Истифодаи сурфактантҳо дар муҳандисии роҳ

Сурфактантҳо (инчунин бо номи моддаҳои фаъоли сатҳӣ маълуманд) ёрирасони кимиёвии ҳатмӣ дар рушди саноат ва кишоварзӣ мебошанд, ки бартарии ба даст овардани натиҷаҳои назаррас бо миқдори кам доранд. Хусусан пас аз Ҷанги Дуюми Ҷаҳонӣ, бо рушди саноати нафт ва кимиё, саноати сурфактантҳои синтетикии босуръат рушдёбанда истифодаи сурфактантҳоро дар соҳаҳои гуногун, аз қабили нафт, нассоҷӣ, пеститсидҳо, табобати тиббӣ, металлургия, истихроҷи маъдан, мошинсозӣ, сохтмон, роҳҳо, авиатсия, хӯрокворӣ, ҳифзи муҳити зист, шустан ва рангкунӣ ва ғайра, боз ҳам бештар афзоиш дод. Ин мақола ба муаррифии истифодаи сурфактантҳо ҳамчун эмульгаторҳои асфалт дар муҳандисии роҳҳо тамаркуз хоҳад кард.

1. ТаърифиСурфактантҳо

Одамон дар амалияи дарозмуддати истеҳсолӣ муайян кардаанд, ки маҳлулҳои баъзе моддаҳо метавонанд хосиятҳои сатҳии ҳалкунандаҳоро ҳатто дар консентратсияҳои хеле паст ба таври назаррас тағйир диҳанд ва онҳоро барои баъзе талаботи истеҳсолӣ, ба монанди кам кардани шиддати сатҳӣ ё шиддати байнисатҳии ҳалкунанда, афзоиши таршавӣ, шустушӯй, хосиятҳои эмульсиякунанда ва кафккунанда ва ғайра мувофиқ гардонанд. Собун, ки аксар вақт дар ҳаёти ҳаррӯза истифода мешавад, яке аз чунин моддаҳост. Хусусияти назарраси моддаҳо ба монанди собун дар он аст, ки илова кардани миқдори кам ба об метавонад шиддати сатҳии обро ба таври назаррас коҳиш диҳад.

Бо пешрафти илму техника ва рушди истеҳсолот, одамон таҳқиқоти амиқро дар бораи хосиятҳо ва вазифаҳои чунин моддаҳо анҷом додаанд ва таърифи нисбатан дақиқи сурфактантҳоро додаанд. Яъне, сурфактант моддаи кимиёвӣ аст, ки метавонад шиддати сатҳиро (ё шиддати байнисатҳии моеъ-моеъ)-и ҳалкунанда (одатан об) дар консентратсияҳои хеле паст ба таври назаррас коҳиш диҳад, ҳолати сатҳии системаро тағйир диҳад ва бо ин роҳ як қатор таъсирҳоро ба монанди тар кардан ва зидди тар кардан, эмульсия ва деэмульсия, парокандагӣ ва коагулятсия, кафк кардан ва декапулятсия ва ҳал шудан ба вуҷуд орад.

2. Хусусиятҳои сохтории сурфактантҳо

Молекулаҳои сурфактант аз ду қисм иборатанд, ки хосиятҳои комилан гуногун доранд: як қисм гурӯҳи липофилӣ (инчунин бо номи гурӯҳи гидрофобӣ маълум аст), ки ба равған майл дорад ва қисми дигар гурӯҳи гидрофилӣ (инчунин бо номи гурӯҳи олеофобӣ маълум аст) мебошад, ки ба об майл дорад. Ин хусусияти сохтории сурфактантҳо боис мешавад, ки ҳангоми ҳал шудан дар об гурӯҳҳои гидрофилӣ аз ҷониби молекулаҳои об ҷалб карда шаванд, дар ҳоле ки гурӯҳҳои липофилӣ аз ҷониби молекулаҳои об дафъ карда мешаванд. Барои бартараф кардани ин ҳолати ноустувор, онҳо бояд сатҳи моеъро ишғол кунанд, гурӯҳҳои липофилӣ ба атмосфера ва гурӯҳҳои гидрофилӣ ба об паҳн мешаванд.

