劉 群， 劉海容

(山西省化工研究所(有限公司)，山西 太原 030001)

陽離子瀝青乳化劑的合成及性能

劉 群， 劉海容

(山西省化工研究所(有限公司)，山西 太原 030001)

介紹了近年來國內主要路用慢裂、中裂、慢裂快凝陽離子瀝青乳化劑的結構、合成方法、性能。產品先后經交通運輸部相關部門檢測，瀝青乳液質量均符合交通部公布的JTJ052-93標準。

陽離子瀝青乳化劑；結構；合成方法；性能

1 概述

陽離子瀝青乳化劑是表面活性劑的一種，主要用于道路瀝青的乳化。在一定的配比和溫度下，將水、瀝青和乳化劑水溶液通過膠體磨形成穩(wěn)定的水包油型(O/W)乳狀液。用陽離子瀝青乳化劑制備的陽離子乳化瀝青，瀝青微粒帶正電荷，與帶負電荷的骨料接觸時，和骨料表面的負電荷異性相吸，乳化瀝青中瀝青微粒能牢固、均勻地吸附到骨料表面，即使骨料表面處于潮濕狀態(tài)，仍可吸附結合，增強了瀝青和骨料間的黏結力，導致乳液很快破乳，縮短了開放交通時間。相反，使用陰離子乳化瀝青，瀝青微粒帶負電荷，與潮濕骨料拌和時，骨料表面的負電荷與瀝青微粒的負電荷同性相斥，導致瀝青微粒不能盡快地黏附到骨料表面，破乳固化依靠乳液水分的蒸發(fā)來完成。特別是在低溫、潮濕的天氣時施工，影響施工質量，開放交通時間長。由此，使陰離子乳化瀝青的使用和發(fā)展受到限制，形成了乳化瀝青的發(fā)展，經歷了從陰離子乳化瀝青到陽離子乳化瀝青的發(fā)展過程。

陽離子乳化瀝青代替熱瀝青施工，具有節(jié)約能源、節(jié)省瀝青、提高工效、延長施工季節(jié)、減少環(huán)境污染眾多長處，普遍受到人們的重視。特別是近30年來，陽離子瀝青乳化劑發(fā)展非常迅速，品種、產量與日俱增，并已取得顯著的經濟效益、社會效益和環(huán)境效益，有著廣泛的應用前景。

2 國內主要陽離子瀝青乳化劑的合成及性能

2.1 木質胺類陽離子瀝青乳化劑

木質素是植物中與纖維素伴生的主要成分，廣泛存在于樹木及禾本植物中，是造紙蒸煮制漿過程中排出廢液中的一種主要成分。木質素是由苯基丙烷單元通過醚鍵和碳碳鍵連接而成的復雜天然高分子化合物。不同的植物和制漿工藝分離的木質素結構和相對分子質量分布有很大的差別。含有大量木質素造紙廢液的排放，不僅嚴重污染了環(huán)境，而且浪費了大量的物質資源。鑒于我國的木質素資源豐富，來源較廣，我國于20世紀80年代初首先確定開展以取之不盡、用之不竭的這種天然再生資源為基本原料合成木質胺類陽離子瀝青乳化劑，經過多年不懈的努力，終于研制出一系列木質胺類陽離子瀝青乳化劑。

木質胺類瀝青乳化劑是一類常用的慢裂型陽離子瀝青乳化劑，可單獨使用，使瀝青乳液具有慢裂特性；也可與其他陽離子型或非離子型乳化劑復合使用，達到能隨意調整破乳速度的目的，用于制備快、中、慢各種不同技術性能的陽離子乳化瀝青。

木質胺類陽離子瀝青乳化劑產品有兩種類型，即，季銨鹽型和叔胺型。

2.1.1 季銨鹽型木質胺瀝青乳化劑(代號RH—CO1乳化劑)的合成及性能

合成方法：于30 ℃～40 ℃下，三甲胺鹽酸鹽與環(huán)氧氯丙烷先發(fā)生式(1)反應，后與氫氧化鈉反應，由氯醇形式的化合物生成環(huán)氧形式的化合物，見式(2)，接著，該化合物與木質素在堿催化劑作用下，于40 ℃～45 ℃反應，制得產物為棕色黏稠均相流動態(tài)RH—CO1乳化劑，見式(3)。RH—CO1乳化劑制得勝利100#瀝青乳液性能試驗報告見表1，RH—CO1乳化劑制得勝利100#瀝青乳液蒸發(fā)殘留物試驗報告見表2。

表1 RH—CO1乳化劑制得勝利100#瀝青乳液性能試驗報告

表2 RH—CO1乳化劑制得勝利100#瀝青乳液蒸發(fā)殘留物試驗報告

2.1.2 叔胺型木質胺瀝青乳化劑(代號RH—CO2乳化劑)的合成及性能

RH—CO2乳化劑是繼RH—CO1乳化劑之后開發(fā)的新一代木質胺瀝青乳化劑，它仍以原料成本低廉、來源豐富的木質素為主要原料，具有合成工藝簡單，設備投資少，產品成本低等優(yōu)點。

RH—CO2乳化劑是我國目前普遍采用的慢裂型瀝青乳化劑，適用于慢裂型瀝青乳液的制備，主要用于稀漿封層、下封層、透層油、冷拌冷鋪、冷再生、修補坑槽等。

合成方法：由木質素、甲醛和二甲胺在催化劑的作用下，于90 ℃發(fā)生Mannich反應，制得產物為棕色黏稠均相流動液態(tài)RH—CO2乳化劑，其反應式如式(4)。RH—CO2乳化劑制得勝利100#瀝青乳液性能試驗報告見表3。

