1、瀝青乳化劑乳化原理武城縣博斯特筑路機(jī)械有限公司瀝青乳化劑定義：瀝青乳化劑是表面活性劑的一種類型。它是能吸附在瀝青顆粒與水界面，從而顯著降低瀝青與水界面的自由能，使 其構(gòu)成均勻而穩(wěn)定的乳濁液的一種表面活性劑。在水中加入瀝青乳化劑以后，乳化劑的親水基與水分子之間有很強(qiáng)的吸引力，乳化劑分子在液體表面上基本是無一定方向的，多處于 平躺狀態(tài)。由于溶液中乳化劑的濃度由小變大，親油基的烴基部分，因憎水性排斥于水體系之外，產(chǎn)生疏水效應(yīng)。這樣就使乳化劑產(chǎn)生 了一個方向性，水面上溶解的是親水基，水面最遠(yuǎn)方向?yàn)橛H油基，形成了乳化劑定向排列于界面上，使自由能趨于最小，保持了最穩(wěn)定 位置。這樣乳化劑與空氣界面上形成了一

2、層單分子膜。這種有規(guī)則的分子排列現(xiàn)象稱作分子定向排列或配位。這種單分子定向排列現(xiàn)象 稱為單分子吸附膜。瀝青乳化劑分子在水溶液中定向排列的吸附現(xiàn)象，不僅在空氣和水相之間，也可發(fā)生在空氣以外的瀝青相中。這種吸附現(xiàn)象有物理吸 附和化學(xué)吸附，以化學(xué)吸附為主，隨著親油基碳鏈長度增加吸附速度加快，分子定向排列的吸附速度加快，最后水的表面形成單分子層， 使水的表面張力下降。在乳化劑水溶液中加入過量的乳化劑，不僅可以形成單分子定向的吸附膜，而且能形成復(fù)雜的多層吸附膜和乳化劑分子集束，以盡量 保持最小的自由能。如果瀝青液經(jīng)高速剪切成細(xì)小微粒( 0.01mm-0.001mm)而均勻的分散在水中，溶入水中的乳化液分

3、子會立即在瀝青 微粒界面被吸附，從而產(chǎn)生新的吸附排列，親油基一段吸附于瀝青內(nèi)部，親水基一端吸附于水中，以鉗形固定于界面上，從而降低了瀝 青與水的界面張力。當(dāng)吸附的乳化劑分子達(dá)到飽和狀態(tài)時，在瀝青微粒表面形成一層被乳化劑分子包封的有一定機(jī)械強(qiáng)度的堅(jiān)固的分子薄膜，使瀝青微粒具有親水性，而均勻穩(wěn)定地分散在水中，形成乳化瀝青大大加強(qiáng)。其中瀝青為分散相，瀝青乳液是一個多相分相體系，瀝青是以微粒形式均勻分散于水中的穩(wěn)定乳狀液，其穩(wěn)定度因乳化劑為不連續(xù)相或稱內(nèi)相；水為分散介質(zhì)，為連續(xù)相或稱外相，為水包油(O/W)型乳化瀝青。也就是我們平時使用的乳化瀝青。陰離子乳化劑陰離子乳化劑在水中溶解后，其活性部分傾向離

4、解成負(fù)電離子的表面活性物質(zhì)，其特征表現(xiàn)為具有一個大的有機(jī)陰離子，能與堿作用生成鹽。根據(jù)帶負(fù) 電離子部分的結(jié)構(gòu)不同，可分為羧酸鹽型、磺酸鹽型及硫酸鹽型三大類。陰離子 乳化劑的缺點(diǎn)是抗硬水能力較差；優(yōu)點(diǎn)是來源廣、種類多、價格便宜。可用于堿性礦物集料。一、羧酸鹽型乳化劑，它是由大分子鏈的羧酸與堿作用而生成的陰離子瀝青乳化劑。常用的有脂肪酸鹽和環(huán)烷酸鹽。其化學(xué)結(jié)構(gòu)為： RCOOM R 為憎水烴基，為長烴脂肪烴或環(huán)烷烴基，碳原子個數(shù)為 9-21.M為金屬離子，包括 K+ Na + 在羧酸鹽型瀝青乳化劑中應(yīng)用最多的為油酸鈉、松香酸鈉、月桂酸鈉、環(huán)烷酸鈉等。脂肪酸的碳鏈越長，親油性越強(qiáng)，凝固點(diǎn)越高，制成的脂

