Gainazal-aktiboen aplikazioa errepideen ingeniaritzan

Gainazal-aktiboen agenteak (gainazal-aktiboen substantzia gisa ere ezagunak) ezinbesteko laguntzaile kimikoak dira industriaren eta nekazaritzaren garapenean, dosi txikiekin emaitza esanguratsuak lortzeko abantaila dute. Batez ere Bigarren Mundu Gerraren ondoren, industria petrokimikoaren garapenarekin, azkar sortzen ari den gainazal-aktibo sintetikoen industriak gainazal-aktiboen aplikazioa sustatu du hainbat arlotan, hala nola petrolioan, ehungintzan, pestizidetan, tratamendu medikoan, metalurgian, meatzaritzan, makinetan, eraikuntzan, errepideetan, hegazkingintzan, elikagaietan, ingurumenaren babesean, garbiketan eta tindaketan, etab. Artikulu honek gainazal-aktiboen aplikazioa errepideen ingeniaritzan asfalto emultsionatzaile gisa aurkeztean zentratuko da.

1. DefinizioaGainazal-aktiboen

Epe luzeko ekoizpen-praktikan, jendeak aurkitu du substantzia batzuen disoluzioek disolbatzaileen gainazaleko propietateak nabarmen alda ditzaketela kontzentrazio oso baxuetan ere, eta horrek ekoizpen-eskakizun batzuetarako egokiak bihurtzen ditu, hala nola disolbatzailearen gainazaleko tentsioa edo gainazaleko tentsioa murriztea, bustigarritasuna, garbitasuna, emultsionatzaile eta aparra sortzeko propietateak handitzea, etab. Xaboia, eguneroko bizitzan askotan erabiltzen dena, substantzia horietako bat da. Xaboia bezalako substantzien ezaugarri nabarmena da uretan kantitate txiki bat gehitzeak uraren gainazaleko tentsioa asko murriztu dezakeela.

Zientziaren eta teknologiaren aurrerapenarekin eta ekoizpenaren garapenarekin, jendeak substantzia horien propietate eta funtzioei buruzko ikerketa sakonak egin ditu eta surfaktanteen definizio nahiko zehatza eman du. Hau da, surfaktantea disolbatzaile baten (normalean ura) gainazaleko tentsioa (edo likido-likido gainazaleko tentsioa) kontzentrazio oso baxuetan nabarmen murriztu dezakeen substantzia kimikoa da, sistemaren gainazaleko egoera aldatu eta, horrela, hainbat efektu sortuz, hala nola bustitzea eta bustitzearen aurkakoa, emultsionatzea eta desemultsionatzea, sakabanatzea eta koagulatzea, aparra sortzea eta apar-kentzea, eta disolbagarritzea.

2. Gainazal-aktiboen ezaugarri estrukturalak

Gainazal-aktiboen molekulek propietate guztiz desberdinak dituzten bi zati dituzte: zati bat talde lipofilikoa da (talde hidrofobo gisa ere ezagutzen dena), olioarekiko afinitatea duena, eta beste zatia talde hidrofilikoa da (talde oleofobo gisa ere ezagutzen dena), urarekiko afinitatea duena. Gainazal-aktiboen egitura-ezaugarri honek, uretan disolbatzen direnean, talde hidrofilikoak ur molekulek erakartzea eragiten du, eta talde lipofilikoak, berriz, ur molekulek uxatzea. Egoera ezegonkor hori gainditzeko, likidoaren gainazala okupatu behar dute, talde lipofilikoak atmosferara eta talde hidrofilikoak uretara hedatuz.

Gainazal-aktibo molekulen ezaugarri estrukturala molekula anfifilikoak izatea bada ere, ez dira molekula anfifiliko guztiak gainazal-aktibo. Zati lipofiliko nahikoa luzea duten substantzia anfifilikoak baino ez dira gainazal-aktibo.

