一種微表處用慢裂快凝型瀝青乳化劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于石油化工領域，涉及一種微表處用慢裂快凝型瀝青乳化劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]微表處是采用專用機械設備將聚合物改性乳化瀝青、粗細集料、填料、水和添加劑等按照設計配比拌和成稀漿混合料攤鋪到原路面上，并很快開放交通的具有高抗滑和耐久性能的薄層結構。微表處技術作為乳化瀝青技術的一個重要分支，在國外既用于瀝青路面，也用于水泥混凝土路面的罩面，在我國大多用于瀝青路面和水泥混凝土橋面、隧道道面等，被認為是修復道路車轍及其他多種路面病害的最有效、最經濟的手段之一。
[0003]微表處用乳化瀝青要求為慢裂快凝型，既要求與集料有足夠的可拌和時間，還要在攤鋪后能迅速破乳成型，快速開放交通，這些性能要求主要依賴于瀝青乳化劑來實現。微表處對瀝青乳化劑提出了很高的技術要求，其性能優劣將直接影響施工質量和進度。微表處用乳化瀝青所用的乳化劑要求為陽離子乳化劑，實踐證明，由陽離子型瀝青乳化劑制備的乳化瀝青與石料表面吸附力強，抗剝落性能好，成型速度快，早期強度高，但是由于其親水基團具有較強的極性，因此破乳速度快，導致可拌和時間短，而微表處混合料為冷拌冷鋪型混合料，施工過程中呈稀漿狀態，考慮到施工和易性及快速開放交通的要求，因此必須控制乳化瀝青與集料的可拌和時間。
[0004]目前微表處用瀝青乳化劑普遍存在慢裂快凝效果不好，對不同瀝青及集料適應性差，破乳速率難以控制，乳化劑制備過程繁冗，配方復雜，需添加多種助劑，導致其原料來源受限制及環境友好性不佳等缺點。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種微表處用慢裂快凝型瀝青乳化劑及其制備方法。
[0006]本發明提供的制備瀝青乳化劑的方法，包括如下步驟:
[0007]I)將有機酸、有機多胺和溶劑混勻進行酰胺化反應后，在真空條件下進行環化反應，反應完畢脫除體系中的溶劑和水，得到中間體；
[0008]2)待步驟I)所得反應體系降溫后，將接枝改性劑的乙醇溶液與步驟I)所得中間體進行加成反應，反應完畢得到所述瀝青乳化劑。
[0009]上述方法的步驟I)中，所述有機酸選自癸酸、月桂酸、十四酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸、環烷酸、妥爾油脂肪酸和松香酸中的至少一種；
[0010]所述有機多胺選自乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺中的至少一種；
[0011]所述溶劑選自甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯、對二甲苯、混合二甲苯和沸程為90-120°C石油醚中至少一種；其中，所述混合二甲苯為對二甲苯、鄰二甲苯，間二甲苯及乙苯的混合物；
[0012]有機酸與有機多胺的投料摩爾比為1:1?2，具體可為1:1.1、1:1.2,1:1.3,1:
1.4、1:1.5、1:1.6、1:1.7、1:1.8 或 1:1.9 ;
[0013]所述溶劑的用量為所述有機酸和有機多胺的總重量的20% -50%，具體可為25-40%，更具體可為 20%、30%、40%或 50% ；
[0014]所述真空條件中，真空度為0.080-0.098MPa，具體為0.092MPa。
[0015]所述步驟I)中，所述酰胺化反應步驟中，溫度為140-180°C，具體可為150_165°C，更具體可為160°C、170°C ;時間為2小時-4小時，具體可為2.5-3.5小時，更具體可為2.0小時、3小時；
[0016]所述環化反應步驟中，溫度為220-260°C，具體可為230_250°C，更具體可為240°C ；時間為2小時-6小時，時間為3-4.5小時，更具體可為4小時、5小時。
[0017]所述步驟2)中，所述接枝改性劑選自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羥乙酯、、丙烯酸羥丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸叔丁酯和丙烯酸羥丁酯的至少一種。
[0018]所述接枝改性劑與所述中間體的投料摩爾比為1:1-1.5，具體可為1: 1.1、1: 1.2、1:1.3,1:1.4 ；
[0019]所述接枝改性劑的乙醇溶液中，接枝改性劑的質量百分濃度為70-90 %，具體可為75-85%，更具體可為80% ；
[0020]所述步驟2)降溫步驟中，降溫后的終溫為70-90°C，具體可為75-85°C ;
