Aplikasyon ng mga Surfactant sa Inhinyeriya ng Haywey

Ang mga surfactant (kilala rin bilang mga surface-active substance) ay kailangang-kailangan na mga kemikal na pantulong sa pag-unlad ng industriya at agrikultura, na may bentahe ng pagkamit ng mga makabuluhang resulta sa maliit na dosis. Lalo na pagkatapos ng Ikalawang Digmaang Pandaigdig, kasabay ng pag-unlad ng industriya ng petrokemikal, ang mabilis na umuusbong na industriya ng sintetikong surfactant ay lalong nagsulong sa aplikasyon ng mga surfactant sa iba't ibang larangan, tulad ng petrolyo, tela, pestisidyo, medikal na paggamot, metalurhiya, pagmimina, makinarya, konstruksyon, kalsada, abyasyon, pagkain, pangangalaga sa kapaligiran, paglalaba at pagtitina, atbp. Ang artikulong ito ay tututok sa pagpapakilala ng aplikasyon ng mga surfactant bilang mga asphalt emulsifier sa highway engineering.

1. Kahulugan ngMga Surfactant

Natuklasan ng mga tao sa pangmatagalang kasanayan sa produksyon na ang mga solusyon ng ilang mga sangkap ay maaaring makabuluhang magpabago sa mga katangian ng ibabaw ng mga solvent kahit na sa napakababang konsentrasyon, na ginagawa itong angkop para sa ilang mga kinakailangan sa produksyon, tulad ng pagbabawas ng surface tension o interfacial tension ng solvent, pagtaas ng wettability, detergency, emulsifying at foaming properties, atbp. Ang sabon, na kadalasang ginagamit sa pang-araw-araw na buhay, ay isa sa mga naturang sangkap. Ang isang kapansin-pansing katangian ng mga sangkap tulad ng sabon ay ang pagdaragdag ng kaunting halaga sa tubig ay maaaring lubos na mabawasan ang surface tension ng tubig.

Kasabay ng pagsulong ng agham at teknolohiya at pag-unlad ng produksyon, ang mga tao ay nagsagawa ng malalimang pananaliksik sa mga katangian at tungkulin ng mga naturang sangkap at nakapagbigay ng medyo tumpak na kahulugan ng mga surfactant. Ibig sabihin, ang surfactant ay isang kemikal na sangkap na maaaring makabuluhang bawasan ang surface tension (o liquid-liquid interfacial tension) ng isang solvent (karaniwan ay tubig) sa napakababang konsentrasyon, baguhin ang estado ng ibabaw ng sistema, sa gayon ay lumilikha ng isang serye ng mga epekto tulad ng wetting at anti-wetting, emulsification at demulsification, dispersion at coagulation, foaming at defoaming, at solubilization.

2. Mga katangiang istruktural ng mga surfactant

Ang mga molekula ng surfactant ay binubuo ng dalawang bahagi na may ganap na magkaibang katangian: ang isang bahagi ay ang lipophilic group (kilala rin bilang hydrophobic group) na may affinity sa langis, at ang isa pang bahagi ay ang hydrophilic group (kilala rin bilang oleophobic group) na may affinity sa tubig. Ang istrukturang katangiang ito ng mga surfactant ay nagiging sanhi, kapag natunaw ang mga ito sa tubig, na ang mga hydrophilic group ay naaakit ng mga molekula ng tubig, habang ang mga lipophilic group ay itinataboy ng mga molekula ng tubig. Upang malampasan ang hindi matatag na estadong ito, kailangan nilang sakupin ang ibabaw ng likido, kung saan ang mga lipophilic group ay umaabot sa atmospera at ang mga hydrophilic group ay umaabot sa tubig.

Bagama't ang katangiang istruktural ng mga molekula ng surfactant ay ang mga ito ay mga amphiphilic na molekula, hindi lahat ng amphiphilic na molekula ay mga surfactant. Tanging ang mga amphiphilic na sangkap na may sapat na haba ng lipophilic na bahagi ang mga surfactant.

Halimbawa, sa serye ng mga sodium salt na fatty acid, ang mga compound na may maliit na bilang ng mga carbon atom (tulad ng sodium formate, sodium acetate, sodium propionate, sodium butyrate, atbp.) ay pawang may mga lipophilic at hydrophilic group at nagtataglay ng surface activity, ngunit hindi sila gumagana bilang sabon at samakatuwid ay hindi maaaring tawaging surfactants. Kapag tumaas lamang ang bilang ng mga carbon atom sa isang tiyak na lawak, saka lamang magpapakita ng malinaw na surface activity ang mga sodium fatty acid at nagtataglay ng pangkalahatang katangian ng sabon. Karamihan sa mga natural na langis at taba ng hayop at halaman ay mga fatty acid ester na naglalaman ng 10 hanggang 18 carbon atom. Kung ang mga acid na ito ay pinagsama sa isang hydrophilic group, magiging mga surfactant sila na may isang tiyak na antas ng lipophilicity at hydrophilicity, at may mahusay na solubility.

