Замын инженерчлэлд гадаргуугийн идэвхт бодисын хэрэглээ

Гадаргуугийн идэвхт бодисууд (гадаргуугийн идэвхт бодис гэгддэг) нь аж үйлдвэр, хөдөө аж ахуйн хөгжилд зайлшгүй шаардлагатай химийн туслах бодис бөгөөд бага тунгаар мэдэгдэхүйц үр дүнд хүрэх давуу талтай. Ялангуяа Дэлхийн 2-р дайны дараа, нефть химийн салбар хөгжихийн хэрээр хурдацтай хөгжиж буй синтетик гадаргуугийн идэвхт бодисын үйлдвэрлэл нь газрын тос, нэхмэл эдлэл, пестицид, эмчилгээ, металлурги, уул уурхай, машин механизм, барилга, зам, агаарын тээвэр, хүнс, байгаль орчныг хамгаалах, угаах, будах гэх мэт янз бүрийн салбарт гадаргуугийн идэвхт бодисын хэрэглээг улам бүр нэмэгдүүлсэн. Энэхүү нийтлэлд гадаргуугийн идэвхт бодисыг замын инженерчлэлд асфальтан эмульгатор болгон ашиглах талаар танилцуулах болно.

1. ТодорхойлолтГадаргуугийн идэвхт бодисууд

Хүмүүс урт хугацааны үйлдвэрлэлийн практикт зарим бодисын уусмал нь маш бага концентрацид ч гэсэн уусгагчийн гадаргуугийн шинж чанарыг мэдэгдэхүйц өөрчилж, уусгагчийн гадаргуугийн хурцадмал байдлыг бууруулах, чийгшүүлэх, угаалгын бодис, эмульсжүүлэх болон хөөсрүүлэх шинж чанарыг нэмэгдүүлэх гэх мэт тодорхой үйлдвэрлэлийн шаардлагад тохиромжтой болохыг олж мэдсэн. Өдөр тутмын амьдралд ихэвчлэн хэрэглэгддэг саван бол ийм бодисын нэг юм. Саван зэрэг бодисын нэг онцлог шинж чанар нь усанд бага хэмжээгээр нэмэх нь усны гадаргуугийн хурцадмал байдлыг эрс бууруулдаг явдал юм.

Шинжлэх ухаан, технологийн дэвшил, үйлдвэрлэлийн хөгжлийн ачаар хүмүүс ийм бодисын шинж чанар, үүргийн талаар гүнзгий судалгаа хийж, гадаргуугийн идэвхт бодисын харьцангуй нарийн тодорхойлолтыг өгсөн. Өөрөөр хэлбэл, гадаргуугийн идэвхт бодис нь маш бага концентрацид уусгагч (ихэвчлэн ус)-ын гадаргуугийн хурцадмал байдлыг (эсвэл шингэн-шингэний гадаргуугийн хурцадмал байдал) мэдэгдэхүйц бууруулж, системийн гадаргуугийн төлөв байдлыг өөрчилж, улмаар норгох ба норгохгүй байх, эмульсжих ба деэмульсжих, тархах ба бүлэгнэх, хөөсрөх ба хөөсрөх, уусах зэрэг цуврал үр нөлөөг бий болгодог химийн бодис юм.

2. Гадаргуугийн идэвхт бодисын бүтцийн шинж чанар

Гадаргуугийн идэвхт бодисын молекулууд нь огт өөр шинж чанартай хоёр хэсгээс бүрдэнэ: нэг хэсэг нь тосонд дуртай липофилийн бүлэг (гидрофобик бүлэг гэгддэг), нөгөө хэсэг нь усанд дуртай гидрофилийн бүлэг (олеофобик бүлэг гэгддэг) юм. Гадаргуугийн идэвхт бодисын энэхүү бүтцийн шинж чанар нь усанд уусах үед гидрофилийн бүлгүүд усны молекулуудад татагддаг бол липофилийн бүлгүүд усны молекулуудаар түлхэгддэг. Энэхүү тогтворгүй байдлыг даван туулахын тулд тэд шингэний гадаргууг эзлэх ёстой бөгөөд липофилийн бүлгүүд агаар мандалд, гидрофилийн бүлгүүд усанд тархдаг.