Гарчанде ки хусусияти сохтории молекулаҳои сурфактант дар он аст, ки онҳо молекулаҳои амфифилӣ мебошанд, на ҳама молекулаҳои амфифилӣ сурфактантҳо мебошанд. Танҳо моддаҳои амфифилӣ бо қисми липофилии кофӣ дароз сурфактантҳо мебошанд.

Масалан, дар силсилаи намакҳои кислотаи равғании натрий, пайвастагиҳо бо шумораи ками атомҳои карбон (масалан, формати натрий, ацетати натрий, пропионати натрий, бутирати натрий ва ғайра) ҳама гурӯҳҳои липофилӣ ва гидрофилӣ доранд ва фаъолияти сатҳӣ доранд, аммо онҳо ҳамчун собун амал намекунанд ва аз ин рӯ, онҳоро сурфактантҳо номидан мумкин нест. Танҳо вақте ки шумораи атомҳои карбон то андозаи муайян афзоиш меёбад, кислотаҳои равғании натрий фаъолияти намоёни сатҳӣ нишон медиҳанд ва хосиятҳои умумии собунро доранд. Аксари равғанҳо ва равғанҳои табиии ҳайвонот ва растанӣ эфирҳои кислотаи равғанӣ мебошанд, ки аз 10 то 18 атоми карбон доранд. Агар ин кислотаҳо бо гурӯҳи гидрофилӣ якҷоя карда шаванд, онҳо ба сурфактантҳо бо дараҷаи муайяни липофилӣ ва гидрофилӣ табдил меёбанд ва ҳалшавии хуб доранд.

3. Истифодаи сурфактантҳо дарМуҳандисии шоҳроҳ

3.1.Сурфактантҳо ваэмульгаторҳои асфалтӣ

Эмульгаторҳои асфалтӣ як навъи сурфактант мебошанд. Эмульгаторҳо ва шустушӯйҳо дорои хосиятҳо ба монанди адсорбсия, самтгирӣ, қобилияти ташкил кардани ионҳои коллоидӣ ва қобилияти коҳиш додани шиддати байни сатҳҳо мебошанд. Аммо, ҳамчун эмульгатор, он инчунин бояд хосиятҳои плёнкашаклкунанда дошта бошад. Хусусан барои эмульгаторҳои асфалтӣ, онҳо бояд алканҳоро бо занҷири карбонии мувофиқ дошта бошанд, то бо асфалт беҳтар эмульсия шаванд.

3.2.Таснифоти эмульгаторҳои асфалт

Эмульгаторҳо вобаста ба он ки оё гурӯҳҳои гидрофилии молекулаҳои эмульгатор ҳангоми ҳал шудани эмульгаторҳо дар об заряд доранд ё не, ба намудҳои ионӣ ва ғайриионӣ тақсим карда мешаванд. Эмульгаторҳои ионӣ минбаъд ба намудҳои ионӣ, катионӣ, анионӣ ва амфотерикӣ тақсим карда мешаванд, ки ин аз сабаби фарқияти зарядҳои гурӯҳҳои гидрофилии онҳо пас аз ионизатсия дар об ба вуҷуд меояд.

Ашёи хоми эмульгатори асфалти анионӣ арзон ва ба осонӣ дастрасанд ва раванди истеҳсол содда аст. Аз ин рӯ, аввалин асфалти эмульгатсионӣ истеҳсолшуда асфалти эмульгатории анионӣ буд, ки одатан аз навъи миёнақабат аст ва инчунин баъзе намудҳои сустқабат мавҷуданд. Онро барои мӯҳр кардани лой, воридшавӣ, коркарди сатҳ ва ғайра истифода бурдан мумкин аст. Гарчанде ки эмульгаторҳои анионӣ бартариҳои нарх доранд, онҳо ба хосиятҳои аслии асфалт таъсири калон мерасонанд ва дар раванди сохтмон мушкилоти зиёде ба миён меоянд. Аз ин рӯ, ҳангоми истифодаи онҳо, таъсири ҳамаҷонибаи арзиш, таъсири сохтмон ва сифати сохтмонро ба назар гирифтан зарур аст.