Adibidez, sodio-gatzen seriean, karbono-atomo kopuru txikia duten konposatuek (sodio formiatoa, sodio azetatoa, sodio propionatoa, sodio butiratoa, etab.) talde lipofiloak eta hidrofiloak dituzte eta gainazaleko jarduera dute, baina ez dute xaboi gisa funtzionatzen eta, beraz, ezin zaie surfaktante deitu. Karbono-atomo kopurua neurri batean handitzen denean bakarrik erakusten dute sodio-gantz-azidoek gainazaleko jarduera nabarmena eta xaboiaren propietate orokorrak dituzte. Animalia- eta landare-olio eta -koipe natural gehienak 10 eta 18 karbono-atomo dituzten gantz-azidoen esterrak dira. Azido hauek talde hidrofilo batekin konbinatzen badira, lipofilitate eta hidrofilitate maila jakin bat duten surfaktante bihurtuko dira, eta disolbagarritasun ona izango dute.

3. Gainazal-aktiboen aplikazioaErrepide Ingeniaritza

3.1.Gainazal-aktiboen etaasfalto emultsionatzaileak

Asfalto-emultsionatzailea gainazal-aktibo mota bat da. Emultsionatzaileek eta detergenteek propietate batzuk partekatzen dituzte, hala nola adsortzioa, orientazioa, ioi koloidalak sortzeko gaitasuna eta gainazaleko tentsioa murrizteko gaitasuna. Hala ere, emultsionatzaile gisa, filmak sortzeko propietateak ere izan behar ditu. Batez ere asfalto-emultsionatzaileentzat, karbono-kate egokia duten alkanoak izan behar dituzte asfaltoarekin hobeto emultsionatzeko.

3.2.Asfalto emultsionatzaileen sailkapena

Emultsionatzaileak ioniko eta ez-ioniko motatan sailkatzen dira, emultsionatzaile molekulen talde hidrofilikoek uretan disolbatzen direnean kargarik eramaten duten ala ez kontuan hartuta. Emultsionatzaile ionikoak, gainera, kationiko, anioniko eta anfotero ioniko motatan banatzen dira, uretan ionizatu ondoren talde hidrofilikoek daramaten kargen arteko desberdintasunengatik.

Asfalto emultsionatzaile anionikoak lehengai merkeak eta erraz eskuragarriak dira, eta ekoizpen prozesua sinplea da. Hori dela eta, lehenengo ekoitzitako asfalto emultsionatua asfalto emultsionatu anionikoa izan zen, normalean lehortze ertaineko motakoa, eta lehortze moteleko mota batzuk ere badaude. Lohi-zigilatzeko, sartzeko, gainazalen tratamendurako, etab. erabil daiteke. Emultsionatzaile anionikoek prezio-abantailak badituzte ere, eragin handia dute asfaltoaren jatorrizko propietateetan, eta arazo asko sortzen dira eraikuntza-prozesuan. Beraz, aplikatzerakoan, kostuaren, eraikuntza-efektuaren eta eraikuntza-kalitatearen eragin integralak kontuan hartu behar dira.

Cemultsionatzaile ionikoaaNahiko berandu garatu bazen ere, praktikak erakutsi du hainbat mineral-materialekiko atxikimendu hobea duela, eratze-abiadura azkarra, hasierako erresistentzia handia eta dosi baxua dituela. Emultsionatzaile anionikoen abantailak ez ezik, haien gabeziak ere konpontzen ditu, eta horrela arreta handia erakarri du garatu zenetik. Asfalto-emultsionatzaile kationikoek mota asko eta sailkapen-metodo desberdinak dituzte. Normalean, beren egitura kimikoen arabera sailkatzen dira, eta ohikoenak alkil aminak, burdin kuaternarioko gatzak, lignina aminak, imidazolinak eta abar dira.

Emultsionatzaile zwitterionikoen molekulek talde azidoak eta basikoak dituzte, eta erraz eratzen dituzte "barne-gatzak". Emultsionatzaile zwitterionikoen ur-disoluzioen ezaugarri bat da haien karga elektrikoa pH balioaren aldakuntzekin aldatzen dela. Kaltzioa sakabanatzeko gaitasun handia dute ur gogorrean eta bateragarritasun ona dute beste emultsionatzaile motekin, baina haien prezioa nahiko altua da.

Emultsionatzaile ez-ioniko gehienak etileno oxidoa hidrogeno aktiboa duten konposatuekin (fenolak, alkoholak, azido karboxilikoak, aminak, etab.) erreakzionatuz lortzen dira. Haien jarduera ez dago soilik alkilo talde hidrofoboekin lotuta, baita polioxietileno kateen luzerarekin ere. Gainazaleko jarduera handia, egonkortasuna eta emultsionatzeko gaitasun ona dute, bateragarritasun ona erakusten dute beste emultsionatzaile batzuekin eta haien gehigarriekin, eta kelazio efektu jakin bat dute metal ioien gainean. Haien jarduera disoluzioaren pH balioarekiko independentea da, eta Fase Inbertsio Tenperaturan (PIT) sortzen den emultsioa da egonkorrena.

