季铵盐型羟丙基磷酸酯钠沥青乳化剂的合成与性能研究

发布时间：2020-05-03 15:44

【摘要】：季铵盐型沥青乳化剂因其良好的路用性能而被广泛研究及应用,本文自行设计以十八胺(C18H37NH2)为原料,经过季铵化反应制备了一系列产率较高的季铵盐型磷酸酯盐酰胺类和一种季铵盐型磷酸酯盐类沥青乳化剂:十八烷基-X-(3'-磷酸钠-2'-羟基丙基)氯化铵。其中,X分别为双(2-(2'-羟基丙氧基)丙基)、双(丙憸胺)、双(1-(N-羟甲基)丙酰胺)和双(1-(N,N-二甲基)丙酰胺)。将这4种沥青乳化剂记为B1～B4,并通过红外分析(FTIR)、元素分析(EA)和氢核磁共振(1H NMR)表征了其结构。利用铁氰化钾法测定目标产物产率并对影响反应产率的几个因素进行研究得出最优反应条件,采用Wilhelmy吊片法、电导率法和分水时间测定了所合成产物水溶液的表面张力(γ)及临界胶束浓度(CMC)值、乳化及聚集、吸附能力。利用吉布斯方程对其处于CMC下的水溶液进行热力学计算,得到饱和吸附量(rcmc)、吸附面积(Acmc)、胶束化标准自由能(△Gm0)、焓变(△Hm0和熵变(△Sm0)。十八烷基-双(2-(2'-羟基丙氧基)丙基)-(3'-磷酸钠-2'-羟基丙基)氯化铵(产物B1)由十八胺(C18H37NH2)、环氧氯丙烷(ECH)、环氧丙烷(EP)、磷酸二氢钠(NaH2PO(-2H20)为反应物,以异丙醇为反应溶剂经三步反应得到,对于第三步合成的条件优化结果为:反应温度(T)为70 ℃,反应时间(t)为4 h,原料摩尔比n[n=M(环氯氯丙烷):M(十八胺)]为1.40。在此反应条件下,产物B1产率可达85.88%。通过FTIR、元素分析(EA)和1H NMR对产物B1进行表征,结果表明与目标分子结构相同。产物B1在298K下的CMC为6.31×10-7 mol·L-1;在CMC下水溶液表面张力(γcmc)为44.21 mN·m-1,Γcmc为2.80× 10-3 mmol·m-2,Acmc为0.593 nm2·mol-1。通过乳化及与石料拌和性能测试表明:产物B1对AH-70乳化性良好,所制沥青乳液贮存稳定性良好,是一种快裂型沥青乳化剂。十八烷基-双(丙酰胺)-(3'-磷酸钠-2'-羟基丙基)氯化铵(产物B2)以十八胺(C18H37NH2)、丙烯酰胺(CH2=CHCONH2)、环氧氯丙烷(ECH)、和磷酸二氢钠(NaH2PO4·2H20)为反应物,以异丙醇为反应溶剂经三步反应得到,对于第三步合成的条件优化结果为:T为70℃,t为4h,M(环氯氟丙烷):M(十八胺,为1.30。在此反应条件下,产物B2产率为94.90%。通过FTIR、元素分析(EA)和1H NMR对B2进行表征,结果表明与目标分子结构相同。产物B2在298 K下的CMC为1.46×10-5 mol·L-1;γcmc为37.78 mN.m-1,rcmc为2.72×10-3 mmol·m-2,Acmc为0.611 nm2·mol-1。通过乳化及与石料拌和性能测试表明:产物B2对AH-70乳化性良好,所制沥青乳液贮存稳定性良好,同样为快裂型。十八烷基-双(1-(N-羟甲基)丙酰胺)-(3'-磷酸钠-2'-羟基丙基)氯化铵(B3)以十八胺(C18H37NH2)、N-羟甲基丙烯酰胺(CH2=CHCONHCH2OH)、环氧氯丙烷(ECH)和磷酸二氢钠(NaH2PO4·2H20)为原料,以异丙醇为反应溶剂经三步反应得到,对于第三步合成的条件优化结果为:T为75℃,t为5h,M(环氧氯丙烷):M(十(十八胺)为1.30。在最佳反应条件下,产物B3产率为95.91%。通过FTIR和1H NMR对B3进行表征,结果证明与目标分子结构相同。产物B3在298 K下的CMC为4.60×10-6 mol·L-1;γcmc为33.11 mN·m-1,Γcmc为 1.91 ×10-3 mmol·m-2,Acmc为0.8Y0nm2 ·mol-1。通过乳化及与石料拌和性能测试表明:产物B3对AH-70乳化性良好,所制沥青乳液贮存稳定性良好,同样为快裂型。十八烷基-双(1-(N,N-二甲基)丙酰胺)-(3'-磷酸钠-2'-羟基丙基)氯化铵(产物B4)以十八胺(C18H37NH2)、N,N-二甲基丙烯酰胺(CH2=CHCON(CH3)2)、环氧氯丙烷(ECH)、磷酸二氢钠(NaH2P04·2H20)为原料,以异丙醇为反应溶剂经三步反应得到,对于第三步合成的条件优化结果为:T为70℃,t为5h,M(环氧氯丙烷,:M(十八胺)为1.40。在最佳反应条件下,产物B4产率为95.65%。通过FTIR、元素分析(EA)和1H NMR对B4进行结构表征,结果表明与目标分子结构相同。产物B4在298 K下的CMC为1.15× 10-6 mol L-1;γcmc为27.72 mN·m-1,rcmc为 4.57× 1 0-3 mmol·m-2,Acmc为0.364 nm2·mol-1。通过乳化及与石料拌和性能测试表明:产物B4对AH-70乳化性良好,所制沥青乳液贮存稳定性良好,同样为快裂型。
【图文】：