Гадаргуугийн идэвхт бодисын молекулуудын бүтцийн онцлог нь тэдгээр нь амфифил молекулууд боловч бүх амфифил молекулууд нь гадаргуугийн идэвхт бодис биш юм. Зөвхөн хангалттай урт липофилийн хэсэгтэй амфифил бодисууд нь гадаргуугийн идэвхт бодисууд юм.

Жишээлбэл, тосны хүчлийн натрийн давсны цувралд цөөн тооны нүүрстөрөгчийн атомтай нэгдлүүд (жишээлбэл, натрийн формат, натрийн ацетат, натрийн пропионат, натрийн бутират гэх мэт) бүгд липофиль ба гидрофилийн бүлэгтэй бөгөөд гадаргуугийн идэвхжилтэй байдаг боловч тэдгээр нь савангийн үүрэг гүйцэтгэдэггүй тул гадаргуугийн идэвхт бодис гэж нэрлэгдэх боломжгүй. Зөвхөн нүүрстөрөгчийн атомын тоо тодорхой хэмжээгээр нэмэгдэхэд л натрийн тосны хүчил нь гадаргуугийн идэвхжил илэрхий үзүүлж, савангийн ерөнхий шинж чанарыг агуулдаг. Байгалийн гаралтай ихэнх амьтан, ургамлын тос, өөх тос нь 10-18 нүүрстөрөгчийн атом агуулсан тосны хүчлийн эфир юм. Хэрэв эдгээр хүчлийг гидрофилийн бүлэгтэй нэгтгэвэл тодорхой хэмжээний липофиль ба гидрофилийн гадаргуугийн идэвхт бодис болж, сайн уусах чадвартай болно.

3. Гадаргуугийн идэвхт бодисын хэрэглээХурдны замын инженерчлэл

3.1.Гадаргуугийн идэвхт бодисууд баасфальтан эмульгаторууд

Асфальтан эмульгатор нь гадаргуугийн идэвхт бодисын нэг төрөл юм. Эмульгатор болон угаалгын нунтаг нь адсорбци, чиглэл, коллоид ион үүсгэх чадвар, гадаргуугийн хурцадмал байдлыг бууруулах чадвар зэрэг шинж чанаруудыг хуваалцдаг. Гэсэн хэдий ч эмульгаторын хувьд энэ нь хальс үүсгэх шинж чанартай байх шаардлагатай. Ялангуяа асфальтан эмульгаторын хувьд асфальтантай илүү сайн эмульсжихын тулд зохих нүүрстөрөгчийн гинжин хэлхээтэй алкануудтай байх шаардлагатай.

3.2.Асфальтан эмульгаторын ангилал

Эмульгаторуудыг усанд уусгах үед эмульгатор молекулуудын гидрофилийн бүлгүүд цэнэг авч явдаг эсэхээс хамааран ионы болон ион бус төрөлд ангилдаг. Ионы эмульгаторуудыг усанд ионжуулсны дараа гидрофилийн бүлгүүдийн зөөвөрлөдөг цэнэгүүдийн ялгаанаас шалтгаалан катион, анион, амфотерик ионы төрөлд хуваадаг.

Анион асфальтан эмульгаторын түүхий эд нь хямд бөгөөд хялбархан олдоцтой бөгөөд үйлдвэрлэлийн процесс нь энгийн. Тиймээс хамгийн анх үйлдвэрлэсэн эмульсжүүлсэн асфальт нь ерөнхийдөө дунд зэргийн хатуурдаг төрөл бөгөөд удаан хатуурдаг төрөл байдаг. Үүнийг зутан битүүмжлэх, нэвчих, гадаргууг боловсруулах гэх мэтэд ашиглаж болно. Анион эмульгаторууд нь үнийн давуу талтай боловч асфальтангийн анхны шинж чанарт ихээхэн нөлөөлдөг бөгөөд барилгын явцад олон асуудал үүсдэг. Тиймээс тэдгээрийг хэрэглэхдээ өртөг, барилгын үр нөлөө, барилгын чанарын цогц нөлөөллийг харгалзан үзэх шаардлагатай.

