Tensider (även kända som ytaktiva ämnen) är oumbärliga kemiska hjälpmedel i utvecklingen av industri och jordbruk, med fördelen att de kan uppnå betydande resultat med små doser. Särskilt efter andra världskriget, med utvecklingen av den petrokemiska industrin, har den snabbt framväxande syntetiska tensidindustrin ytterligare främjat användningen av tensider inom olika områden, såsom petroleum, textilier, bekämpningsmedel, medicinsk behandling, metallurgi, gruvdrift, maskiner, byggnation, vägar, flyg, livsmedel, miljöskydd, tvättning och färgning, etc. Denna artikel kommer att fokusera på att introducera användningen av tensider som asfaltemulgeringsmedel inom vägteknik.
1. Definition avTensider
Under långvarig produktion har man funnit att lösningar av vissa ämnen avsevärt kan förändra lösningsmedels ytegenskaper även vid mycket låga koncentrationer, vilket gör dem lämpliga för vissa produktionskrav, såsom att minska lösningsmedlets ytspänning eller gränsytspänning, öka vätbarheten, rengöringsförmågan, emulgerings- och skumningsegenskaperna etc. Tvål, som ofta används i vardagen, är ett sådant ämne. En anmärkningsvärd egenskap hos ämnen som tvål är att tillsats av en liten mängd till vatten kan minska vattnets ytspänning avsevärt.
Med utvecklingen av vetenskap och teknik och utvecklingen av produktion har människor genomfört djupgående forskning om egenskaperna och funktionerna hos sådana ämnen och har gett en relativt exakt definition av tensider. Det vill säga att ett tensid är ett kemiskt ämne som avsevärt kan minska ytspänningen (eller vätske-vätske-gränssnittsspänningen) hos ett lösningsmedel (vanligtvis vatten) vid mycket låga koncentrationer, förändra systemets yttillstånd och därigenom producera en rad effekter såsom vätning och anti-vätning, emulgering och demulgering, dispersion och koagulering, skumning och skumdämpning samt solubilisering.
2. Strukturella egenskaper hos tensider
Tensidmolekyler består av två delar med helt olika egenskaper: den ena delen är den lipofila gruppen (även känd som den hydrofoba gruppen) som har en affinitet för olja, och den andra delen är den hydrofila gruppen (även känd som den oleofoba gruppen) som har en affinitet för vatten. Denna strukturella egenskap hos tensider gör att de hydrofila grupperna, när de löses upp i vatten, attraheras av vattenmolekyler, medan de lipofila grupperna stöts bort av vattenmolekyler. För att övervinna detta instabila tillstånd måste de ockupera vätskans yta, där de lipofila grupperna sträcker sig in i atmosfären och de hydrofila grupperna sträcker sig in i vattnet.
Även om den strukturella egenskapen hos surfaktantmolekyler är att de är amfifila molekyler, är inte alla amfifila molekyler surfaktanter. Endast amfifila substanser med en tillräckligt lång lipofil del är surfaktanter.
Till exempel, i serien av fettsyranatriumsalter, har föreningar med ett litet antal kolatomer (såsom natriumformiat, natriumacetat, natriumpropionat, natriumbutyrat, etc.) alla lipofila och hydrofila grupper och besitter ytaktivitet, men de fungerar inte som tvål och kan därför inte kallas tensider. Först när antalet kolatomer ökar i viss utsträckning uppvisar natriumfettsyror tydlig ytaktivitet och besitter tvålens allmänna egenskaper. De flesta naturliga animaliska och vegetabiliska oljor och fetter är fettsyraestrar innehållande 10 till 18 kolatomer. Om dessa syror kombineras med en hydrofil grupp blir de tensider med en viss grad av lipofilicitet och hydrofilicitet och har god löslighet.
3. Applicering av tensider iVägteknik
3.1.Tensider ochasfaltemulgeringsmedel
Asfaltemulgeringsmedel är en typ av tensid. Emulgeringsmedel och rengöringsmedel delar egenskaper som adsorptionsförmåga, orientering, förmåga att bilda kolloidala joner och förmåga att minska gränsytspänning. Som emulgeringsmedel måste det dock också ha filmbildande egenskaper. Speciellt för asfaltemulgeringsmedel behöver de ha alkaner med en lämplig kolkedja för att bättre emulgera med asfalt.
3.2.Klassificering av asfaltemulgeringsmedel
Emulgeringsmedel klassificeras i joniska och nonjoniska typer baserat på om de hydrofila grupperna i emulgeringsmedelsmolekylerna bär laddningar när emulgeringsmedlen löses i vatten. Joniska emulgeringsmedel delas vidare in i katjoniska, anjoniska och amfotära jontyper på grund av skillnaderna i laddningarna som bärs av deras hydrofila grupper efter jonisering i vatten.
Råmaterial för anjoniska asfaltemulgeringsmedel är billiga och lättillgängliga, och produktionsprocessen är enkel. Därför var den tidigaste producerade emulgerade asfalten anjonisk emulgerad asfalt, som vanligtvis är av den medelhärdande typen, och det finns även några långsamt härdande typer. Den kan användas för slamförsegling, penetration, ytbehandling etc. Även om anjoniska emulgeringsmedel har prisfördelar, har de stor inverkan på asfaltens ursprungliga egenskaper, och många problem uppstår under byggprocessen. Därför är det nödvändigt att beakta de övergripande effekterna av kostnad, konstruktionseffekt och konstruktionskvalitet när man applicerar dem.
