一種雙子咪唑啉季銨鹽及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種快速開放交通型稀漿封層用瀝青乳化劑及其制備方法，更具體地 說是一種雙子咪唑啉季銨鹽及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國家公路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的日趨完善，養(yǎng)護(hù)管理在整個(gè)公路系統(tǒng)中的主導(dǎo)地位將逐 漸建立起來，我國公路將由大規(guī)模全面建設(shè)時(shí)期逐漸進(jìn)入養(yǎng)護(hù)時(shí)期?；谌榛癁r青具有節(jié) 約能源、節(jié)省資源、延長施工季節(jié)和減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是修復(fù)道路車轍、裂縫及 其他多種路面病害的最有效、最經(jīng)濟(jì)的手段之一。
[0003] 稀漿封層技術(shù)是采用機(jī)械設(shè)備將適當(dāng)級(jí)配的乳化瀝青、粗細(xì)集料、水、填料(水泥、 石灰、粉煤灰、石粉等)和添加劑等按照設(shè)計(jì)配比拌和成稀漿混合料攤鋪到原路面上形成的 薄層。由于這些乳化瀝青混合料稠度較稀呈漿糊狀，鋪筑厚度較薄，可以使磨損、老化、裂 縫、光滑、松散等路面?zhèn)μ幯杆俚玫交謴?fù)，起到防水、防滑、平整、耐磨和改善路面功能的 封層作用。
[0004] 快速開放交通型稀漿封層用乳化瀝青既要求與集料有足夠的可拌和時(shí)間，還要在 攤鋪后能迅速破乳成型，快速開放交通，因此對(duì)瀝青乳化劑提出了很高的技術(shù)要求，其性能 優(yōu)劣將直接影響施工質(zhì)量和進(jìn)度。稀漿封層用瀝青乳化劑為陽離子型乳化劑，但是目前廣 泛使用的陽離子型瀝青乳化劑結(jié)構(gòu)單一，多為中、快裂型或者慢凝類，無法滿足稀漿封層技 術(shù)慢裂快凝的要求。
[0005] 關(guān)于慢裂快凝型的瀝青乳化劑的有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道有:發(fā)明專利CN102580607A公開了 一種雙季銨鹽慢裂快凝瀝青乳化劑的合成工藝，該乳化劑以混合脂肪酸、脂肪族叔胺和環(huán) 氧氯丙烷為原料，經(jīng)酰胺化、季銨化反應(yīng)后得到雙季銨鹽型陽離子瀝青乳化劑。但是反應(yīng)過 程中需要加入苯磺酸作為催化劑，產(chǎn)物提純過程復(fù)雜且成本較高。
[0006] 發(fā)明專利CN104530445A公開了一種慢裂快凝型瀝青乳化劑的制備方法，該乳化劑 以工業(yè)妥爾油脂肪酸和木質(zhì)素為原料得到一種慢裂快凝型瀝青乳化劑。原料為天然產(chǎn)物， 價(jià)格雖便宜，但是存在來源不穩(wěn)定，質(zhì)量無法保證的問題。
[0007] 發(fā)明專利CN103923325A公開了一種慢裂快凝型陽離子瀝青乳化劑，該乳化劑由脂 肪酸、三乙烯四胺為原料，在加入有機(jī)溶劑、抗氧化劑、催化劑條件下得到一種慢裂快凝型 陽離子瀝青乳化劑。本發(fā)明在乳化劑制備過程中采用微波加熱技術(shù)，雖然使合成時(shí)間縮短， 但是存在無法工業(yè)化生產(chǎn)的問題;而且需要加入非離子型表面活性劑進(jìn)行物理混合后才能 滿足慢裂快凝的要求。
[0008] 發(fā)明專利CN104877146A公開了一種含乙氧基的雙陽離子瀝青乳化劑及其制備和 應(yīng)用。該乳化劑以脂肪醇聚氧乙烯醚、環(huán)氧丙基三甲基氯化銨、長鏈?zhǔn)灏泛铜h(huán)氧氯丙烷為原 料，在催化劑的作用下得到一種含乙氧基的雙陽離子瀝青乳化劑。該乳化劑雖合成工藝簡 單、價(jià)格低廉，但是該乳化劑中陽離子基團(tuán)單一且需要通過調(diào)節(jié)非離子基團(tuán)個(gè)數(shù)達(dá)到慢裂 快凝的效果，在乳化性能和慢裂快凝效果方面仍需改進(jìn)。
[0009] 經(jīng)上述分析，稀漿封層用乳化瀝青，要求與集料有足夠的可拌和時(shí)間，還要在攤鋪 后能迅速破乳成型，滿足慢裂快凝的要求。目前稀漿封層用瀝青乳化劑存在成本高、原料來 源不穩(wěn)定、慢裂快凝效果不好等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的之一在于提供一種性能優(yōu)異的雙子咪唑啉季銨鹽，該乳化劑可作為 稀漿封層用瀝青乳化劑。本發(fā)明通過對(duì)乳化劑分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將咪唑啉結(jié)構(gòu)引入到雙 季銨鹽分子中，從而得到一種乳化效果好、慢裂快凝效果好的瀝青乳化劑。