乳化剂之后，这两相之间会形成一种单分子定向膜，所以两相之间的界面张力（Ｙｄｖｖ）逡逑会降低。同时，引入乳化剂会降低油相自行聚集的行为，从而会在水相中很好的逡逑分散开来，形成一种分散体系，此过程即沥青的乳化。微观原理见图１－２。逡逑图１－２乳化微观原理简图逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｅｍｕｌｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑３逡逑

、逦？逡逑图１－１乳化沥青的制备工艺逡逑Ｆｉｇ．邋１邋－１邋Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｄ邋ａｓｐｈａｌｔ逡逑乳化沥青中沥青颗粒能得以稳定以小颗粒形式存在是因为乳化剂分子本身逡逑的结构和性质所致。首先其分子ｉ｜：Ｍ４ｉ具有亲水基及亲脂基结构，当沥青颗粒均匀逡逑散开在水溶液里时，乳化剂分子的疏水端接触沥青颗粒表面并嵌进颗粒内部，直逡逑到其表面被最大程度的裹盖住；亲水基则排列在颗粒外部与水相连，此时颗粒表逡逑面会形成一种水合层，颗粒与颗粒之间从而不会靠近、聚拢，，乳液状态得以稳定逡逑存在。其次是使用中的乳化剂大多为离子型，同体系内因为同性相斥的原理沥青逡逑颗粒之间也不会靠拢，从而达到稳定。逡逑１．２．２乳化机理逡逑乳化其实就是相与相之间的融合，因为水的表面张力要比沥青大得多，加入逡逑乳化剂之后
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U414

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘群;刘海容;;阳离子沥青乳化剂的合成及性能[J];山西化工;2017年03期

2 许虎君;刘凡;肖富荣;卢峰;;油酰基苄基季铵盐沥青乳化剂的合成和性能[J];石油沥青;2017年04期

3 王冬美;安磊;张建中;崔巍;许云峰;佟天宇;;一种酰胺类阳离子沥青乳化剂的合成及应用[J];石油化工高等学校学报;2015年01期

4 尹永科;;石油沥青乳化剂选择及其性能分析[J];化学工程与装备;2012年08期

5 李成;;沥青乳化剂的研究[J];北方交通;2009年05期

6 宋晓燕,杜月宗,赵可,刘简华;阳离子沥青乳化剂的合成方法[J];石油沥青;2004年01期

7 刘素芳,何建云;阳离子沥青乳化剂简述[J];石油沥青;2004年06期

8 夏少青,施来顺,曹晓新,郭之宁,赵亚峰;新型阳离子沥青乳化剂的性能测试及研究[J];石油沥青;2003年02期

9 赵波兰;复合型双阳离子道路沥青乳化剂研制成功[J];公路;1998年12期

10 ;环保型沥青乳化剂[J];技术与市场;1999年10期

相关会议论文 前4条

1 郭彦强;刘福亮;张冬梅;曾国秀;陈亚芍;;阳离子沥青乳化剂的合成及性能[A];中国化学会第十二届全国应用化学年会论文集[C];2011年

2 陈玉成;;JY-2型和JY-3型阳离子沥青乳化剂的HLB值的测定[A];福建师大福清分校第十二届科学论文研讨会专辑论文集[C];2004年

3 项新里;范吉华;;快凝型重交沥青阳离子乳化剂试验研究[A];第一届全国公路科技创新高层论坛论文集新技术新材料与新设备卷[C];2002年

4 郭彦强;曾国秀;鲍琳;刘福亮;陈亚芍;;阳离子沥青乳液的制备及性能研究[A];中国化学会第十三届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2011年

相关重要报纸文章 前5条

1 欧阳斌　马玲;NE——6沥青乳化剂铺筑实验成功[N];中国化工报;2009年

2 记者 宋鹏　通讯员 欧阳斌 马玲;特色突围 克石化打出“独”家拳[N];中国石油报;2009年

3 本报记者 杨宝众 李婷;龙孚材料的“绿色使命”[N];中国交通报;2010年

4 谢添生 王双魁 钱钢;科技创新 构筑镇江新区发展新优势[N];镇江日报;2012年

5 靳援朝 朱天玉;用好科技 过好日子[N];中国交通报;2001年

相关硕士学位论文 前10条

1 于小梦;季铵盐型羟丙基磷酸酯钠沥青乳化剂的合成与性能研究[D];山东大学;2019年

2 李新;双油链、复合型沥青乳化剂的合成及应用[D];河北工业大学;2016年

3 刘媛媛;含空间位阻的慢裂快凝型季铵盐类沥青乳化剂的合成及应用[D];河北工业大学;2017年

4 马存飞;酰胺两性型沥青乳化剂的合成与性能研究[D];山东大学;2018年

5 张柯;SBS改性沥青乳化剂的合成及性能表征[D];武汉理工大学;2015年

6 石航;新型阳离子沥青乳化剂的合成及应用性能[D];中北大学;2013年

7 梁博;不同类型沥青乳化剂的合成及其乳化性能的研究[D];东北大学;2010年

8 邱辉;离子/非离子型复合沥青乳化剂的制备与应用[D];武汉理工大学;2012年

9 怀春雷;新型沥青乳化剂和沥青抗剥落剂的合成与性能表征[D];山东大学;2013年

10 孙梅杰;新型阳离子沥青乳化剂的合成与研究[D];山东大学;2015年

本文编号：2647754