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(kāi)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(shuō)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(guó)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(lái)，我國(guó)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。基于乳化瀝青具有節(jié) 約能源、節(jié)省資源、延長(zhǎng)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(chē)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(kāi)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(kāi)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(yáng)離子型乳化劑，但是目前廣 泛使用的陽(yáng)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(wú)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(kāi)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(yáng)離子瀝青乳化劑。但是反應(yīng)過(guò) 程中需要加入苯磺酸作為催化劑，產(chǎn)物提純過(guò)程復(fù)雜且成本較高。
[0006] 發(fā)明專利CN104530445A公開(kāi)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(lái)源不穩(wěn)定，質(zhì)量無(wú)法保證的問(wèn)題。
[0007] 發(fā)明專利CN103923325A公開(kāi)了一種慢裂快凝型陽(yáng)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(yáng)離子瀝青乳化劑。本發(fā)明在乳化劑制備過(guò)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(wú)法工業(yè)化生產(chǎn)的問(wèn)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(kāi)了一種含乙氧基的雙陽(yáng)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(zhǎng)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(yáng)離子瀝青乳化劑。該乳化劑雖合成工藝簡(jiǎn) 單、價(jià)格低廉，但是該乳化劑中陽(yáng)離子基團(tuán)單一且需要通過(guò)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(lái) 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(guò)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(zhǎng) 鏈有機(jī)酸和有機(jī)胺經(jīng)酰胺化、環(huán)化過(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)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(jiǎn)單，無(wú)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(yáng)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(cè)試:乳化瀝青為陽(yáng)離子型，體