[0011] 本發(fā)明的目的之二在于提供一種雙子咪唑啉季銨鹽的制備方法。本發(fā)明首先以長 鏈有機(jī)酸和有機(jī)胺經(jīng)酰胺化、環(huán)化過程得到咪唑啉基體;然后以環(huán)氧氯丙烷和二烷基胺反 應(yīng)得到中間體;最后，將咪唑啉基體和中間體進(jìn)行反應(yīng)得到雙子咪唑啉季銨鹽。
[0012]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：
[0013] -種雙子咪唑啉季銨鹽，其結(jié)構(gòu)如下：
[0015] -種如上所述的雙子咪唑啉季銨鹽的制備方法，具體步驟如下：
[0016] 首先，以摩爾比為1:1.0~2.0的長鏈有機(jī)酸和有機(jī)胺為原料，加入占反應(yīng)物料總 重量20~50%的有機(jī)溶劑，攪拌升溫至140~180°C，恒定溫度反應(yīng)2~4h;在真空條件下升 高溫度至220~260°C為原料，繼續(xù)反應(yīng)2~6h，脫除溶劑和水，得到咪唑啉基體；
[0017] 然后，以摩爾比為1:2.0~3.0的二烷基胺和環(huán)氧氯丙烷為原料，加入占反應(yīng)物料 總重量30~50%的醇類溶劑1，向反應(yīng)體系內(nèi)滴加與環(huán)氧氯丙烷相同摩爾量的鹽酸，攪拌升 溫至20~60°C，恒定溫度反應(yīng)8~12h，脫除溶劑和未反應(yīng)物料，得到N-丁基-N，N-二(3-氯- 輕丙基)丁燒-I-銨鹽（中間體）；
[0018] 最后，以摩爾比為2.0~3.0 :1的咪唑啉基體和中間體為原料，加入占反應(yīng)物料總 重量30~60 %的醇類溶劑2,攪拌升溫至50~90°C，恒定溫度反應(yīng)10~14h，脫除溶劑和未反 應(yīng)物料，即得到雙子咪唑啉季銨鹽。
[0019] 在上述方案的基礎(chǔ)上，所述長鏈有機(jī)酸為癸酸、月桂酸、十四酸、棕櫚酸、硬脂酸、 油酸、環(huán)烷酸、妥爾油和松香酸中的一種或幾種。
[0020] 在上述方案的基礎(chǔ)上，所述的有機(jī)胺為乙二胺、羥乙基乙二胺、二乙烯三胺、三乙 烯四胺或四乙烯五胺。
[0021] 在上述方案的基礎(chǔ)上，所述的二烷基胺為二甲胺、二乙胺、二丙胺或二丁胺。
[0022] 在上述方案的基礎(chǔ)上，所述的有機(jī)溶劑為甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯、對(duì)二甲苯、混 二甲苯或石油醚;所述的醇類溶劑為乙醇、丙醇、丁醇、異丙醇和異丁醇中的一種或幾種;所 述的醇類溶劑為乙醇、丙醇、丁醇、異丙醇或異丁醇。
[0023] 本發(fā)明所提供的一種雙子咪唑啉季銨鹽，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1)本發(fā)明的瀝青乳化 劑，所用原料價(jià)廉易得，制備工藝簡單，無需使用催化劑，生產(chǎn)成本低；（2)在分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 上，將雙季銨鹽結(jié)構(gòu)引入到乳化劑分子中，提高了乳化劑的水溶性和乳化性能；同時(shí)增加了 陽離子的數(shù)量，顯著降低乳化瀝青破乳速度；（3)該瀝青乳化劑對(duì)不同瀝青均具有良好的乳 化能力，制備的乳化瀝青均勻細(xì)膩，儲(chǔ)存穩(wěn)定性好，可用于稀漿封層乳化瀝青，也可用于微 表處乳化瀝青。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 實(shí)施例1
[0025] 首先，以摩爾比為1:1的癸酸和乙二胺為原料，加入占反應(yīng)物料總重量20%的甲 苯，攪拌升溫至140°C，恒定溫度反應(yīng)4h;在真空條件下升高溫度至220°C為原料，繼續(xù)反應(yīng) 2h脫除溶劑和水，得到咪唑啉基體。然后，以摩爾比為1:2.0的二甲胺和環(huán)氧氯丙烷為原料， 加入占反應(yīng)物料總重量30%的乙醇，向反應(yīng)體系內(nèi)滴加與環(huán)氧氯丙烷相同摩爾量的鹽酸， 攪拌升溫至20°C，恒定溫度反應(yīng)12h，脫除溶劑和未反應(yīng)物料，得到N-丁基-N，N-二(3-氯-2-羥丙基)丁烷-1-銨鹽（中間體）。最后，以摩爾比為2:1的咪唑啉基體和中間體為原料，加入 占反應(yīng)物料總重量30%的丙醇，攪拌升溫至50°C，恒定溫度反應(yīng)10h，脫除溶劑和未反應(yīng)物 料，即得到雙子咪唑啉季銨鹽。
[0026] 將所述的雙子咪唑啉季銨鹽按乳化瀝青總質(zhì)量的1.0 %配制成水溶液，并用酸調(diào) 節(jié)乳化劑水溶液pH值至2，加熱至40°C;重交道路瀝青加熱到140°C，在膠體磨中剪切60s制 得固含量為55%的乳化瀝青。
[0027] 對(duì)上述所制備的乳化瀝青進(jìn)行性能測試:乳化瀝青為陽離子型，體