Беттік-белсенді заттар (беттік-белсенді заттар деп те аталады) өнеркәсіп пен ауыл шаруашылығын дамытуда маңызды химиялық көмекші заттар болып табылады, олардың артықшылығы аз мөлшерде айтарлықтай нәтижелерге қол жеткізу болып табылады. Әсіресе, Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін, мұнай-химия өнеркәсібінің дамуымен, тез дамып келе жатқан синтетикалық беттік-белсенді заттар өнеркәсібі мұнай, тоқыма, пестицидтер, медициналық емдеу, металлургия, тау-кен өндірісі, машина жасау, құрылыс, жолдар, авиация, тамақ өнімдері, қоршаған ортаны қорғау, жуу және бояу сияқты әртүрлі салаларда беттік-белсенді заттарды қолдануды одан әрі дамытты. Бұл мақалада жол құрылысында беттік-белсенді заттарды асфальт эмульгаторлары ретінде қолдануды енгізуге баса назар аударылады.
1. АнықтамасыБеттік белсенді заттар
Адамдар ұзақ мерзімді өндірістік тәжірибеде кейбір заттардың ерітінділері еріткіштердің беттік қасиеттерін өте төмен концентрацияларда да айтарлықтай өзгерте алатынын, бұл оларды белгілі бір өндіріс талаптарына, мысалы, еріткіштің беттік керілуін немесе беттік керілуін азайту, ылғалдануды, жуғыштықты, эмульгаторлық және көбіктену қасиеттерін арттыру және т.б. үшін жарамды ететінін анықтады. Күнделікті өмірде жиі қолданылатын сабын осындай заттардың бірі. Сабын сияқты заттардың ерекшелігі - суға аз мөлшерде қосу судың беттік керілуін айтарлықтай төмендетуі мүмкін.
Ғылым мен техниканың дамуымен және өндірістің дамуымен адамдар мұндай заттардың қасиеттері мен функциялары туралы терең зерттеулер жүргізіп, беттік белсенді заттардың салыстырмалы түрде дәл анықтамасын берді. Яғни, беттік белсенді зат - өте төмен концентрацияда еріткіштің (әдетте судың) беттік керілуін (немесе сұйық-сұйықтық бетаралық керілуін) айтарлықтай төмендететін, жүйенің беттік күйін өзгертетін, осылайша ылғалдандыру және ылғалдануға қарсы, эмульсиялау және деэмульсиялау, дисперсиялау және коагуляциялау, көбіктену және көбіктену, еріту сияқты бірқатар әсерлерді тудыратын химиялық зат.
2. Беттік белсенді заттардың құрылымдық сипаттамалары
Беттік-белсенді заттардың молекулалары мүлдем басқа қасиеттері бар екі бөліктен тұрады: бір бөлігі - майға жақын липофильді топ (гидрофобты топ деп те аталады), ал екінші бөлігі - суға жақын гидрофильді топ (олеофобты топ деп те аталады). Беттік-белсенді заттардың бұл құрылымдық сипаттамасы суда еріген кезде гидрофильді топтардың су молекулаларымен тартылуына, ал липофильді топтардың су молекулаларымен итерілуіне әкеледі. Бұл тұрақсыз күйді жеңу үшін олар сұйықтықтың бетін басып алуы керек, липофильді топтар атмосфераға, ал гидрофильді топтар суға таралады.
Беттік-белсенді заттар молекулаларының құрылымдық ерекшелігі олардың амфифильді молекулалар болуында болғанымен, барлық амфифильді молекулалар беттік-белсенді заттар емес. Тек липофильді бөлігі жеткілікті ұзын амфифильді заттар ғана беттік-белсенді заттар болып табылады.
Мысалы, май қышқылдарының натрий тұздары қатарында көміртегі атомдары аз қосылыстардың (мысалы, натрий форматы, натрий ацетаты, натрий пропионаты, натрий бутираты және т.б.) барлығында липофильді және гидрофильді топтар бар және беттік белсенділікке ие, бірақ олар сабын ретінде қызмет етпейді, сондықтан оларды беттік белсенді заттар деп атауға болмайды. Тек көміртек атомдарының саны белгілі бір дәрежеде артқан кезде ғана натрий май қышқылдары айқын беттік белсенділік көрсетеді және сабынның жалпы қасиеттеріне ие болады. Табиғи жануарлар мен өсімдік майларының көпшілігі 10-нан 18-ге дейін көміртек атомдарын қамтитын май қышқылдарының эфирлері болып табылады. Егер бұл қышқылдар гидрофильді топпен біріктірілсе, олар белгілі бір дәрежеде липофильділік пен гидрофильділікпен беттік белсенді заттарға айналады және жақсы ерігіштікке ие болады.