Cэмульгатор атионӣaГарчанде ки он нисбатан дертар таҳия шудааст, амалия нишон дод, ки он ба маводҳои гуногуни минералӣ часпиши беҳтар дорад, суръати тези ташаккулёбӣ, қувваи баланди барвақтӣ ва миқдори кам дорад. Он на танҳо бартариҳои эмульгаторҳои аниониро истифода мебарад, балки камбудиҳои онҳоро низ ҷуброн мекунад ва аз замони таҳияаш таваҷҷӯҳи зиёдро ба худ ҷалб мекунад. Эмульгаторҳои асфалти катионӣ навъҳои гуногун ва усулҳои гуногуни таснифот доранд. Онҳо одатан мувофиқи сохторҳои кимиёвии худ тасниф карда мешаванд ва маъмултаринҳо асосан аминҳои алкил, намакҳои чоряки оҳан, аминҳои лигнин, имидазолинҳо ва ғайраро дар бар мегиранд.

Молекулаҳои эмульгаторҳои звиттерионӣ ҳам гурӯҳҳои туршӣ ва ҳам асосӣ доранд ва онҳо ба осонӣ "намакҳои дохилӣ"-ро ташкил медиҳанд. Хусусияти маҳлулҳои обии эмульгаторҳои звиттерионӣ дар он аст, ки заряди электрикии онҳо бо тағирёбии арзиши рН тағйир меёбад. Онҳо қобилияти паҳншавии қавии калсий дар оби сахт ва мутобиқати хуб бо дигар намудҳои эмульгаторҳо доранд, аммо нархи онҳо нисбатан баланд аст.

Аксари эмульгаторҳои ғайриионӣ бо роҳи реаксияи оксиди этилен бо пайвастагиҳое, ки дорои гидрогени фаъол мебошанд (масалан, фенолҳо, спиртҳо, кислотаҳои карбоксилӣ, аминҳо ва ғайра) ба даст оварда мешаванд. Фаъолияти онҳо на танҳо ба гурӯҳҳои алкилҳои гидрофобӣ, балки ба дарозии занҷирҳои полиоксиэтилен низ алоқаманд аст. Онҳо дорои фаъолияти баланди сатҳӣ, устуворӣ ва қобилияти хуби эмульгатсионӣ мебошанд, бо дигар эмульгаторҳо ва иловаҳои онҳо мутобиқати хуб нишон медиҳанд ва ба ионҳои металл таъсири муайяни хелатӣ доранд. Фаъолияти онҳо аз арзиши рН-и маҳлул вобаста нест ва эмульсияе, ки дар ҳарорати инверсияи фаза (PIT) ба вуҷуд омадааст, устувортарин аст.

3.3.Принсипи кори эмульгаторҳои асфалтӣ

Вақте ки консентратсияи эмульгатор хеле паст аст, молекулаҳои эмульгатор хеле каманд. Дар сатҳи байни ҳаво ва об ҷамъ шудани шумораи зиёди молекулаҳои эмульгатор ғайриимкон аст. Дар сатҳ, он қариб ки бо ҳаво ва об мустақиман тамос мегирад ва шиддати сатҳӣ қариб бетағйир боқӣ мемонад, ки ба шиддати сатҳии оби тоза наздик аст.

Вақте ки консентратсияи эмульгатор ба таври мувофиқ афзоиш меёбад, молекулаҳои эмульгатор зуд дар сатҳи об ҷамъ мешаванд ва майдони тамос байни ҳаво ва обро кам мекунанд ва бо ин боиси паст шудани шиддати сатҳӣ мегардад.

