Os surfactantes (tamén coñecidos como substancias tensioactivas) son auxiliares químicos indispensables no desenvolvemento da industria e a agricultura, coa vantaxe de acadar resultados significativos con pequenas doses. Especialmente despois da Segunda Guerra Mundial, co desenvolvemento da industria petroquímica, a industria de surfactantes sintéticos, que emerxe rapidamente, promoveu aínda máis a aplicación de surfactantes en diversos campos, como o petróleo, os téxtiles, os pesticidas, o tratamento médico, a metalurxia, a minería, a maquinaria, a construción, as estradas, a aviación, a alimentación, a protección ambiental, o lavado e o tinguido, etc. Este artigo centrarase na introdución da aplicación de surfactantes como emulsionantes asfálticos na enxeñaría de estradas.
1. Definición desurfactantes
Na práctica de produción a longo prazo, a xente descubriu que as solucións dalgunhas substancias poden alterar significativamente as propiedades superficiais dos solventes mesmo a concentracións moi baixas, o que os fai axeitados para certos requisitos de produción, como a redución da tensión superficial ou a tensión interfacial do solvente, o aumento da mollabilidade, a deterxencia, as propiedades emulsionantes e espumantes, etc. O xabón, que se usa a miúdo na vida diaria, é unha desas substancias. Unha característica notable de substancias como o xabón é que engadir unha pequena cantidade á auga pode reducir considerablemente a tensión superficial da auga.
Co avance da ciencia e a tecnoloxía e o desenvolvemento da produción, a xente levou a cabo investigacións en profundidade sobre as propiedades e funcións destas substancias e deu unha definición relativamente precisa dos surfactantes. É dicir, un surfactante é unha substancia química que pode reducir significativamente a tensión superficial (ou tensión interfacial líquido-líquido) dun solvente (xeralmente auga) a concentracións moi baixas, cambiar o estado superficial do sistema, producindo así unha serie de efectos como humectación e antihumectación, emulsificación e desemulsificación, dispersión e coagulación, formación de escuma e antiespumación e solubilización.
2. Características estruturais dos surfactantes
As moléculas surfactantes constan de dúas partes con propiedades completamente diferentes: unha parte é o grupo lipofílico (tamén coñecido como grupo hidrófobo), que ten afinidade polo aceite, e a outra parte é o grupo hidrófilo (tamén coñecido como grupo oleofóbo), que ten afinidade pola auga. Esta característica estrutural dos surfactantes fai que, cando se disolven en auga, os grupos hidrófilos sexan atraídos polas moléculas de auga, mentres que os grupos lipofílicos sexan repelidos polas moléculas de auga. Para superar este estado inestable, teñen que ocupar a superficie do líquido, cos grupos lipofílicos estendéndose cara á atmosfera e os grupos hidrófilos cara á auga.
Aínda que a característica estrutural das moléculas surfactantes é que se trata de moléculas anfipáticas, non todas as moléculas anfipáticas son surfactantes. Só as substancias anfipáticas cunha parte lipofílica suficientemente longa son surfactantes.
Por exemplo, na serie de sales de sodio de ácidos graxos, os compostos cun pequeno número de átomos de carbono (como formiato de sodio, acetato de sodio, propionato de sodio, butirato de sodio, etc.) teñen todos grupos lipofílicos e hidrófilos e posúen actividade superficial, pero non funcionan como xabón e, polo tanto, non se poden chamar surfactantes. Só cando o número de átomos de carbono aumenta ata certo punto, os ácidos graxos de sodio mostran unha actividade superficial evidente e posúen as propiedades xerais do xabón. A maioría dos aceites e graxas animais e vexetais naturais son ésteres de ácidos graxos que conteñen de 10 a 18 átomos de carbono. Se estes ácidos se combinan cun grupo hidrófilo, converteranse en surfactantes cun certo grao de lipofilicidade e hidrofilicidade e terán boa solubilidade.
3. Aplicación de surfactantes enEnxeñaría de estradas
3.1.surfactantes eemulsionantes de asfalto
O emulsionante asfáltico é un tipo de surfactante. Os emulsionantes e os deterxentes comparten propiedades como a adsortividade, a orientación, a capacidade de formar ións coloidais e a capacidade de reducir a tensión interfacial. Non obstante, como emulsionante, tamén debe ter propiedades formadoras de película. Especialmente para os emulsionantes asfálticos, necesitan ter alcanos cunha cadea de carbono axeitada para emulsionar mellor co asfalto.
3.2.Clasificación dos emulsionantes asfálticos
Os emulsionantes clasifícanse en tipos iónicos e non iónicos segundo se os grupos hidrófilos das moléculas emulsionantes levan cargas cando se disolven en auga. Os emulsionantes iónicos divídense á súa vez en tipos catiónicos, aniónicos e anfotéricos debido ás diferenzas nas cargas que levan os seus grupos hidrófilos despois da ionización en auga.
As materias primas para emulsionantes asfálticos aniónicos son baratas e fáciles de obter, e o proceso de produción é sinxelo. Polo tanto, o primeiro asfalto emulsionado producido foi o asfalto emulsionado aniónico, que xeralmente é do tipo de fraguado medio, e tamén hai algúns tipos de fraguado lento. Pode usarse para o selado de lodos, penetración, tratamento superficial, etc. Aínda que os emulsionantes aniónicos teñen vantaxes de prezo, teñen un grande impacto nas propiedades orixinais do asfalto e prodúcense moitos problemas durante o proceso de construción. Polo tanto, ao aplicalos, é necesario considerar os efectos globais do custo, o efecto da construción e a calidade da construción.
