PL205142B1 - Emulgator oraz sposób otrzymywania emulgatora - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest emulgator do produkcji kationowych bitumicznych emulsji oraz sposób jego otrzymywania. Wynalazek odnosi się do kationowych, z zawartością amin, bitumicznych emulgatorów, które są używane do otrzymywania bitumicznych emulsji, wykorzystywanych w zastępstwie gorącego asfaltu przy budowie i remoncie nawierzchni drogowych.

Znany jest z opisu patentowego FR 2071278 sposób otrzymywania kationowych powierzchniowo-aktywnych substancji metodą kondensacji trzeciorzędowych amin z chlorobenzenem (aminy przy tym są otrzymywane na bazie alkoholi tłuszczowych i dwumetyloaminy).

Znany jest z opisu patentowego RU 2124936 sposób otrzymywania emulgatora do kationowych bitumicznych emulsji poprzez kondensację alkilodwumetyloamin z organicznymi chlorkami. Jako organiczne chlorki wykorzystuje się dwuchloropropany i/iub 1,2 dwuchloropropen-2. Molowy stosunek alkilodwumetyloaminy do dwuchloropropanów i/iub 1,2 dwuchloropropen-2 wynosi 1:0,1-1. Otrzymaną mieszankę neutralizuje się kwasem solnym do pH 7.

Z opisu patentowego GB 773622 znany jest kationowoaktywny emulgator do produkcji bitumicznych emulsji, które są otrzymywane poprzez kondensację mono- lub poliaminoalkanów lub ich mieszanek z pozostałościami po destylacji kwasów: laurynowego, palmitynowego, stearynowego, linolowego, talowego lub ich estrów lub laktonów, lub mieszanek tych związków.

Znany jest też z opisu patentowego US 5085704, kationowoaktywny emulgator, który jest produktem reakcji polialkilenopoliamin z poliwęglowymi kwasami i ich bezwodnikami. Emulgator ten zabezpiecza utworzenie jednorodnej, stabilnej, bitumicznej emulsji. Jednakże niska zawartość wolnych grup aminowych nie pozwala zabezpieczyć dostatecznej przyczepności asfaltu do materiału kamiennego i dlatego wykorzystanie jego wymaga dodatkowego wprowadzenia czynnika adhezyjnego do bitumu przed przygotowaniem emulsji, co w rezultacie powoduje utrudnienia w procesie technologicznym otrzymania emulsji i podraża gotową produkcję.

Znany jest też z opisu patentowego RU 2241012 kationowoaktywny emulgator KADEM-BT, o liczbie aminowej (mg HCl/g) nie mniej niż 150 i liczbie kwasowej 0,6 mg KOH/g. Sposób jego otrzymania polega na reakcji kwasów pochodzenia zwierzęcego lub roślinnego (C16-C20) z polietylenopoliaminami.

Najbardziej zbliżony do proponowanego wynalazku jest znany emulgator do produkcji kationowych bitumicznych emulsji otrzymywany poprzez wzajemne oddziaływanie polietylenopoliaminy z kwasami (w szczególności roślinnego pochodzenia) - znany z opisu patentowego RU 2230084. Otrzymywany jest on w drodze kondensacji nasyconych i nienasyconych kwasów C10-C20 z polietylenopoliaminami, w skład których wchodzi od 90 do 100% związków z liczbą atomów azotu nie mniej niż 4. Kondensacji dokonuje się przy temp. 150 - 250°C przy ciągłym mieszaniu. Dolną granicę temperatury syntezy określa fakt, iż przy niższych temperaturach nie tworzą się grupy imidazolinowe, co nie pozwala otrzymać produktu o odpowiednim składzie. Górna granica temperatury syntezy określana jest tym, że przy wyższych temperaturach zaczyna się termiczna destrukcja zarówno wyjściowych komponentów, jak i produktów reakcji. Po przeprowadzeniu kondensacji produkt, jeśli istnieje taka konieczność, kieruje się do rozrzedzenia rozcieńczalnikiem (do 15 obj. %).

Wadą emulgatora, otrzymywanego powyższym sposobem, są niedostatecznie wysokie własności eksploatacyjne, a szczególnie, niska stabilność przy przechowywaniu bitumicznych emulsji klasy EKB-1 (szybkorozpadające się).

Celem zaproponowanego wynalazku jest otrzymanie emulgatora, pozwalającego podnieść stabilność bitumicznych emulsji przy przechowywaniu oraz polepszenie ich przyczepności (adhezji).

