CN103709415B - 一种复合型慢裂慢凝沥青乳化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合型慢裂慢凝沥青乳化剂的制备方法，包括以下具体步骤：将植物油与浓硫酸加入到反应容器中，搅拌反应，然后加入水，搅拌反应，得到羟基化植物油；将羟基化植物油和丙三醇搅拌反应，加入水，混合均匀后，冷却，加入氢氧化钠，搅拌反应，加入磷酸盐，即得到复合型慢裂慢凝沥青乳化剂。本发明的优点在于：以植物油为原料，属于可再生资源，来源广泛，价格便宜，合成工艺简单，工艺条件容易实现，制备过程中“三废”零排放，符合国家环保政策和产业发展方向。不仅具有非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂的优点，并具有增效作用，复合型乳化剂的乳化能力强、用量少；制备的沥青乳液均匀细腻，储存稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合型慢裂慢凝沥青乳化剂的制备方法，属于有机精细化学品领域。
背景技术
石油沥青是道路交通、建筑防水及工业防腐等领域中重要的原材料。乳化沥青因其使用方便，节省能源，减少污染，延长施工时间等诸多优点，应用范围日益扩大。制备沥青乳液的关键原材料是沥青乳化剂，目前常用的沥青乳化剂有阴离子、阳离子、两性离子和非离子型表面活性剂。单一品种的沥青乳化剂难以满足不同来源的石油沥青，不同种类的石料及不同的道路施工使用性能的需要，将不同种类的沥青乳化剂复合使用，不仅可以克服各自的缺点，而且具有增效作用，提高乳化沥青的使用性能，扩大应用范围。近年来，文献报导的复合型沥青乳化剂主要集中在不同种类表面活性剂的复配：专利CN1060661A公开了一种以木质胺类表面活性剂为主体，掺加其它阳离子表面活性剂和相宜的助剂；专利CN101745340A公开了一种以酰胺类阳离子表面活性剂为主剂，掺加脂肪醇聚氧乙烯醚非离子表面活性剂和适宜的助剂，提高沥青乳液的储存稳定性，改善了沥青乳液的使用性能。逯艳华.复合沥青乳化剂研制[J].北方交通,2007,(4)，报导了采用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配型乳化剂制备沥青乳液，较好地解决了强碱性石料与阳离子乳化沥青配伍性差的问题。
植物油是从天然植物的果实或种子中提取的油脂，来源广泛，是一类重要的可再生资源。天然植物油的主要成分是甘油三脂肪酸酯，含有很多可供改性的官能团（如双键、羟基、羰基等），将植物油的官能团改性可制备多种植物油衍生物。近年来，有关植物油改性的文献报导主要集中在高分子材料助剂、生物柴油、油墨助剂、植物油多元醇、合成树脂及树脂固化剂、润滑剂、催化剂及表面活性剂等领域。张遵等.磺化蓖麻油酸的合成[J].应用化工,2007,36(2)：报导了以浓硫酸磺化蓖麻油制备磺化蓖麻油酸阴离子表面活性剂。曾小君等.新型非离子水性聚氨酯表面活性剂的制备及性能[J].高分子材料科学与工程,2008,24(3)：报导了以蓖麻油、甲苯二异氰酸酯、聚乙二醇为原料制备非离子表面活性剂。专利CN102726384A公开了一种新型植物油农药乳化剂，由三甘油脂肪酸酯、丙二醇丁醚、甘油和长链脂肪胺按一定比例复配而成。采用本专利申请的方法制备复合型沥青乳化剂，尚未见文献报导。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种非离子/阴离子表面活性剂复合型慢裂慢凝沥青乳化剂的制备方法，用该产品制得的沥青乳液具有慢裂慢凝性能，适用于道路交通施工中使用碱性石料时，沥青路面的透层油、基层封层，以及高速铁路阴离子CA砂浆。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：复合型慢裂慢凝沥青乳化剂的制备方法，包括以下具体步骤：