Cатион эмульгаторaХэдийгээр харьцангуй хожуу хөгжсөн ч практикт янз бүрийн эрдэс материалд илүү сайн наалддаг, хурдан үүсэх хурд, өндөр эрт бат бэх, бага тунтай болох нь батлагдсан. Энэ нь зөвхөн анион эмульгаторын давуу талыг ашиглахаас гадна тэдгээрийн дутагдлыг нөхөж, хөгжүүлснөөсөө хойш олны анхаарлыг татдаг. Катион асфальтан эмульгаторууд нь олон төрлийн төрөл, өөр өөр ангиллын аргуудтай байдаг. Тэдгээрийг ихэвчлэн химийн бүтцээр нь ангилдаг бөгөөд түгээмэл хэрэглэгддэг нь голчлон алкил аминууд, дөрөвдөгч төмрийн давс, лигнин аминууд, имидазолинууд гэх мэт орно.

Цвиттерионик эмульгаторын молекулууд нь хүчиллэг болон шүлтлэг бүлгүүдийг агуулдаг бөгөөд тэдгээр нь амархан "дотоод давс" үүсгэдэг. Цвиттерионик эмульгаторын усан уусмалын нэг онцлог шинж чанар нь тэдгээрийн цахилгаан цэнэг нь рН-ийн утга өөрчлөгдөхөд өөрчлөгддөг явдал юм. Тэд хатуу усанд кальцийн тархалтын хүчтэй чадвартай бөгөөд бусад төрлийн эмульгаторуудтай сайн нийцдэг боловч үнэ нь харьцангуй өндөр байдаг.

Ихэнх ион бус эмульгаторуудыг этилен оксидыг идэвхтэй устөрөгч агуулсан нэгдлүүдтэй (фенол, спирт, карбоксилын хүчил, амин гэх мэт) урвалд оруулснаар гаргаж авдаг. Тэдгээрийн идэвхжил нь зөвхөн гидрофобик алкилийн бүлгүүдтэй төдийгүй полиоксиэтилен гинжин хэлхээний урттай холбоотой байдаг. Тэдгээр нь өндөр гадаргуугийн идэвхжил, тогтвортой байдал, сайн эмульсжих чадвартай, бусад эмульгатор болон тэдгээрийн нэмэлтүүдтэй сайн нийцтэй байдлыг харуулдаг бөгөөд металлын ионуудад тодорхой хелат нөлөө үзүүлдэг. Тэдгээрийн идэвхжил нь уусмалын рН-ийн утгаас хамааралгүй бөгөөд Фазын урвуу температурт (PIT) үүссэн эмульс нь хамгийн тогтвортой байдаг.

3.3.Асфальтан эмульгаторын ажиллах зарчим

Эмульгаторын концентраци маш бага үед эмульгаторын молекулууд маш цөөхөн байдаг. Агаар ба усны хоорондох зааг дээр олон тооны эмульгаторын молекулууд хуримтлагдах боломжгүй байдаг. Гадаргуу дээр энэ нь агаар ба устай бараг шууд харьцдаг хэвээр байгаа бөгөөд гадаргуугийн таталт нь бараг өөрчлөгдөөгүй хэвээр байгаа бөгөөд цэвэр усны гадаргуугийн таталттай ойролцоо хэвээр байна.

Эмульгаторын концентраци зохих ёсоор нэмэгдэхэд эмульгаторын молекулууд усны гадаргуу дээр хурдан цугларч, агаар ба усны хоорондох холбоо барих хэсгийг багасгаж, улмаар гадаргуугийн хурцадмал байдал хурдан буурдаг.