3. Беттік белсенді заттарды қолдануАвтожол құрылысы
3.1.Беттік белсенді заттар жәнеасфальт эмульгаторлары
Асфальт эмульгаторы - беттік белсенді заттың бір түрі. Эмульгаторлар мен жуғыш заттар адсорбция, бағдар, коллоидты иондарды түзу қабілеті және бетаралық керілуді азайту қабілеті сияқты қасиеттерге ие. Дегенмен, эмульгатор ретінде ол қабықша түзуші қасиеттерге де ие болуы керек. Әсіресе асфальт эмульгаторлары үшін асфальтпен жақсы эмульсиялану үшін тиісті көміртекті тізбегі бар алкандар қажет.
3.2.Асфальт эмульгаторларының жіктелуі
Эмульгаторлар суда еріген кезде эмульгатор молекулаларының гидрофильді топтарының зарядтарды тасымалдауына байланысты иондық және иондық емес түрлерге жіктеледі. Суда иондалғаннан кейін гидрофильді топтары тасымалдайтын зарядтардың айырмашылығына байланысты иондық эмульгаторлар катиондық, аниондық және амфотерлі иондық түрлерге бөлінеді.
Анионды асфальт эмульгаторының шикізаты арзан және оңай қолжетімді, ал өндіріс процесі қарапайым. Сондықтан, ең алғашқы өндірілген эмульсияланған асфальт анионды эмульсияланған асфальт болды, ол әдетте орташа қату түріне жатады, сондай-ақ баяу қату түрлері де бар. Оны суспензияны тығыздау, ену, бетті өңдеу және т.б. үшін пайдалануға болады. Анионды эмульгаторлардың баға артықшылықтары болғанымен, олар асфальттың бастапқы қасиеттеріне үлкен әсер етеді және құрылыс процесінде көптеген мәселелер туындайды. Сондықтан оларды қолданған кезде құнының, құрылыс тиімділігінің және құрылыс сапасының кешенді әсерін ескеру қажет.
Cатионды эмульгаторaОл салыстырмалы түрде кеш дамығанымен, тәжірибе көрсеткендей, оның әртүрлі минералды материалдарға жақсы адгезияға ие, тез қалыптасу жылдамдығымен, жоғары ерте беріктігімен және төмен дозасымен ерекшеленеді. Ол анионды эмульгаторлардың артықшылықтарын ғана емес, сонымен қатар олардың кемшіліктерін де өтейді, осылайша дамығаннан бері көпшіліктің назарын аударады. Катионды асфальт эмульгаторларының түрлері мен әртүрлі жіктеу әдістері бар. Олар әдетте химиялық құрылымдарына қарай жіктеледі, ал кең таралғандарына негізінен алкил аминдері, төрттік темір тұздары, лигнин аминдері, имидазолиндер және т.б. жатады.
Цвиттерионды эмульгатор молекулалары қышқылдық және негіздік топтарды қамтиды және олар оңай «ішкі тұздар» түзеді. Цвиттерионды эмульгаторлардың сулы ерітінділерінің ерекшелігі - олардың электр заряды рН мәнінің өзгеруімен өзгереді. Олар қатты суда кальцийдің дисперсия қабілетіне ие және басқа эмульгатор түрлерімен жақсы үйлесімділікке ие, бірақ олардың бағасы салыстырмалы түрде жоғары.
Иондық емес эмульгаторлардың көпшілігі этилен оксидінің құрамында белсенді сутегі бар қосылыстармен (мысалы, фенолдар, спирттер, карбон қышқылдары, аминдер және т.б.) әрекеттесуі арқылы алынады. Олардың белсенділігі тек гидрофобты алкил топтарымен ғана емес, сонымен қатар полиоксиэтилен тізбектерінің ұзындығымен де байланысты. Олар жоғары беттік белсенділікке, тұрақтылыққа және жақсы эмульгациялау қабілетіне ие, басқа эмульгаторлармен және олардың қоспаларымен жақсы үйлесімділік көрсетеді және металл иондарына белгілі бір хелаттау әсерін тигізеді. Олардың белсенділігі ерітіндінің рН мәніне тәуелсіз, ал фазалық инверсия температурасында (ФИТ) түзілген эмульсия ең тұрақты болып табылады.