5、肪酸皂越硬， 在水中的溶解性越差。脂肪酸的碳鏈越短在水中的溶解性越好，親油性越差，對瀝青的乳化效果越差。選擇脂肪酸鹽乳化劑一般選擇碳數(shù)為 12-20 之間，其中應(yīng)用最多的碳原子為 12-18.環(huán)烷酸存在于很多瀝青中，可以從瀝青中提取。用作瀝青乳化劑的環(huán)烷酸的酸值應(yīng)在 75-175 之間，瀝青酸值在 0.75KOH/g 左右或更高的環(huán)烷酸瀝青， 可簡單的用堿性乳化劑所乳化，可獲得較滿意的環(huán)烷皂乳化瀝青。(一) 油酸皂 油酸皂是用天然油脂與氫氧化鈉進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而生成的一種陰離子型乳化劑，學(xué)名為順 -9- 十八碳烯酸鹽，是含一個雙鍵的不飽和脂肪皂。其化學(xué)式為： CH3(CH2)7-CH=CH-(CH

6、2)7COONa油酸是橄欖油、牛脂的主要成分，碳數(shù)均為18，由于分子中含有雙鍵，增加了親水性，在水中溶解性增強(qiáng)，具有極強(qiáng)的表面活性，是乳化瀝青中常用的瀝青乳化劑。但在硬水中與鋁、鎂等離子形成不溶性的鋁皂、鎂皂，影響乳化效果。(二) 硬脂酸鈉 硬脂酸鈉是由硬脂酸和堿作用而生成的硬脂酸皂。其化學(xué)式為 CH3(CH2)16Na 硬脂酸鈉多數(shù)是含有十八碳的飽和脂肪酸皂。其碳鏈越長，憎水性越強(qiáng)，親水性羧酸基僅為一個，親水性不足，顧在冷水中溶解性較差，易溶于熱水。 但對瀝青親和力較大，是瀝青較好的乳化劑。油酸皂雖與硬脂酸皂的碳鏈基本相等，均為 18 個碳組成，但因含有雙鍵，其性質(zhì)很不相同。由于受雙鍵的影響

7、，親水性較好，易溶于水，對瀝青的乳 化能力較硬脂酸皂好。（三）月桂酸皂 月桂酸皂是月桂酸油脂與氫氧化鈉作用而生成的一種陰離子乳化劑。其化學(xué)式為C11H23COONa 月桂酸脂主要存在于椰子油中，由于碳數(shù)為12，疏水基較短，易溶于水，同樣是瀝青乳化中較好的乳化劑。（四）松香油皂 松香油皂是天然松香和堿作用而生成的一種陰離子乳化劑。其化學(xué)式為C19H29COON。a松香是從切開針葉樹干滲出的粘稠性樹脂類物質(zhì)，在室溫下呈半透明狀態(tài)，主要成分是松香酸和松香酸酐，為不飽和化合物，活性較大，易于造化，形 成松香酸皂。在每個松香酸皂分子中含有兩個不飽和雙鍵，由于雙鍵的存在可增強(qiáng)對水的親和力，但影響瀝青的乳化

8、性能，通常是加氫除去雙鍵。 松香皂易溶于水，有較好的水溶性和抗硬水能力，潤濕能力較好，為瀝青常用的陰離子乳化劑。二、磺酸鹽型乳化劑 磺酸鹽型陰離子乳化劑是直鏈烷烴、烷基苯、烷基萘等與硫酸或發(fā)煙硫酸經(jīng)磺化和堿中和而制成的表面活性劑，其化學(xué)式為： R-SO3Na R 為碳原子數(shù) 為 8-20 中間的碳鏈。在瀝青乳化劑中常用的磺酸鹽型乳化劑只要有烷基苯磺酸鹽、烷基磺酸鹽和植物油磺酸鹽。（一）烷基苯磺酸鹽 烷基苯磺酸鹽又稱石油苯磺酸鹽，這是因?yàn)樗迷贤榛拖N是由天然或人造石油的餾分制的。其分子式為：R為 CnH2n+1的長鏈烷基，以 C10-C18 應(yīng)用最多；M為金屬離子 Na、K，以 Na 應(yīng)用