+(CH3)2NH+HCHOCH2N(CH3)2+H2O (4)

表3 RH—CO2乳化劑制得勝利100#瀝青乳液性能試驗報告

2.2 季銨鹽陽離子瀝青乳化劑

由于乳化劑分子結構中引入活性基團—OH，并含有2個季銨基團，其水溶液表面張力有顯著降低，親水性能增加，對于水具有良好的溶解性。

RH—CO3乳化劑是我國目前應用量最大的中裂型乳化劑，適用于噴灑型瀝青乳液的制備，主要用于黏層油、碎石封層等。

合成方法：首先，三甲胺鹽酸鹽與環(huán)氧氯丙烷在水介質中于30 ℃～40 ℃反應，生成中間體，見式(5)，然后，于70 ℃下，中間體和脂肪伯胺進行親核取代反應，制得產物為白色或淡黃色膏狀RH—CO3乳化劑，見式(6)。RH—CO3乳化劑制得濱洲AH-90#瀝青乳液性能試驗報告見表4。

(5)

(6)

式中：R為C16～C18。

表4 RH—CO3乳化劑制得濱州AH-90#瀝青乳液性能試驗報告

2.3 脂肪酰胺基多胺類陽離子瀝青乳化劑

上述2種木質胺類陽離子瀝青乳化劑具有價廉高效，乳化能力強，能將多種瀝青乳化，制得的瀝青乳液貯存穩(wěn)定，性能良好的優(yōu)勢。在推廣稀漿封層初期乃至現在和未來的瀝青路面維修與維護中仍占據重要的地位。但由于這類乳化劑制備的瀝青乳液，瀝青微粒所帶的正電荷比較弱，破乳固化成型在一定程度靠水分蒸發(fā)，封層后開放交通時間長達2 h～3 h，甚至更長，影響到在交通干線和高等級公路上的推廣。為了配合稀漿封層、微表處理技術在全國大力推廣應用，確立進一步研發(fā)多品種、高效的慢裂快凝陽離子瀝青乳化劑作為研制目標。最近幾年，對合成原料通過選擇及改性后，已研制出一系列脂肪酰胺基多胺瀝青乳化劑產品。其中，有的品種解決了在配制乳化劑水溶液時，不需加酸調pH值，避免了加酸造成對設備的腐蝕及環(huán)境污染；有的品種針對高溫季節(jié)施工時，瀝青乳液與骨料拌和、攤鋪困難而開發(fā)的；有的品種適用于隧道、夜間低溫環(huán)境下施工，具有改善、縮短稀漿封層、微表處低溫下的養(yǎng)生速度。

脂肪酰胺基多胺類瀝青乳化劑，適用于慢裂快凝瀝青乳液的制備，主要用于稀漿封層、微層處。

MK系列乳化劑是一類具有特殊結構和性能的脂肪酰胺基多胺化合物。該系列乳化劑由于分子結構中帶有多個胺基基團，這些胺基基團能起到暫時性空間阻礙及緩沖作用，有助于瀝青與骨料的黏附，達到慢裂快凝快開放交通的效果。

合成方法：首先，在催化劑作用下，將不飽和脂肪酸與富馬酸，于200 ℃左右通過Diels-Alder環(huán)加成后、分離制得C22-三羧酸，見式(7)。然后，C22-三羧酸與乙撐胺(或改性的乙撐胺)在催化劑作用下，于210 ℃～220 ℃，縮合制得棕色黏稠均相流動液態(tài)MK系列乳化劑，見式(8)。其中，代號MK-3型、MK-4型乳化劑的瀝青乳液性能試驗報告分別見表5、表6。

(7)

式中，X和Y為3～9的整數，X與Y之和等于12。

(8)

式中，R=—(CH2CH2NH)ZH，Z=2，3。

表5 MK-3型乳化劑制得濱州AH-90#瀝青乳液性能試驗報告

3 結語

結合我國目前陽離子瀝青乳化劑發(fā)展現狀，應進行以下的研究開發(fā)：

1) 目前，仍將慢裂快凝型陽離子瀝青乳化劑和聚合物改性瀝青乳液稀漿封層、微表處理技術作為本行業(yè)的研究開發(fā)的重點。

表6 MK-4型乳化劑制得濱州AH-90#瀝青乳液性能試驗報告

2) 按分子設計思路和科學程序從乳化劑分子結構和理論上加強稀漿封層、微表處用陽離子乳化瀝青破乳過快或過慢及對不同瀝青、骨料適應差方面存在的問題與乳化劑分子結構關系的研究，用以指導我國稀漿封層、微表處用陽離子瀝青乳化劑的研究、生產和應用。

3) 拓寬陽離子乳化瀝青的應用領域，大力推廣陽離子乳化瀝青在高等級路面及高速公路養(yǎng)護和建設方面的應用。

Synthesisandpropertiesofcationicasphaltemulsifier

LiuQun,LiuHairong

(ShanxiChemicalResearchInstituteCo.,Ltd.,TaiyuanShanxi030001,China)

The structure, synthesis methods, properties of slow-cracking, middle-cracking, slow-cracking and quick-curing cationic asphalt emulsifier mainly used for domestic road in recent years are introduced. The products are successively detected by related department of transportation inspection. And the quality of asphalt emulsion is in line with the JTJ052 93 standard released by Ministry of Transportation.

cationic asphalt emulsifier; structure; synthesis method; performance

2017-03-20

劉 群，男，1937年出生，1964年畢業(yè)于西安石油學院，本科，高級工程師，從事精細化工研究工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.09

TQ423.92；TE624.8+5

A

1004-7050(2017)03-0028-05

綜述與論壇