Ten powyższy rezultat techniczny osiąga się w ten sposób, iż w metodyce otrzymywania emulgatora do produkcji kationowych emulsji bitumicznych poprzez oddziaływanie polietylenopoliaminy na kwasy tłuszczowe pochodzenia roślinnego jako polietylenopoliaminę wykorzystuje się dwuetylenotrójaminę (DETA), a jako oleje pochodzenia roślinnego - mieszankę olejów: kokosowego, palmowego i rzepakowego przy ich stosunku masowym odpowiednio: (1-8) : (1-8) : (1-8). Proces ten polega na zmieszaniu 1,1 - 1,5 cz. wag. DETA z 1 cz. wag. mieszanki olejów roślinnych przy 120 - 130°C, nagrzaniu otrzymanej mieszanki z prędkością 7,0 - 7,5°C/10 min do temp. 210 - 215°C, utrzymaniu tej temperatury z jednoczesnym wytwarzaniem próżni z prędkością 0,07 - 0,09 atm./10 min do końcowego ciśnienia 0,14 - 0,16 atm. i oddestylowaniem nadwyżki DETA a następnie schłodzeniem otrzymanego produktu.

Wskazane jest wykorzystanie do 71% wag. recyrkulacyjnej DETA w stosunku do ogólnej ilości DETA wziętej do reakcji.

PL 205 142 B1

Korzystne jest przeprowadzenie oczyszczenia recyrkulacyjnej DETA poprzez nagrzanie w strumieniu azotu przy temperaturze 90 - 125°C w próżni pod ciśnieniem 0,13 - 0,15 atm.

Techniczny rezultat osiąga się również dlatego, że emulgator do produkcji kationowych bitumicznych emulsji na bazie alkiloamidoamin otrzymany opisanym wyżej sposobem występuje jako mieszanina:

N-(2-alkiloetyleno)-N-(2-aminoetyleno)-aminy zgodnie ze wzorem 1:

R-CONHC2H4NHC2H4NH2 (1) i N,N-dwu-(2-aminoetyl)-alkiloamidu zgodnie ze wzorem 2:

R-CON(C2H4NH2)2 (2) przy ich molowym stosunku odpowiednio 2:1, gdzie R oznacza alkilową pozostałość wyższych kwasów tłuszczowych z mieszanki olejów kokosowego, palmowego i rzepakowego przy ich stosunku masy odpowiednio: (1-8) : (1-8) : (1-8).

P r z y k ł a d 1

Do reaktora ze stali nierdzewnej o objętości 1 I, wyposażonego w mieszadło, termometr, kondensator, próżniometr, dwa próżniowe zbiorniki o objętości 0,1 l i 0,5 l ładuje się 306 g (67% masy od całkowitej ilości ładowanej DETA) recyrkulacyjnej DETA i 151 g 99% DETA. Rozpoczyna się puszczanie strumienia azotu w ilości 150 ml/godz. Kondensator włącza się na zbiornik próżniowy o obj. 0,1 l. W reaktorze zostaje wytworzona próż nia do ciś nienia 0,14 atm. Jednocześ nie podgrzewa się go do temp. 125°C w ciągu 1,5 godz. oddestylowując przy tym około 31 g wodnego roztworu lekkiej frakcji amin. Po osiągnięciu temp. 125°C kontynuuje się oddestylowanie w ciągu 15 min, a następnie do reaktora załadowuje się 368 g mieszanki olejów w stosunku: kokosowy (ok): palmowy (op): rzepakowy (orz) = 2,5 : 5,0 : 2,5 (stosunek masy DETA do mieszanki olejów 1,24 : 1) i zawartość, mieszając, nagrzewa się do temp. 210°C. Po osiągnięciu w reaktorze temp. 210°C, kondensator włącza się na zbiornik próżniowy o obj. 0,5 l i zaczyna się wytwarzać próżnię nad masą reakcyjną przy temp. 210°C. Proces wytwarzania próżni kontynuuje się do końcowego ciśnienia 0,15 atm. W procesie wytwarzania próżni i przy następującym przetrzymaniu mieszaniny reakcyjnej w ciągu 0,5 godz. oddestylowuje się około 306 g recyrkulacyjnego DETA. Po oddzieleniu recyrkulacyjnego DETA masę reakcyjną schładza się w próżni w strumieniu azotu do temp. 70°C. Otrzymuje się 508 g jasnobrązowego lepkiego płynu, który zgodnie z rezultatami ilościowej analizy w zakresie funkcyjnych grup - jest mieszanką alkiloamidoamin o wzorze (1) i wzorze (2) przy ich molowym stosunku odpowiednio 2:1.

Analiza funkcyjnych grup:

Ogólna zawartość miareczkowanego azotu - 7,51%

Zawartość pierwotnego azotu - 6,19%

Zawartość wtórnego azotu - 1,23%

Część molowa związku o wzorze (1) w mieszaninie - 0,66

Część molowa związku o wzorze (2) w mieszaninie - 0,33

Zawartość nielotnych substancji - 96,7%

Gęstość w temp. 40°C - 0,9230 g/cm³.