3. Paglalapat ng mga Surfactant saInhinyeriya ng Haywey

3.1.Mga Surfactant atmga emulsifier ng aspalto

Ang aspalto emulsifier ay isang uri ng surfactant. Ang mga emulsifier at detergent ay may parehong katangian tulad ng adsorptivity, oryentasyon, kakayahang bumuo ng mga colloidal ion, at kakayahang bawasan ang interfacial tension. Gayunpaman, bilang isang emulsifier, kailangan din nitong magkaroon ng mga katangiang bumubuo ng pelikula. Lalo na para sa mga aspalto emulsifier, kailangan nilang magkaroon ng mga alkane na may angkop na carbon chain upang mas mahusay na ma-emulsified sa aspalto.

3.2.Pag-uuri ng mga emulsifier ng aspalto

Ang mga emulsifier ay inuuri sa ionic at non-ionic na uri batay sa kung ang mga hydrophilic group ng mga molekula ng emulsifier ay may dalang mga karga kapag ang mga emulsifier ay natunaw sa tubig. Ang mga ionic emulsifier ay nahahati pa sa cationic, anionic, at amphoteric ionic na uri dahil sa mga pagkakaiba sa mga karga na dala ng kanilang mga hydrophilic group pagkatapos ng ionization sa tubig.

Mura at madaling makuha ang mga hilaw na materyales ng anionic asphalt emulsifier, at simple lang ang proseso ng produksyon. Samakatuwid, ang pinakaunang nagawang emulsified asphalt ay ang anionic emulsified asphalt, na karaniwang medium-set type, at mayroon ding ilang slow-set type. Maaari itong gamitin para sa slurry sealing, penetration, surface treatment, atbp. Bagama't may mga bentahe sa presyo ang mga anionic emulsifier, malaki ang epekto nito sa orihinal na katangian ng aspalto, at maraming problema ang nangyayari sa proseso ng konstruksyon. Samakatuwid, kapag ginagamit ang mga ito, kinakailangang isaalang-alang ang komprehensibong epekto ng gastos, epekto sa konstruksyon, at kalidad ng konstruksyon.

Cemulsifier ng atiyonaBagama't medyo huli ang pag-unlad nito, ipinakita ng mga kasanayan na mas mahusay ang pagdikit nito sa iba't ibang materyales na mineral, na may mabilis na bilis ng pagbuo, mataas na maagang lakas, at mababang dosis. Hindi lamang nito binibigyang-pansin ang mga bentahe ng mga anionic emulsifier kundi napupunan din nito ang kanilang mga kakulangan, kaya nakakaakit ng maraming atensyon simula nang mabuo ito. Ang mga cationic asphalt emulsifier ay may iba't ibang uri at iba't ibang paraan ng pag-uuri. Karaniwan silang inuuri ayon sa kanilang mga istrukturang kemikal, at ang mga karaniwang ginagamit ay pangunahing kinabibilangan ng alkyl amines, quaternary iron salts, lignin amines, imidazolines, atbp.

Ang mga molekula ng zwitterionic emulsifier ay naglalaman ng parehong acidic at basic na mga grupo, at madali silang bumubuo ng "inner salts". Ang isang katangian ng mga aqueous solution ng zwitterionic emulsifier ay ang kanilang electrical charge ay nagbabago kasabay ng mga pagbabago sa halaga ng pH. Mayroon silang malakas na kakayahan sa calcium dispersion sa matigas na tubig at mahusay na compatibility sa iba pang mga uri ng emulsifier, ngunit ang kanilang presyo ay medyo mataas.

Karamihan sa mga non-ionic emulsifier ay nakukuha sa pamamagitan ng reaksyon ng ethylene oxide sa mga compound na naglalaman ng aktibong hydrogen (tulad ng mga phenol, alcohol, carboxylic acid, amine, atbp.). Ang kanilang aktibidad ay hindi lamang nauugnay sa hydrophobic alkyl group kundi pati na rin sa haba ng mga polyoxyethylene chain. Mayroon silang mataas na surface activity, estabilidad, at mahusay na kakayahan sa emulsification, nagpapakita ng mahusay na compatibility sa iba pang mga emulsifier at kanilang mga additives, at may partikular na chelating effect sa mga metal ion. Ang kanilang aktibidad ay hindi nakadepende sa pH value ng solusyon, at ang emulsion na nabuo sa Phase Inversion Temperature (PIT) ang pinaka-stable.

