Примена на сурфактанти во автопатското инженерство

Сурфактантите (исто така познати како површински активни супстанции) се неопходни хемиски помошни средства во развојот на индустријата и земјоделството, со предност да се постигнат значајни резултати со мали дози. Особено по Втората светска војна, со развојот на петрохемиската индустрија, брзорастечката индустрија за синтетички сурфактанти дополнително ја промовираше примената на сурфактанти во различни области, како што се нафта, текстил, пестициди, медицински третман, металургија, рударство, машини, градежништво, патишта, авијација, храна, заштита на животната средина, перење и боење итн. Оваа статија ќе се фокусира на воведување на примената на сурфактанти како асфалтни емулгатори во автопатското инженерство.

1. Дефиниција наСурфактанти

Во долгорочната производствена пракса, луѓето откриле дека растворите на некои супстанции можат значително да ги променат површинските својства на растворувачите дури и при многу ниски концентрации, што ги прави погодни за одредени производствени барања, како што се намалување на површинскиот напон или меѓуфазниот напон на растворувачот, зголемување на способноста за навлажнување, детергентноста, емулгирачките и пенливите својства итн. Сапунот, кој често се користи во секојдневниот живот, е една таква супстанција. Значајна карактеристика на супстанции како сапунот е тоа што додавањето мала количина во вода може значително да го намали површинскиот напон на водата.

Со напредокот на науката и технологијата и развојот на производството, луѓето спроведоа длабински истражувања за својствата и функциите на таквите супстанции и дадоа релативно прецизна дефиниција за сурфактанти. Тоа е, сурфактант е хемиска супстанца која може значително да го намали површинскиот напон (или меѓуфазниот напон течност-течност) на растворувач (обично вода) при многу ниски концентрации, да ја промени површинската состојба на системот, со што се создаваат низа ефекти како што се навлажнување и против навлажнување, емулгирање и демулгирање, дисперзија и коагулација, пенење и отстранување на пена и растворање.

2. Структурни карактеристики на сурфактанти

Молекулите на сурфактантот се состојат од два дела со сосема различни својства: едниот дел е липофилната група (исто така позната како хидрофобна група) која има афинитет кон маслото, а другиот дел е хидрофилната група (исто така позната како олеофобна група) која има афинитет кон водата. Оваа структурна карактеристика на сурфактантите предизвикува, кога се раствораат во вода, хидрофилните групи да бидат привлечени од молекулите на водата, додека липофилните групи се одбиваат од молекулите на водата. За да се надмине оваа нестабилна состојба, тие мора да ја заземат површината на течноста, при што липофилните групи се протегаат во атмосферата, а хидрофилните групи се протегаат во водата.

Иако структурната карактеристика на молекулите на сурфактант е тоа што тие се амфифилни молекули, не сите амфифилни молекули се сурфактанти. Само амфифилни супстанции со доволно долг липофилен дел се сурфактанти.

На пример, во серијата натриумови соли на масни киселини, соединенијата со мал број јаглеродни атоми (како што се натриум формат, натриум ацетат, натриум пропионат, натриум бутират, итн.) сите имаат липофилни и хидрофилни групи и поседуваат површинска активност, но не функционираат како сапуни и затоа не можат да се наречат сурфактанти. Само кога бројот на јаглеродни атоми се зголемува до одреден степен, натриумовите масни киселини покажуваат очигледна површинска активност и поседуваат општи својства на сапун. Повеќето природни животински и растителни масла и масти се естри на масни киселини што содржат од 10 до 18 јаглеродни атоми. Ако овие киселини се комбинираат со хидрофилна група, тие ќе станат сурфактанти со одреден степен на липофилност и хидрофилност и ќе имаат добра растворливост.

3. Примена на сурфактанти воИнженерство на автопати

3.1.Сурфактанти иасфалтни емулгатори

Асфалтниот емулгатор е вид на сурфактант. Емулгаторите и детергентите делат својства како што се адсорпција, ориентација, способност за формирање колоидни јони и способност за намалување на меѓуфазната напнатост. Сепак, како емулгатор, тој треба да има и својства за формирање филм. Особено за асфалтните емулгатори, тие треба да имаат алкани со соодветен јаглероден ланец за подобро емулгирање со асфалт.

3.2.Класификација на асфалтни емулгатори

Емулгаторите се класифицираат во јонски и нејонски типови врз основа на тоа дали хидрофилните групи на молекулите на емулгаторот носат полнежи кога емулгаторите се растворени во вода. Јонските емулгатори се понатаму поделени на катјонски, анјонски и амфотерни јонски типови поради разликите во полнежите што ги носат нивните хидрофилни групи по јонизацијата во вода.

Суровините за анјонски асфалтни емулгатори се евтини и лесно достапни, а процесот на производство е едноставен. Затоа, најраниот произведен емулгиран асфалт бил анјонски емулгиран асфалт, кој генерално е од средно стврднувачки тип, а постојат и некои бавно стврднувачки типови. Може да се користи за запечатување на кашеста маса, пенетрација, површинска обработка итн. Иако анјонските емулгатори имаат ценовни предности, тие имаат големо влијание врз оригиналните својства на асфалтот, а многу проблеми се јавуваат за време на процесот на градење. Затоа, при нивната примена, потребно е да се земат предвид сеопфатните ефекти на цената, ефектот на градењето и квалитетот на градењето.

