亲水/亲油平衡值)和CMC(临界胶束浓度)的影响，选择以N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺、环氧氯丙烷和亚硫酸氢钠作为反应的原料，使制备的沥青乳化剂的HLB值在最佳范围以内，提高了对沥青的乳化性能。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术通过对反应原料的合理选择，制备得到了一种具有全新结构的羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂。其中，本专利技术的原料中通过加入丙烯酸，使得本专利技术制备得到的沥青乳化剂分子的亲水性较大；环氧氯丙烷和亚硫酸氢钠的加入，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂，其特征在于，其分子结构为：

【技术特征摘要】
1.一种羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂，其特征在于，其分子结构为：2.如权利要求1所述的羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂，其特征在于，由以下摩尔配比的原料制备而成：N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺、醇类溶剂、丙烯酸、环氧氯丙烷、亚硫酸氢钠的摩尔比为1mol：(5.00-11.00)mol：(3.00-3.10)mol：(2.00-2.30)mol：(2.10-2.50)mol。3.如权利要求2所述的羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂，其特征在于，所述醇类溶剂为乙醇、甲醇或异丙醇。4.权利要求1-3任一项所述的羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺、醇类溶剂和丙烯酸混合反应，得到反应中间体I，所述反应中间体I的结构式为：(2)将亚硫酸氢钠溶于水中，加热搅拌溶解，再逐渐加入环氧氯丙烷，混合反应，得到反应中间体II，所述反应中间体II的结构式为：(3)将反应中间体II滴加到反应中间体I中，反应，即得到羧酸双季铵盐型羟丙基磺酸钠沥青乳化剂。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，N-氢化牛脂基-1,3-丙撑二胺、...

【专利技术属性】
技术研发人员：施来顺，于小梦，马存飞，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37