3.3.Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga emulsifier ng aspalto

Kapag napakababa ng konsentrasyon ng emulsifier, napakakaunti ng mga molekula ng emulsifier. Sa interface ng hangin at tubig, imposibleng maipon ang maraming molekula ng emulsifier. Sa ibabaw, halos direktang nakadikit pa rin ito sa hangin at tubig, at ang surface tension ay halos hindi nagbabago, malapit pa rin sa surface tension ng purong tubig.

Kapag ang konsentrasyon ng emulsifier ay tumaas nang naaangkop, ang mga molekula ng emulsifier ay mabilis na nagtitipon sa ibabaw ng tubig, na binabawasan ang lugar ng kontak sa pagitan ng hangin at tubig, sa gayon ay nagiging sanhi ng mabilis na pagbaba ng tensyon sa ibabaw.

Kapag ang konsentrasyon ng emulsifier ay lalong tumaas at umabot sa isang tiyak na halaga, isang malaking bilang ng mga molekula ng emulsifier ang naiipon sa ibabaw ng aqueous solution, na bumubuo ng isang monomolecular film na tumatakip sa ibabaw ng solusyon, na ganap na naghihiwalay sa aqueous solution mula sa hangin at nagpapatatag sa surface tension. Kung ang konsentrasyon ng emulsifier ay bahagyang tumaas pa, ang mga molekula ng emulsifier ay hindi na maipon sa ibabaw ng tubig, ngunit sa halip ay kusang-loob na magtitipon sa mga micelle o micellar aggregate kung saan ang mga lipophilic group ay nakaturo sa loob at ang mga hydrophilic group ay nakaturo sa labas. Ang pinakamababang konsentrasyon kung saan malapit nang magsimulang mabuo ang mga micelle o micellar aggregate ay karaniwang tinatawag na Critical Micelle Concentration (CMC).

Matapos maabot ang kritikal na konsentrasyon ng micelle, kung patuloy na tataas ang konsentrasyon ng emulsifier, hindi na bababa ang surface tension. Dahil nabuo na ang isang monomolecular film sa ibabaw, ang mga molekula ng emulsifier ay may posibilidad na magsanib at maglapit sa isa't isa, patuloy na magsasama-sama upang maging mga micelle, kaya nagiging sanhi ng patuloy na pagtaas ng bilang ng mga micelle sa emulsion.

Ang emulsipikasyon ng aspalto ay isang mahalagang aspeto ng aksyon ng emulsipikasyon. Pagkatapos magdagdag ng emulsifier sa solusyon ng langis-tubig, ang dalawang grupo ng emulsifier ay nag-aayos ng kanilang mga sarili sa isang direksyon, na nagdurugtong sa dalawang interface ng langis at tubig, sa gayon ay pinipigilan ang mga ito na magtaboy sa isa't isa. Pagkatapos haluin at ikalat, ang aspalto ay maaaring matatag na ikalat sa tubig sa anyo ng mga pinong partikulo.

Konklusyon

Kung gagamitin ang mga asphalt emulsifier bilang halimbawa, ang artikulong ito ay nagbibigay ng komprehensibong panimula at pagsusuri ng mga katangiang istruktural, mga prinsipyo ng paggana, at katayuan ng aplikasyon ng mga surfactant. Ang mga surfactant ay maaaring epektibong bawasan ang surface tension ng tubig, malakas na sumipsip ng mga molekula ng surfactant sa iba't ibang mga interface, at kadalasang mayroong isang tiyak na antas ng directional adsorption. Ang directional adsorption na ito ang nagbibigay-daan sa mga surfactant na magkaroon ng maraming tungkulin tulad ng emulsification, demulsification, foaming, dispersion, coagulation, at wetting. Ang mga asphalt emulsifier ay gumagana sa pamamagitan ng paggamit ng emulsifying effect ng mga surfactant. Mula man sa pananaw ng pagganap sa ekonomiya o pangangalaga sa kapaligiran, ang cold construction ay tiyak na magiging isang mahalagang trend sa pag-unlad ng highway engineering sa ika-21 siglo, at ang mga emulsifier ang sentro ng teknolohiyang ito. Ang pananaliksik at pagpapabuti ng pagganap ng emulsifier ay tiyak na magkakaroon ng malalim na epekto sa cold construction.