Cатјонски емулгаторaИако се развил релативно доцна, практиката покажала дека има подобра адхезија на разни минерални материјали, со брза брзина на формирање, висока рана цврстина и ниска доза. Не само што ги истакнува предностите на анјонските емулгатори, туку ги надоместува и нивните недостатоци, со што привлекува големо внимание уште од својот развој. Катјонските асфалтни емулгатори имаат широк спектар на видови и различни методи на класификација. Тие обично се класифицираат според нивните хемиски структури, а вообичаените главно вклучуваат алкил амини, кватернерни железни соли, лигнински амини, имидазолини итн.

Молекулите на цвитерјонскиот емулгатор содржат и кисели и основни групи и лесно формираат „внатрешни соли“. Карактеристика на водените раствори на цвитерјонските емулгатори е тоа што нивниот електричен полнеж се менува со варијации на pH вредноста. Тие имаат силна способност за дисперзија на калциум во тврда вода и добра компатибилност со други видови емулгатори, но нивната цена е релативно висока.

Повеќето нејонски емулгатори се добиваат со реакција на етилен оксид со соединенија што содржат активен водород (како што се феноли, алкохоли, карбоксилни киселини, амини итн.). Нивната активност е поврзана не само со хидрофобните алкил групи, туку и со должината на полиоксиетиленските синџири. Тие поседуваат висока површинска активност, стабилност и добра емулгациска способност, покажуваат добра компатибилност со други емулгатори и нивните адитиви и имаат одреден хелатен ефект врз металните јони. Нивната активност е независна од pH вредноста на растворот, а емулзијата формирана на Температурата на фазна инверзија (PIT) е најстабилна.

3.3.Принципот на работа на асфалтните емулгатори

Кога концентрацијата на емулгаторот е екстремно ниска, има многу малку молекули на емулгатор. На интерфејсот помеѓу воздухот и водата, невозможно е да се акумулира голем број молекули на емулгатор. На површината, таа е речиси сè уште во директен контакт со воздухот и водата, а површинскиот напон останува речиси непроменет, сè уште блиску до површинскиот напон на чистата вода.

Кога концентрацијата на емулгаторот соодветно се зголемува, молекулите на емулгаторот брзо се собираат на површината на водата, намалувајќи ја контактната површина помеѓу воздухот и водата, со што се предизвикува брзо опаѓање на површинскиот напон.

Кога концентрацијата на емулгаторот дополнително се зголемува и достигнува одредена вредност, голем број молекули на емулгаторот се акумулираат на површината на водниот раствор, формирајќи мономолекуларен филм што ја покрива површината на растворот, кој целосно го изолира водниот раствор од воздухот и го стабилизира површинскиот напон. Ако концентрацијата на емулгаторот малку се зголеми дополнително, молекулите на емулгаторот повеќе не можат да се акумулираат на површината на водата, туку наместо тоа се самосоставуваат во мицели или мицеларни агрегати со липофилните групи насочени навнатре, а хидрофилните групи насочени нанадвор. Минималната концентрација при која мицелите или мицеларните агрегати се на прагот да почнат да се формираат обично се нарекува Критична концентрација на мицели (ККМ).

По достигнувањето на критичната концентрација на мицели, ако концентрацијата на емулгаторот продолжи да се зголемува, површинскиот напон повеќе нема да се намалува. Бидејќи на површината веќе е формиран мономолекуларен филм, молекулите на емулгаторот имаат тенденција да се спојуваат и да се приближуваат една до друга, продолжувајќи да се агрегираат во мицели, со што предизвикуваат континуирано зголемување на бројот на мицели во емулзијата.

Емулгификацијата на асфалтот е важен аспект на емулгаторското дејство. По додавањето на емулгатор во раствор од масло и вода, двете групи на емулгаторот се распоредуваат во насочен начин, поврзувајќи ги двете гранични површини на маслото и водата, со што се спречува нивното меѓусебно одбивање. По мешањето и дисперзијата, асфалтот може стабилно да се дисперзира во вода во форма на фини честички.

Заклучок

Земајќи ги асфалтните емулгатори како пример, овој напис дава сеопфатен вовед и анализа на структурните карактеристики, принципите на работа и статусот на примена на сурфактантите. Сурфактантите можат ефикасно да го намалат површинскиот напон на водата, силно да ги адсорбираат молекулите на сурфактантите на разни други интерфејси и често имаат одреден степен на насочена адсорпција. Токму оваа насочена адсорпција им овозможува на сурфактантите да имаат повеќекратни функции како што се емулгирање, демулгирање, пенење, дисперзија, коагулација и навлажнување. Асфалтните емулгатори работат со користење на емулгирачкиот ефект на сурфактантите. Без разлика дали од перспектива на економски перформанси или заштита на животната средина, ладната градба сигурно ќе биде важен тренд во развојот на автопатското инженерство во 21 век, а емулгаторите се јадрото на оваа технологија. Истражувањето и подобрувањето на перформансите на емулгаторите сигурно ќе имаат длабоко влијание врз ладната градба.