Эмульгаторын концентраци цаашид нэмэгдэж, тодорхой утгад хүрэхэд олон тооны эмульгаторын молекулууд усан уусмалын гадаргуу дээр хуримтлагдаж, уусмалын гадаргууг бүрхсэн мономолекул хальс үүсгэдэг бөгөөд энэ нь усан уусмалыг агаараас бүрэн тусгаарлаж, гадаргуугийн хурцадмал байдлыг тогтворжуулдаг. Хэрэв эмульгаторын концентрацийг бага зэрэг нэмэгдүүлбэл эмульгаторын молекулууд усны гадаргуу дээр хуримтлагдахаа больж, харин өөрөө угсарч, липофилийн бүлгүүд дотогшоо, гидрофилийн бүлгүүд гадагшаа чиглэсэн мицелль эсвэл мицелийн агрегатууд үүсгэдэг. Мицелль эсвэл мицелийн агрегатууд үүсч эхлэх хамгийн бага концентрацийг ихэвчлэн Критик Мицелийн Концентраци (КМХ) гэж нэрлэдэг.

Мицелийн чухал концентрацид хүрсний дараа эмульгаторын концентраци нэмэгдсээр байвал гадаргуугийн хурцадмал байдал буурахгүй. Гадаргуу дээр мономолекул хальс аль хэдийн үүссэн тул эмульгаторын молекулууд нэгдэж, ойртох хандлагатай байдаг бөгөөд мицелл болж нэгтгэгдсээр байдаг тул эмульсийн мицелийн тоо тасралтгүй нэмэгдэхэд хүргэдэг.

Асфальтын эмульсжилт нь эмульсийн үйл ажиллагааны чухал тал юм. Тос-усны уусмалд эмульгатор нэмсний дараа эмульгаторын хоёр бүлэг нь чиглэлтэй байдлаар байрлаж, тос ба усны хоёр гадаргууг холбож, улмаар бие биенээ түлхэхээс сэргийлдэг. Хутгаж, тархсаны дараа асфальт нь усанд нарийн ширхэгтэй тоосонцор хэлбэрээр тогтвортой тархаж чаддаг.

Дүгнэлт

Асфальтан эмульгаторыг жишээ болгон авч үзвэл, энэхүү нийтлэлд гадаргуугийн идэвхт бодисын бүтцийн шинж чанар, ажиллах зарчим, хэрэглээний төлөв байдлын талаарх цогц танилцуулга, дүн шинжилгээг оруулсан болно. Гадаргуугийн идэвхт бодисууд нь усны гадаргуугийн хурцадмал байдлыг үр дүнтэй бууруулж, гадаргуугийн идэвхт бодисын молекулуудыг бусад янз бүрийн гадаргуу дээр хүчтэй адсорбцлох боломжтой бөгөөд ихэвчлэн тодорхой хэмжээний чиглэлтэй адсорбцтой байдаг. Чухам энэхүү чиглэлтэй адсорбц нь гадаргуугийн идэвхт бодисуудад эмульсжилт, деэмульсжилт, хөөсрөлт, тархалт, коагуляци, норгох зэрэг олон функцийг гүйцэтгэх боломжийг олгодог. Асфальтан эмульгаторууд нь гадаргуугийн идэвхт бодисын эмульсжилтийн нөлөөг ашиглан ажилладаг. Эдийн засгийн гүйцэтгэл эсвэл байгаль орчныг хамгаалах үүднээс авч үзвэл хүйтэн барилга нь 21-р зуунд хурдны замын инженерчлэлийн хөгжлийн чухал чиг хандлага болох нь гарцаагүй бөгөөд эмульгаторууд нь энэхүү технологийн гол цөм юм. Эмульгаторын гүйцэтгэлийг судлах, сайжруулах нь хүйтэн барилгад гүнзгий нөлөө үзүүлэх нь гарцаагүй.