1）将植物油与浓硫酸按摩尔比1.0∶2.0～4.0加入到反应容器中，常温下搅拌反应1.0～3.0h，然后加入与植物油摩尔比为3.0～6.0∶1的水，在40～60℃搅拌反应0.5～1.5h，得到羟基化植物油；
2）将羟基化植物油和丙三醇以摩尔比1.0∶3.0～5.0在70～95℃搅拌反应3～8h后，加入占植物油质量50～100％的水，混合均匀后，冷却至50℃以下，加入与植物油摩尔比为5.0～10.0∶1.0的氢氧化钠，在40～60℃搅拌反应1.0～3.0h，加入占植物油质量5～20％的磷酸盐，即得到复合型慢裂慢凝沥青乳化剂。
按上述方案，所述的植物油为蓖麻油、豆油、菜籽油、桐油、棉籽油或玉米油。
按上述方案，所述的磷酸盐为磷酸钠、磷酸三钠或磷酸五钠。
本发明以植物油为原料，经过羟基化反应后，与甘油进行酯交换反应制备甘油单酯非离子表面活性剂，然后加碱将部分甘油酯皂化，制备阴离子表面活性剂，得到非离子/阴离子表面活性剂复合型慢裂慢凝沥青乳化剂。以玉米油为例，本发明所涉及反应方程式如下：
本发明的优点在于：以植物油为原料，属于可再生资源，来源广泛，价格便宜，合成工艺简单，工艺条件容易实现，制备过程中“三废”零排放，符合国家环保政策和产业发展方向。甘油单酯是常用的非离子型表面活性剂，长链脂肪酸盐是常用的阴离子表面活性剂，长脂肪链的多羟基化使两类表面活性剂具有更强的乳化能力及对石油沥青更好的适应性。非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂复合使用，不仅具有非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂的优点，并具有增效作用，复合型乳化剂的乳化能力强、用量少；制备的沥青乳液均匀细腻，储存稳定性好。复合型乳化剂中的长脂肪链上的多羟基及甘油为沥青乳液提供慢裂性能，磷酸盐的加入及反应过程中生成的硫酸钠作为沥青乳液的稳定剂，为沥青乳液提供更好的稳定性。
具体实施方式
下面所述的实施例是为了进一步说明本发明的具体内容，本发明的应用范围不受具体实施例的影响，具体的实施方式可以根据本发明的技术方案和使用时的具体情况来确定。
实施例1
将93.2g（约0.1mol）蓖麻油和40.0g（0.4mol）浓硫酸加入反应容器中，常温搅拌反应1.5h后，加入7.2g（0.4mol）水，在50℃搅拌反应1.0h，得到羟基蓖麻油（约0.1mol）。然后加入35.0g（0.38mol）甘油，在80℃搅拌反应6h后，加入80.0g水，搅拌混合均匀后，冷却至50℃以下，加入95.0g（0.95mol）40％氢氧化钠溶液，在50～55℃搅拌反应1.5h，降温至30℃，加入10.0g磷酸三钠，搅拌溶解后，即得到复合型沥青乳化剂。
乳化剂水溶液制备
将5.0g乳化剂加入到60～70℃的100.0g热水中，搅拌溶解后，得到乳化剂水溶液，保温待用。
沥青乳液的制备
开启胶体磨，先将60～70℃的乳化剂水溶液加入到预热后的胶体磨中，然后将加热至125～135℃的150.0g中石油70#石油沥青以细流状加入胶体磨中，循环研磨1分钟，即得到均匀、细腻的沥青乳液。
沥青乳液性能测试
实施例2
将88.0g（约0.1mol）豆油和40.0g（0.4mol）浓硫酸加入反应容器中，常温搅拌反应1.5h后，加入9.0g（0.5mol）水，在50℃搅拌反应1.0h，得到羟基豆油（约0.1mol）。然后加入35.0g（0.38mol）甘油，在80℃搅拌反应5h后，加入70.0g水，搅拌混合均匀后，冷却至50℃，加入95.0g（0.95mol）40％氢氧化钠溶液，在50～55℃搅拌反应1.5h，降温至30℃，加入10.0g磷酸钠，搅拌溶解后，即得到复合型沥青乳化剂。
乳化剂水溶液制备（同实施例1）