[0021]所述加成反應步驟中，溫度為80-110°C，具體可為90-105°C，更具體可為100°C，時間為I小時-3小時，具體可為1.5-2.5小時，更具體可為2小時。
[0022]另外，按照上述方法制備得到的瀝青乳化劑及該瀝青乳化劑在瀝青乳化中的應用，也屬于本發明的保護范圍。其中，所述瀝青乳化為在微表處進行的瀝青乳化。
[0023]本發明的創新點在于乳化劑結構的設計，是以間二氮雜環戊烯結構為基體，通過對其改性，增加親水基端空間位阻，調節親水基團與集料表面的吸附作用，達到控制乳化瀝青與集料的可拌和時間的目的。改性后的乳化劑，在不影響乳化性能的前提下其慢裂性能得到明顯改善，以此制備的乳化瀝青具有良好的慢裂快凝效果，達到微表處快速開放交通的要求。
[0024]本發明提供的瀝青乳化劑，其制備原料來源廣泛，制備方法簡單，反應條件溫和，環境友好，易于工業化生產。該瀝青乳化劑對不同瀝青具有良好的乳化能力，制備的乳化瀝青貯存穩定性好，微粒均勻細膩，與集料適應性好，慢裂快凝效果明顯，可用于制備微表處用乳化瀝青。
【具體實施方式】
[0025]下面結合具體實施例對本發明作進一步闡述，但本發明并不限于以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規方法。所述原材料如無特別說明均能從公開商業途徑獲得。
[0026]實施例1、
[0027]將摩爾比為1:1.4的月桂酸與乙二胺加入到三口燒瓶，并加入占反應原料總重量為40wt %的鄰二甲苯，攪拌升溫至160°C，恒定溫度進行酰胺化反應2.0小時，然后在真空條件下(真空度0.092MPa)升高反應體系溫度至240°C，繼續進行環化反應4.0小時，脫除溶劑和生成的水，得到中間體，待溫度降至90°C后，將與中間體摩爾比為1:1.3的丙烯酸甲酯化合物配制為90wt%的乙醇溶液，并緩慢滴加至中間體中，滴加完畢后在100°C條件下攪拌進行加成反應3.0小時，即得到瀝青乳化劑產品。
[0028]將上述制備的微表處用瀝青乳化劑按乳化瀝青總質量的1.8?1:%配制成水溶液，加入SBR膠乳(固含量占瀝青質量的5.0wt % )，用酸將其調節pH值為5.0，加熱至60°C，通過膠體磨與加熱至130°C的中海油綏中36-1AH-70基質瀝青充分剪切混合制備出瀝青含量為63wt%的乳化瀝青。
[0029]按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)，對上述所制備的乳化瀝青進行性能測試:乳化瀝青為陽離子型，體積平均粒度為3.0 μπι，I天和5天的貯存穩定性分別為0.6%和3.0%，篩上剩余量為0.01%，蒸發殘留物含量為63.0wt%，與MS-3型玄武巖集料拌和為慢裂型，可拌和時間為大于170s，初凝時間32min。
[0030]對比實施例1
[0031]將實施例1中未對其結構中的胺基進行接枝改性而制備的中間體作為瀝青乳化劑，用于制備乳化瀝青，制備乳化瀝青的條件同實施例1。多所制備的乳化瀝青進行性能測試:乳化瀝青為陽離子型，體積平均粒度為3.6 μπι，I天和5天的貯存穩定性分別為0.7%和4.8%，篩上剩余量為0.05%，蒸發殘留物含量為64.0被％，與MS-3型玄武巖集料拌和，可拌和時間為105s，初凝時間35min。
[0032]實施例2
[0033]將摩爾比為1:1的癸酸與乙二胺加入三口燒瓶中，并加入占反應原料總重量為20wt %的甲苯，攪拌升溫至140°C，恒定溫度進行酰胺化反應4.0小時，然后在真空條件下(真空度0.092MPa)升高反應體系溫度至220°C，繼續進行環化反應6.0小時，脫除溶劑和生成的水，得到中間體，待溫度降至70°C后，將與中間體摩爾比為1:1.0的丙烯酸甲酯化合物配制為70wt%的乙醇溶液，并緩慢滴加至中間體中，滴加完畢后在80°C條件下攪拌進行加成反應1.0小時，即得到瀝青乳化劑產品。
[0034]將上述制備的微表處用瀝青乳化劑按乳化瀝青總質量的3.0wt%配制成水溶液，加入SBR膠乳(固含量占瀝青質量的3.0wt % )，用鹽酸將其調節pH值為2.0，加熱至55°C，通過膠體磨與加熱至120°C的中海油綏中36-1AH-90基質瀝青充分剪切混合制備出瀝青含量為60wt%的乳化瀝青。
[0035]對上述所制備的乳化瀝青進行性能測試:乳化瀝青為陽離子型，體積平均粒度為2.1 μ m，I天和5天的貯存穩定性分別為0.4%和2.3%，篩上剩余量為0.01 %，蒸發殘留物含量為62.4wt%，與MS-3型玄武巖集料拌和為慢裂型，可拌和時間為大于180s，初凝時間25min0
[0036]對比實施例2
[0037]將實施例2中未對其結構中的胺基進行接枝改性而制備的中間體作為瀝青乳化劑，用于制備乳化瀝青，制備乳化瀝青的條件同實施例2。對所制備的乳化瀝青進行性能測試:乳化瀝青為陽離子型