Emulgatory na podstawie innych przykładów otrzymuje się analogicznie. Załadunek wyjściowych substancji i warunki otrzymania emulgatora pokazane są w tabeli 1. W tabeli 2 pokazane są właściwości emulsji bitumicznych (przykłady 1 - 4) oraz z wykorzystaniem emulgatora wg patentu RU 2230084 (przykład 5). Skład emulsji bitumicznej: bitum marki BND 90/130 - 50,00 mas.%, emulgator 0,25 mas.% , kwas solny (35%) - 0,25 mas.%, reszta - woda.

T a b e l a 1

Warunki otrzymywania emulgatorów	Przykład nr
1	2	3	4
1	2	3	4	5
Stosunek masowy ok:op:orz	2,5:5:2,5	1:8:1	8:1:1	1:1:8
Stosunek masowy DETA : olej	1,24:1	1,3:1	1,5:1	1,1:1
Temperatura mieszania °C	125	120	130	120

PL 205 142 B1 cd. tabeli 1

1	2	3	4	5
Szybkość nagrzewania °C/10 min	7,0	7,5	7,0	7,5
Temperatura nagrzewania °C	210	215	215	210
Szybkość próżnowania, atm./min	0,08	0,07	0,08	0,09
Ciśnienie końcowe, atm.	0,15	0,16	0,15	0,14
Ilość recyrkulacyjnej DETA; % wag. z ogólnej ilości DETA w reakcji	67	68	63	71

oznaczenia:

ok - olej kokosowy op - olej palmowy orz - olej rzepakowy

DETA - dwuetylenotrójamina

T a b e l a 2

Właściwości emulsji bitumicznych	Przykład Nr
1	2	3	4	5
Jednorodność (pozostałości na sicie 0,14 mm), %	0,07	0,08	0,09	0,09	0,2
Stabilność w czasie przechowywania przez 7 dób (pozostałość na sicie 0,14 mm), %	0,10	0,12	0,12	0,12	0,3
Stabilność w czasie przechowywania przez 30 dób (pozostałość na sicie 0,14 mm), %	0,19	0,19	0,20	0,21	0,45
Przyczepność do tłucznia (pokrycie powierzchni tłucznia), %	99	100	99	100	98

Zastrzeżenia patentowe

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Emulgator do produkcji kationowych bitumicznych emulsji na bazie alkiloamidoamin, znamienny tym, że składa się z N-(2-alkiloetyleno)-N-(2-aminoetyleno)-aminy o wzorze 1:

   R-CONHC2H4NHC2H4NH2 (1) oraz N,N-dwu-(2-aminoetyl)-alkiloamidu o wzorze 2:

   R-CGN (C2H4NH2)2 (2) przy ich molowym stosunku odpowiednio 2:1, gdzie R oznacza alkilową pozostałość wyższych kwasów tłuszczowych z mieszanki olejów kokosowego, palmowego i rzepakowego przy ich stosunku masowym odpowiednio (1-8) : (1-8) : (1-8).
2. 2. Sposób otrzymywania emulgatora dla produkcji kationowych bitumicznych emulsji poprzez wzajemne oddziaływanie polietylenopoliaminy z olejami pochodzenia roślinnego w podwyższonej temperaturze, znamienny tym, że jako polietylenopoliaminy stosuje się dwuetylenotrójaminę (DETA) a jako olej pochodzenia roślinnego stosuje się mieszankę olejów: kokosowego, palmowego i rzepakowego w stosunku masowym odpowiednio: (1-8) : (1-8) : (1-8) a proces prowadzi się poprzez zmieszanie 1,1 - 1,5 części wagowych dwuetylenotrójaminy z 1 częścią wagową mieszanki olejów roślinnych przy temperaturze 120 - 130°C, następnie nagrzewa się otrzymaną mieszankę z szybkością 7,0 7,5°C/10 minut do temperatury 210 - 215°C, przetrzymuje przy tej temperaturze z jednoczesnym wytworzeniem próżni z szybkością 0,07 - 0,09 atm./10 min do końcowego ciśnienia 0,14 - 0,16 atm. i oddestylowuje nadwyżkę dwuetylenotrójaminy przy jednoczesnym schładzaniu otrzymanego produktu.
3. 3. Sposób według, zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się dwuetylenotrójaminę zawierającą do 71% wagowych recyrkulacyjnej DETA do ogólnej ilości DETA, wziętej do reakcji.
4. 4. Sposób według zastrz.. 3, znamienny tym, że oczyszczanie recyrkulacyjnej dwuetylenotrójaminy prowadzone jest metodą jej nagrzewania w strumieniu azotu przy temp. 90 - 125°C w próżni z ciś nieniem koń cowym 0,13 - 0,15 atm.