3.3.Асфальт эмульгаторларының жұмыс принципі
Эмульгатордың концентрациясы өте төмен болған кезде, эмульгатор молекулалары өте аз болады. Ауа мен судың шекарасында эмульгатор молекулаларының көп мөлшерде жиналуы мүмкін емес. Бетінде ол әлі де ауамен және сумен тікелей жанасады, ал беттік керілу өзгеріссіз қалады, әлі де таза судың беттік керілуіне жақын.
Эмульгатордың концентрациясы тиісті түрде жоғарылаған кезде, эмульгатор молекулалары су бетінде тез жиналып, ауа мен су арасындағы жанасу аймағын азайтады, осылайша беттік керілудің тез төмендеуіне әкеледі.
Эмульгатордың концентрациясы одан әрі артып, белгілі бір мәнге жеткенде, сулы ерітіндінің бетінде көптеген эмульгатор молекулалары жиналып, ерітіндінің бетін жауып тұратын мономолекулалық қабықша түзеді, бұл сулы ерітіндіні ауадан толығымен оқшаулайды және беттік керілуді тұрақтандырады. Егер эмульгатордың концентрациясы одан әрі сәл жоғарыласа, эмульгатор молекулалары енді су бетінде жинала алмайды, керісінше липофильді топтар ішке, ал гидрофильді топтар сыртқа бағытталған мицеллаларға немесе мицеллярлық агрегаттарға өздігінен жиналады. Мицеллалар немесе мицеллярлық агрегаттар түзіле бастайтын ең төменгі концентрация әдетте Критикалық Мицелла Концентрациясы (КМК) деп аталады.
Мицелланың маңызды концентрациясына жеткеннен кейін, егер эмульгатордың концентрациясы артуды жалғастырса, беттік керілу төмендемейді. Бетінде мономолекулалық қабықша пайда болғандықтан, эмульгатор молекулалары бірігіп, бір-біріне жақындай түседі, мицеллаларға агрегациялануды жалғастырады, осылайша эмульсиядағы мицеллалар санының үздіксіз артуына әкеледі.
Асфальтты эмульсиялау эмульгаторлық әрекеттің маңызды аспектісі болып табылады. Май-су ерітіндісіне эмульгатор қосқаннан кейін, эмульгатордың екі тобы бағытта орналасады, май мен судың екі шекарасын байланыстырады, осылайша олардың бір-бірін тебуіне жол бермейді. Араластырғаннан және дисперсиялағаннан кейін асфальт суда ұсақ бөлшектер түрінде тұрақты түрде тарала алады.
Қорытынды
Асфальт эмульгаторларын мысалға ала отырып, бұл мақалада беттік белсенді заттардың құрылымдық сипаттамалары, жұмыс принциптері және қолдану мәртебесі жан-жақты кіріспе және талдау берілген. Беттік белсенді заттар судың беттік керілуін тиімді түрде төмендете алады, беттік белсенді зат молекулаларын басқа әртүрлі беткейлерде күшті адсорбциялай алады және көбінесе белгілі бір дәрежеде бағыттаушы адсорбцияға ие болады. Дәл осы бағыттаушы адсорбция беттік белсенді заттардың эмульсиялану, деэмульсиялану, көбіктену, дисперсия, коагуляция және ылғалдандыру сияқты бірнеше функцияларды орындауына мүмкіндік береді. Асфальт эмульгаторлары беттік белсенді заттардың эмульгаторлық әсерін пайдалану арқылы жұмыс істейді. Экономикалық көрсеткіштер немесе қоршаған ортаны қорғау тұрғысынан суық құрылыс ХХІ ғасырда автомобиль жолдарын дамытудағы маңызды үрдіс болып табылады, ал эмульгаторлар бұл технологияның негізі болып табылады. Эмульгатордың өнімділігін зерттеу және жақсарту суық құрылысқа терең әсер ететіні сөзсіз.
Жарияланған уақыты: 2026 жылғы 31 наурыз