Cationisk emulgeringsmedelaÄven om det utvecklades relativt sent har praktiken visat att det har bättre vidhäftning till olika mineralmaterial, med snabb formningshastighet, hög tidig hållfasthet och låg dosering. Det ger inte bara fördelarna med anjoniska emulgeringsmedel utan kompenserar också för deras brister, vilket har dragit till sig mycket uppmärksamhet sedan det utvecklades. Katjoniska asfaltemulgeringsmedel finns i en mängd olika typer och olika klassificeringsmetoder. De klassificeras vanligtvis efter sina kemiska strukturer, och de vanligaste inkluderar huvudsakligen alkylaminer, kvaternära järnsalter, ligninaminer, imidazoliner etc.
Zwitterjoniska emulgeringsmedelsmolekyler innehåller både sura och basiska grupper, och de bildar lätt "inre salter". Ett kännetecken för vattenlösningar av zwitterjoniska emulgeringsmedel är att deras elektriska laddning förändras med variationer i pH-värdet. De har stark kalciumdispersionsförmåga i hårt vatten och god kompatibilitet med andra typer av emulgeringsmedel, men deras pris är relativt högt.
De flesta nonjoniska emulgeringsmedel erhålls genom reaktion av etylenoxid med föreningar som innehåller aktivt väte (såsom fenoler, alkoholer, karboxylsyror, aminer, etc.). Deras aktivitet är relaterad inte bara till de hydrofoba alkylgrupperna utan även till längden på polyoxietylenkeldjorna. De har hög ytaktivitet, stabilitet och god emulgeringsförmåga, uppvisar god kompatibilitet med andra emulgeringsmedel och deras tillsatser, och har en viss kelatbildande effekt på metalljoner. Deras aktivitet är oberoende av lösningens pH-värde, och emulsionen som bildas vid fasinversionstemperaturen (PIT) är den mest stabila.
3.3.Funktionsprincipen för asfaltemulgeringsmedel
När emulgeringsmedlets koncentration är extremt låg finns det väldigt få emulgeringsmolekyler. Vid gränsytan mellan luft och vatten är det omöjligt för ett stort antal emulgeringsmolekyler att ackumuleras. På ytan är den nästan fortfarande i direkt kontakt med luft och vatten, och ytspänningen förblir nästan oförändrad, fortfarande nära ytspänningen för rent vatten.
När emulgeringsmedlets koncentration ökar på lämpligt sätt samlas emulgeringsmolekylerna snabbt på vattenytan, vilket minskar kontaktytan mellan luft och vatten, vilket gör att ytspänningen sjunker snabbt.
När emulgeringsmedlets koncentration ökar ytterligare och når ett visst värde, ackumuleras ett stort antal emulgeringsmolekyler på ytan av den vattenhaltiga lösningen och bildar en monomolekylär film som täcker lösningens yta, vilket helt isolerar den vattenhaltiga lösningen från luften och stabiliserar ytspänningen. Om emulgeringsmedlets koncentration ökas ytterligare något, kan emulgeringsmolekylerna inte längre ackumuleras på vattenytan, utan istället självbildas till miceller eller micellära aggregat med de lipofila grupperna pekande inåt och de hydrofila grupperna pekande utåt. Den lägsta koncentration vid vilken miceller eller micellära aggregat är på väg att börja bildas kallas vanligtvis kritisk micellkoncentration (CMC).
Efter att den kritiska micellkoncentrationen har nåtts, om emulgeringsmedlets koncentration fortsätter att öka, kommer ytspänningen inte längre att minska. Eftersom en monomolekylär film redan har bildats på ytan tenderar emulgeringsmedelsmolekylerna att smälta samman och röra sig närmare varandra, och fortsätter att aggregera till miceller, vilket gör att antalet miceller i emulsionen ökar kontinuerligt.
Emulgering av asfalt är en viktig aspekt av emulgeringsverkan. Efter att ha tillsatt ett emulgeringsmedel till en olje-vattenlösning, arrangerar sig de två grupperna i emulgeringsmedlet i ett riktningsbaserat sätt, vilket förbinder de två gränssnitten mellan olja och vatten, vilket förhindrar att de stöter bort varandra. Efter omrörning och dispergering kan asfalt stabilt dispergeras i vatten i form av fina partiklar.
Slutsats
Med asfaltemulgeringsmedel som exempel ger denna artikel en omfattande introduktion och analys av de strukturella egenskaperna, arbetsprinciperna och tillämpningsstatusen för tensider. Tensider kan effektivt minska vattnets ytspänning, starkt adsorbera tensidmolekyler på olika andra gränssnitt och har ofta en viss grad av riktad adsorption. Det är denna riktade adsorption som gör det möjligt för tensider att ha flera funktioner såsom emulgering, demulgering, skumning, dispersion, koagulering och vätning. Asfaltemulgeringsmedel fungerar genom att utnyttja den emulgerande effekten av tensider. Oavsett om det är ur ekonomisk prestanda eller miljöskyddsperspektiv, är kallbyggnation oundvikligen en viktig trend i utvecklingen av vägteknik under 2000-talet, och emulgeringsmedel är kärnan i denna teknik. Forskning och förbättring av emulgeringsmedels prestanda kommer säkerligen att ha en djupgående inverkan på kallbyggnation.
Publiceringstid: 31 mars 2026