Cemulsionante iónicoaAínda que se desenvolveu relativamente tarde, a práctica demostrou que ten unha mellor adhesión a diversos materiais minerais, cunha rápida velocidade de formación, alta resistencia inicial e baixa dosificación. Non só dá a coñecer as vantaxes dos emulsionantes aniónicos, senón que tamén compensa as súas deficiencias, polo que atrae moita atención desde o seu desenvolvemento. Os emulsionantes asfálticos catiónicos teñen unha ampla variedade de tipos e diferentes métodos de clasificación. Adoitan clasificarse segundo as súas estruturas químicas, e as máis comúns inclúen principalmente alquilaminas, sales de ferro cuaternario, ligninaminas, imidazolinas, etc.
As moléculas emulsionantes zwitteriónicas conteñen grupos ácidos e básicos e forman facilmente "sales internas". Unha característica das solucións acuosas de emulsionantes zwitteriónicos é que a súa carga eléctrica cambia coas variacións no valor do pH. Teñen unha forte capacidade de dispersión de calcio en auga dura e boa compatibilidade con outros tipos de emulsionantes, pero o seu prezo é relativamente alto.
A maioría dos emulsionantes non iónicos obtéñense mediante a reacción do óxido de etileno con compostos que conteñen hidróxeno activo (como fenois, alcohois, ácidos carboxílicos, aminas, etc.). A súa actividade está relacionada non só cos grupos alquilo hidrófobos, senón tamén coa lonxitude das cadeas de polioxietileno. Posúen unha alta actividade superficial, estabilidade e boa capacidade emulsionante, mostran boa compatibilidade con outros emulsionantes e os seus aditivos e teñen un certo efecto quelante sobre os ións metálicos. A súa actividade é independente do valor do pH da solución e a emulsión formada á temperatura de inversión de fase (PIT) é a máis estable.
3.3.Principio de funcionamento dos emulsionantes asfálticos
Cando a concentración do emulsionante é extremadamente baixa, hai moi poucas moléculas emulsionantes. Na interface entre o aire e a auga, é imposible que se acumule un gran número de moléculas emulsionantes. Na superficie, case segue en contacto directo co aire e a auga, e a tensión superficial permanece case inalterada, aínda próxima á tensión superficial da auga pura.
Cando a concentración do emulsionante aumenta axeitadamente, as moléculas do emulsionante acumúlanse rapidamente na superficie da auga, o que reduce a área de contacto entre o aire e a auga, facendo que a tensión superficial diminúa rapidamente.
Cando a concentración do emulsionante aumenta aínda máis e alcanza un certo valor, un gran número de moléculas emulsionantes acumúlanse na superficie da solución acuosa, formando unha película monomolecular que cobre a superficie da solución, o que illa completamente a solución acuosa do aire e estabiliza a tensión superficial. Se a concentración do emulsionante se aumenta lixeiramente aínda máis, as moléculas emulsionantes xa non se poden acumular na superficie da auga, senón que se autoensamblan en micelas ou agregados micelares cos grupos lipofílicos apuntando cara a dentro e os grupos hidrófilos apuntando cara a fóra. A concentración mínima á que as micelas ou agregados micelares están a piques de comezar a formarse adoita denominarse Concentración Micelar Crítica (CMC).
Despois de alcanzar a concentración micelar crítica, se a concentración do emulsionante continúa a aumentar, a tensión superficial deixará de diminuír. Dado que xa se formou unha película monomolecular na superficie, as moléculas do emulsionante tenden a fusionarse e achegarse, continuando a agregarse en micelas, facendo que o número de micelas na emulsión aumente continuamente.
A emulsión do asfalto é un aspecto importante da acción emulsionante. Despois de engadir un emulsionante a unha solución de aceite e auga, os dous grupos do emulsionante dispóñense de maneira direccional, conectando as dúas interfaces de aceite e auga, evitando así que se repelen entre si. Despois de remexer e dispersar, o asfalto pode dispersarse de forma estable na auga en forma de partículas finas.
Conclusión
Tomando como exemplo os emulsionantes de asfalto, este artigo ofrece unha introdución e análise exhaustivas das características estruturais, os principios de funcionamento e o estado da aplicación dos surfactantes. Os surfactantes poden reducir eficazmente a tensión superficial da auga, adsorber fortemente moléculas de surfactante noutras interfaces e, a miúdo, ter un certo grao de adsorción direccional. É esta adsorción direccional a que permite que os surfactantes teñan múltiples funcións como a emulsificación, a desemulsificación, a formación de escuma, a dispersión, a coagulación e a humectación. Os emulsionantes de asfalto funcionan utilizando o efecto emulsionante dos surfactantes. Xa sexa desde a perspectiva do rendemento económico ou da protección ambiental, a construción en frío está destinada a ser unha tendencia importante no desenvolvemento da enxeñaría de estradas no século XXI, e os emulsionantes son o núcleo desta tecnoloxía. A investigación e a mellora do rendemento dos emulsionantes seguramente terán un profundo impacto na construción en frío.
Data de publicación: 31 de marzo de 2026