Вақте ки консентратсияи эмульгатор боз ҳам афзоиш меёбад ва ба арзиши муайян мерасад, шумораи зиёди молекулаҳои эмульгатор дар сатҳи маҳлули обӣ ҷамъ мешаванд ва плёнкаи мономолекулавӣ ташкил медиҳанд, ки сатҳи маҳлулро мепӯшонад, ки маҳлули обиро аз ҳаво пурра ҷудо мекунад ва шиддати сатҳро устувор мекунад. Агар консентратсияи эмульгатор каме бештар зиёд карда шавад, молекулаҳои эмульгатор дигар наметавонанд дар сатҳи об ҷамъ шаванд, балки ба ҷои он худ ба худ ба миселлаҳо ё агрегатҳои миселлӣ табдил меёбанд, ки гурӯҳҳои липофилӣ ба дарун ва гурӯҳҳои гидрофилӣ ба берун нигаронида шудаанд. Консентратсияи ҳадди ақал, ки дар он миселлаҳо ё агрегатҳои миселлӣ ба ташаккул шурӯъ мекунанд, одатан Консентратсияи Миселлҳои Критикӣ (CMC) номида мешавад.

Пас аз расидан ба консентратсияи муҳими миселла, агар консентратсияи эмульгатор афзоиш ёбад, шиддати сатҳӣ дигар кам намешавад. Азбаски дар сатҳ плёнкаи мономолекулавӣ аллакай ташаккул ёфтааст, молекулаҳои эмульгатор майл доранд, ки якҷоя шаванд ва ба ҳам наздиктар шаванд ва ба миселлаҳо ҷамъ шаванд ва бо ин васила шумораи миселлаҳо дар эмульсия пайваста афзоиш меёбад.

Эмульсиякунонии асфалт ҷанбаи муҳими амали эмульсиякунонӣ мебошад. Пас аз илова кардани эмульгатор ба маҳлули равған-об, ду гурӯҳи эмульгатор худро ба таври самтӣ ҷойгир мекунанд ва ду сатҳи байни равған ва обро пайваст мекунанд ва бо ин роҳ аз дафъи якдигар пешгирӣ мекунанд. Пас аз омехта кардан ва пароканда шудан, асфалт метавонад дар об ба таври устувор дар шакли зарраҳои майда пароканда шавад.

Хулоса

Дар ин мақола, бо назардошти мисоли эмульгаторҳои асфалт, муқаддима ва таҳлили ҳамаҷонибаи хусусиятҳои сохторӣ, принсипҳои корӣ ва ҳолати татбиқи сурфактантҳо оварда шудааст. Сурфактантҳо метавонанд шиддати сатҳии обро самаранок коҳиш диҳанд, молекулаҳои сурфактантҳоро дар сатҳҳои гуногуни дигар ба таври қавӣ адсорбсия кунанд ва аксар вақт дараҷаи муайяни адсорбсияи самтӣ дошта бошанд. Маҳз ҳамин адсорбсияи самтӣ ба сурфактантҳо имкон медиҳад, ки вазифаҳои сершумор, аз қабили эмульсия, деэмульсия, кафккунӣ, парокандагӣ, коагулятсия ва таркунӣ дошта бошанд. Эмульгаторҳои асфалтӣ бо истифода аз таъсири эмульгаторҳои сурфактантҳо кор мекунанд. Новобаста аз он ки аз нуқтаи назари самаранокии иқтисодӣ ё ҳифзи муҳити зист, сохтмони хунук як тамоюли муҳим дар рушди муҳандисии роҳ дар асри 21 хоҳад буд ва эмульгаторҳо асоси ин технология мебошанд. Таҳқиқот ва такмили самаранокии эмульгаторҳо бешубҳа ба сохтмони хунук таъсири амиқ хоҳад дошт.