9、最多。 從烷基苯磺酸鈉分子中可以看出，是由烷基苯磺化，直接引入磺酸基經(jīng)堿中和而成。其他親油基（或稱憎水劑、疏水基）為烷基苯（C12H2n1C6H4）, 親水基為磺酸鹽。在個烷基苯鏈細(xì)長（鏈長為13- 20?,直徑小于 4.9? ）。由于合成工藝與原料的不同烷基鏈的鏈長及支鏈情況不同，苯環(huán)和烷基連接位置不同，以及磺酸基引入苯環(huán)的多少和位置不同等，烷基苯磺酸鈉不是單一成分，而是一個復(fù)雜的含異構(gòu)體的體系。在支鏈烷基苯磺酸鹽中，表面張力以 14 碳最低， 12 碳次之，以直鏈 18 個碳乳化能力強(qiáng)。各種不同異構(gòu)體的C12，以 n=12 為最好。苯核在烷基鏈上結(jié)合位置，以苯環(huán)移向中心的為好，以 3- 苯

10、基異構(gòu)體的最好。烷基苯磺酸鈉與羧酸鹽相比，磺酸鹽不易與酸及金屬離子反應(yīng)，可在寬的 PH 值范圍內(nèi)及相當(dāng)?shù)慕饘匐x子濃度下保持活性。簡單的苯基磺酸鹽沒有太大的表面活性，其核上有一個或幾個短鏈的烷基取代基對界面活性就有不同程度的提高，取代的烷基使陰離子的非極性部分的憎水性增大。0.3Mn/cm。烷基苯磺酸鈉為白色或淡黃色粉末或片狀固體，對酸、堿或硬水都比較穩(wěn)定，但在240時極易發(fā)生分解，表面張力為十二烷基苯磺酸鈉、雙十二烷基苯基醚二磺酸鈉是乳化瀝青中常用的陰離子乳化劑。用平均分子量 400-500 單烷基和雙烷基苯磺酸鈉，可制得貯存穩(wěn)定 性好的瀝青乳液。如果與凝結(jié)劑（如氯化鈣或水泥）混合，可控制其分

11、裂速度。與其他某些陰離子乳化劑混合 使用時，所發(fā)揮的乳化效果比單獨(dú)使用 時，其乳化效果更好，具有選擇性的協(xié)同效應(yīng)，也是乳化瀝青中常用的陰離子乳化劑。在苯環(huán)上的烷基碳原子很少，甚至為零時（或僅有兩個甲基） ，如苯磺酸鈉、甲基磺酸鈉、二甲基苯磺酸鈉和異丙磺酸鈉，能增大烷基苯磺酸鈉及其他 組分在水溶液中的溶解度，常作表面活性劑的助溶劑。（二）烷基磺酸鈉烷基磺酸鈉又稱為石油磺酸鈉，俗稱石油皂。它是由高沸點(diǎn)石油餾分（230-320 ）先行氫化或用濃硫酸處理除去不飽和烴而得到的純烷基，在紫外光照射下與氯和二氧化硫作用生成一氯化合物，再用燒堿皂化而成。其化學(xué)式為：R SO3NaC15-C16 為好。R為 C

12、13-C18 的烷基或烷基苯稠環(huán)結(jié)構(gòu)。 烷基磺酸鈉的表面活性與烷基苯磺酸鈉接近，它在堿性、中性和弱酸性溶液中較為穩(wěn)定，在硬水中仍具有較好的乳化能力。支鏈烷基苯磺酸鈉溶液的溶 解度及臨界膠束濃度、表面張力和碳原子數(shù)有關(guān)，乳化能力以28± 1%，不皂化物（以 100%有效物計） 6%，1%水溶液 PH值烷基磺酸鈉為 或淡黃色粉末，易溶于水，是乳化瀝青中常用的乳化劑。該產(chǎn)品有效物為 為 7-8 ， NaCl 含量小于 6%。CH 2CH2CH2CH3CH（三）拉開粉 拉開粉的學(xué)名為二丁基萘磺酸鈉，屬于烷基萘基磺酸鹽中的一種。由醇、萘與發(fā)煙硫酸作用后即可得二丁基萘磺酸，再經(jīng)燒堿處理而制得萘磺