沥青乳液制备（同实施例1）
沥青乳液性能测试
实施例3
将100.0g（约0.1mol）菜籽油和35.0g（0.35mol）浓硫酸加入反应容器中，常温搅拌反应1.5h后，加入7.2g（0.4mol）水，在50℃搅拌反应1.0h，得到羟基化菜籽油（约0.1mol）。然后加入35.0g（0.38mol）甘油，在75～80℃搅拌反应6h后，加入85.0g水，搅拌混合均匀后，冷却至50℃，加入85.0g（0.85mol）40％氢氧化钠溶液，在50～55℃搅拌反应1.5h，降温至30℃，加入10.0g磷酸五钠，搅拌溶解后，即得到复合型沥青乳化剂。
乳化剂水溶液制备（同实施例1）
沥青乳液制备（同实施例1）
沥青乳液性能测试
实施例4
乳化剂制备
将87.0g（约0.1mol）桐油和40.0g（0.4mol）浓硫酸加入反应容器中，常温搅拌反应2.0h后，加入10.0g（0.56mol）水，在55℃搅拌反应1.5h，得到羟基化桐油（约0.1mol）。然后加入35.0g（0.38mol）甘油，在80～85℃搅拌反应5h后，加入70.0g水，搅拌混合均匀后，冷却至50℃，加入95.0g（0.95mol）40％氢氧化钠溶液，在50～55℃搅拌反应2.0h，降温至30℃，加入10.0g磷酸三钠，搅拌溶解后，即得到复合型沥青乳化剂。
乳化剂水溶液制备（同实施例1）
沥青乳液制备（同实施例1）
沥青乳液性能测试
实施例5
乳化剂制备
将88.0g（约0.1mol）棉籽油和25.0g（0.25mol）浓硫酸加入反应容器中，常温搅拌反应1.5h后，加入7.2g（0.4mol）水，在50℃搅拌反应1.0h，得到羟基化棉籽油（约0.1mol）。然后加入35.0g（0.38mol）甘油，在80～85℃搅拌反应5h后，加入70.0g水，搅拌混合均匀后，冷却至50℃，加入65.0g（0.65mol）40％氢氧化钠溶液，在45～50℃搅拌反应1.5h，降温至30℃，加入10.0g磷酸五钠，搅拌溶解后，即得到复合型沥青乳化剂。
乳化剂水溶液制备（同实施例1）
沥青乳液制备（同实施例1）
沥青乳液性能测试
实施例6
乳化剂制备
将88.0g（约0.1mol）玉米油和30.0g（0.3mol）浓硫酸加入反应容器中，常温搅拌反应1.5h后，加入8.1g（0.45mol）水，在50℃搅拌反应1.0h，得到羟基化玉米油（约0.1mol）。然后加入35.0g（0.38mol）甘油，在80～85℃搅拌反应5h后，加入70.0g水，搅拌混合均匀后，冷却至50℃，加入75.0g（0.75mol）40％氢氧化钠溶液，在45～50℃搅拌反应1.5h，降温至30℃，加入10.0g磷酸三钠，搅拌溶解后，即得到复合型沥青乳化剂。
乳化剂水溶液制备（同实施例1）
沥青乳液制备（同实施例1）
沥青乳液性能测试
Claims (2)
1.复合型慢裂慢凝沥青乳化剂的制备方法，包括以下具体步骤:
1)将植物油与浓硫酸按摩尔比1.0:2.0～4.0加入到反应容器中，常温下搅拌反应1.0～3.0h，然后加入与植物油摩尔比为3.0～6.0:1的水，在40～60℃搅拌反应0.5～1.5h，得到羟基化植物油，所述的植物油为蓖麻油、豆油、菜籽油、桐油、棉籽油或玉米油；
2)将羟基化植物油和丙三醇以摩尔比1.0:3.0～5.0在70～95℃搅拌反应3～8h后，加入占植物油质量50～100％的水，混合均匀后，冷却至50℃以下，加入与植物油摩尔比为5.0～10.0:1.0的氢氧化钠，在40～60℃搅拌反应1.0～3.0h，加入占植物油质量5～20％的磷酸盐，即得到复合型慢裂慢凝沥青乳化剂。
2.按权利要求1所述的复合型慢裂慢凝沥青乳化剂的制备方法，其特征在于所述的磷酸盐为磷酸钠、磷酸三钠或磷酸五钠。
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