3.3.Asfalto emultsionatzaileen funtzionamendu printzipioa

Emultsionatzailearen kontzentrazioa oso baxua denean, emultsionatzaile molekula oso gutxi daude. Airearen eta uraren arteko interfazean, ezinezkoa da emultsionatzaile molekula kopuru handi bat metatzea. Gainazalean, ia oraindik airearekin eta urarekin kontaktu zuzenean dago, eta gainazaleko tentsioa ia aldatu gabe mantentzen da, oraindik ur puruaren gainazaleko tentsioaren antzekoa.

Emultsionatzailearen kontzentrazioa behar bezala handitzen denean, emultsionatzaile molekulak azkar biltzen dira uraren gainazalean, airearen eta uraren arteko kontaktu-eremua murriztuz, eta horrela gainazaleko tentsioa azkar jaistea eraginez.

Emultsionatzailearen kontzentrazioa gehiago handitzen denean eta balio jakin batera iristen denean, emultsionatzaile molekula kopuru handia pilatzen da ur-disoluzioaren gainazalean, disoluzioaren gainazala estaltzen duen film monomolekular bat osatuz, eta horrek ur-disoluzioa airetik guztiz isolatzen du eta gainazaleko tentsioa egonkortzen du. Emultsionatzailearen kontzentrazioa apur bat gehiago handitzen bada, emultsionatzaile molekulak ezin dira gehiago uraren gainazalean pilatu, baizik eta mizela edo mizela agregatuetan auto-muntatzen dira, talde lipofiloak barrurantz eta talde hidrofiloak kanporantz begira dituztela. Mizelak edo mizela agregatuak eratzen hasteko gutxieneko kontzentrazioari Mizela Kontzentrazio Kritikoa (CMC) deritzo normalean.

Mizelen kontzentrazio kritikora iritsi ondoren, emultsionatzailearen kontzentrazioa handitzen jarraitzen badu, gainazaleko tentsioa ez da gehiago gutxituko. Gainazalean film monomolekularra sortu denez, emultsionatzaile molekulak batu eta elkarrengandik hurbilago mugitzeko joera dute, mizeletan biltzen jarraituz, eta horrela emultsioko mizelen kopurua etengabe handitzen da.

Asfaltoaren emultsionatzea emultsionatzaile-ekintzaren alderdi garrantzitsua da. Emultsionatzaile bat olio-ur disoluzio bati gehitu ondoren, emultsionatzailearen bi taldeak norabide berean antolatzen dira, olioaren eta uraren bi interfazeak lotuz, eta horrela elkar uxatzea eragotziz. Nahastu eta sakabanatu ondoren, asfaltoa uretan egonkor sakabana daiteke partikula finen moduan.

Ondorioa

Asfalto emultsionatzaileak adibidetzat hartuta, artikulu honek gainazal-aktiboen egitura-ezaugarrien, funtzionamendu-printzipioen eta aplikazio-egoeraren sarrera eta analisi osoa eskaintzen du. Gainazal-aktiboek uraren gainazaleko tentsioa eraginkortasunez murriztu dezakete, gainazal-aktiboen molekulak beste hainbat interfazetan sendo atxiki ditzakete eta askotan norabide-adsorzio maila jakin bat dute. Norabide-adsorzio horrek gainazal-aktiboei hainbat funtzio izatea ahalbidetzen die, hala nola emultsionatzea, desemultsionatzea, aparra sortzea, sakabanatzea, koagulatzea eta bustitzea. Asfalto emultsionatzaileek gainazal-aktiboen emultsionatzaile-efektua erabiliz funtzionatzen dute. Errendimendu ekonomikoaren edo ingurumen-babesaren ikuspegitik, eraikuntza hotza joera garrantzitsua izango da XXI. mendeko errepide-ingeniaritzaren garapenean, eta emultsionatzaileak dira teknologia honen muina. Emultsionatzaileen errendimenduaren ikerketak eta hobekuntzak eragin handia izango dute eraikuntza hotzean, zalantzarik gabe.