13、酸鹽表面 活性劑，2CH2CH2CH3拉開粉為白色或微黃色粉末，液體呈淺橙色透明液體，易溶于水。固狀物加熱至100不熔化而磺化，并逸出堿性氣體，對酸堿和硬水都穩(wěn)定，活性物含量為 60± 1%,PH值為 7-8.將兩個烷基化的萘磺酸鹽用亞烷基連接起來得到的化合物具有較大的分散效果，是良好的分散劑。例如，亞甲基二異丙基萘磺酸鈉、亞甲基二異丙基萘 磺酸鉀等。四） 木質(zhì)素磺酸鹽木質(zhì)素磺酸鹽又稱磺化木質(zhì)素。木質(zhì)素是愈瘡木基（ 為：4-羥基 -3- 甲氧基苯基）的多聚物，是從造紙工業(yè)廢液中提取的瀝青乳化劑，其基本化學(xué)結(jié)構(gòu)單元2OH在 -碳原子上引入磺酸基，則成為磺酸鹽，它是由亞硫酸鹽制漿廢液經(jīng)石

14、灰乳沉淀酸溶，轉(zhuǎn)化而制得的。其分子式為：3Na2OH針葉樹含一個甲氧基，闊葉樹含有兩個甲氧基，側(cè)鏈雙鍵發(fā)生加合反應(yīng)。最普通的磺酸鹽相對分子量約為4000. 一般來說低分子量木質(zhì)素磺酸鹽多為直鏈，在水溶液中締合在一起；高分子量木質(zhì)素磺酸鹽多為支鏈，在水溶液中顯示出聚合電解質(zhì)行為，并且高分子量部分很難生物降解。木質(zhì)素磺酸鹽呈黃色固體，有良好的分散性，是固體在介質(zhì)中的較好分散劑。通常用來制造慢裂型乳化瀝青。此外，磺化妥爾油皂、磺化琥珀酸、- 烯烴磺酸鹽、磺化松香、磺化棉籽油等，都可用作陰離子乳化瀝青的乳化劑，有的還可改善瀝青對礦物集料的粘附性。三、硫酸酯鹽 硫酸酯鹽是用硫酸與含烴基烷烴或烯烴發(fā)生硫酸

15、化反應(yīng)而在羥基上引入磺酸基（-Os3M）親水基團(tuán)的表面活性劑。其化學(xué)式為：R OsO3MR為含烴基的烷烴或烯烴，碳原子個數(shù)在C12-C18. M 為金屬離子（ K、Na） 。從化學(xué)式中可以看出，硫酸酯鹽陰離子乳化劑是一個具有ROsO3-離子的瀝青乳化劑。其主要性能取決于脂肪醇的鏈長及支鏈度。具有較長碳鏈或支鏈的表面活性劑才具有較好的表面活性，且直鏈的表面活性比支鏈大，乳化能力強(qiáng)，不飽和的 C16-C18 鏈硫酸鹽比飽和烷基硫酸鹽有較大的溶解度。一般碳原子 數(shù)大于 14 時，在室溫下，在水中的溶解度是很小的。硫酸酯鹽乳化劑與磺酸鹽乳化劑的區(qū)別是硫酸酯鹽的親水基通過氧原子即C-O-S 鍵與憎水基聯(lián)

16、結(jié)。而磺酸鹽乳化劑是通過C-S 鍵直接與憎水基聯(lián)結(jié)，附中對水解的敏感性使它的應(yīng)用受到限制。加的氧使硫酸酯鹽的溶解度比磺酸鹽型乳化劑更強(qiáng)，但C-O-S 比 C-S 鍵更易水解，硫酸酯鹽在酸性硫酸酯鹽更易溶于水，表面活性不受硬水、金屬離子的影響，缺點(diǎn)是遇酸性水溶液會發(fā)生水解，生成硫酸和原來含羥基的烷烴或烯烴，而磺酸鹽（RSO3M）則遇酸不會水解，是穩(wěn)定的乳化劑，但對硬水性能欠佳。在硫酸酯鹽乳化劑中最具代表性的是十二烷基硫酸鈉。其結(jié)構(gòu)式為：CH3（CH2） 11OsO3Na它是以椰子油氫化得到的月桂酸，用三氧化硫或氯磺酸酸化、中和制得十二烷基硫酸鈉。呈白色或微黃色粉末，或淺黃色透明液體。優(yōu)等品的有效活性含量達(dá) 90%以上，一等品達(dá) 86%以上，三等品 82%以上，液體產(chǎn)品達(dá) 28%以上。 PH=7.5-9.5 ，具有輕微的特殊氣味，易溶于水，無毒，180-185 時會分解。用硫酸酯鹽乳化劑