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乳化瀝青
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乳化瀝青

名稱:乳化瀝青
詳細信息 :

乳化瀝青是指把瀝青加熱熔融,在機械攪拌作用力下,以細小的微粒分散于含有乳化劑及其助劑的水溶液中形成的水包油型(O/W)乳液。根據所用乳化劑電性的不同,分為陽離子乳化瀝青、陰離子乳化瀝青、非離子乳化瀝青等。

從1914年美國的粘土乳化瀝青開始,到60年代開發出了多種陰離子乳化瀝青產品。陰離子乳化劑品種較多,價格相對低廉,但是陰離子乳化瀝青與礦料特別是潮濕礦料以及堿性礦料的粘結性較差。隨著對表面活性劑認識的進一步深入以及膠體化學、界面化學的發展,20世紀 60年代出現的陽離子乳化瀝青有效地彌補了陰離子乳化瀝青的不足,提高了成膜的早期強度,在低溫、潮濕條件下使用性能較好。法國、美國在60年代就實現了陽離子瀝青乳液的商品化。70年代末我國開始研究陽離子瀝青乳液,對乳液的加工工藝、乳化設備以及乳液的檢測標準和方法等方面取得了一系列的成績,為乳化瀝青的推廣應用奠定了良好的基礎。近年來,我國防水涂料的銷售量約為16萬噸/年,僅乳化瀝青用量達4萬噸以上。另據國際稀漿封層協會報導,乳化瀝青在稀漿封層中的用量由1996年的291.15萬噸增加到1999年的360.34萬噸。

乳化劑的應用

乳化瀝青是隨著瀝青用表面活性劑的開發應用而發展的。除了加工工藝外,對于確定的基質瀝青,乳化劑的種類、結構和組成決定了乳化瀝青的基本性質及使用范圍。

從結構來看,乳化劑是由非性的疏水基和性的親水基組成的兩親性分子,這種結構使乳化劑在溶液表(界)面形成定向緊密排列,改變了體系的表(界)面化學性質。當乳化劑的濃度超過其臨界膠束濃度CMC(critical micelle concentration),表(界)面張力降至低,從而具有乳化、消泡、分散等功能,在建材化工、石油開采、日用品、紡織印染等領域有廣泛的用途。

根據乳化劑親水親油平衡值(HLB)的大小可初步確定其應用的范圍,瀝青用乳化劑一般在10 ~ 18之間。由于瀝青乳液中瀝青的比表面積很大,所以乳化劑的濃度要遠大于CMC,才能達到充分乳化的目的,乳化劑用量一般控制在乳液的0.13% ~ 3%(質量分數)。 

乳化劑的分類

世界各國常用的瀝青乳化劑

按照乳化劑親水基性質的不同,乳化劑分為陰離子型、陽離子型、兩性離子型、非離子乳化型以及復合離子型等。世界各國常用的瀝青乳化劑。

陰離子乳化劑

此類乳化劑原料便宜易得,工藝簡單,技術成熟,不必調節p H值就可直接使用,在乳化瀝青的發展初期受到了重視。主要包括羧酸鹽類、磺酸鹽類、硫酸脂鹽類、磷酸脂鹽類等。

陽離子乳化劑

此類乳化劑發展較晚,但實踐發現它與各種礦料有更好的粘附性,用量少等優點,得到了更廣泛的應用。主要有烷基胺類、酰胺類、咪唑啉類、季銨鹽類、環氧乙烷雙胺、胺化木質素等。其中二烷基或三烷基胺類一般沒有乳化性,含有C12~ C22的單烷基胺類乳化劑效果較好,但是烷基單胺缺乏足夠的乳化能力,所以常用有C12~ C22烷基、2 ~ 4個亞甲基的N-烷基聚亞甲基二胺鹽類乳化劑。烷基丙烯二胺常由丙烯腈與伯胺加成還原得到,而鹵代烷同乙二胺反應也是合成N-烷基乙二胺的普通方法。同樣,鹵代烷與多亞甲基多胺(二亞甲基三胺、三亞甲基四胺等)反應,可以得到N-烷基多胺。實踐證明,有C16~ C20的脂肪烴基取代的乙撐或丙撐二胺是性能良好的陽離子乳化劑。

季銨鹽類乳化劑是應用為廣泛的陽離子乳化劑。主要有烷基季銨鹽(如1831、18331、1621等),雜環結構的季銨鹽,通過酰胺、酯、醚等基團連接的季銨鹽(如Ar OC2H4OC2H4N+Me Et Cl—)等。特別是含氯烷基季銨鹽類,如烷基吡啶氯化物,用于稀漿封層中能減少快裂型瀝青乳液的流失。連有C8~ C22鏈的芳基或環烷基季銨鹽,可以減慢瀝青的破乳,并有改善與石料、混凝土等粘附性的作用。盡管季銨鹽類的乳化能力與二胺類相當,但與石料等基體結合破乳后形成的覆蓋膜層較薄。

酰胺類乳化劑常由脂肪酸(酯)胺解得到,其單酰胺化合物是一類重要的表面活性劑,反應過程中通入CO2可防止二酰胺的生成。由脂肪酰胺的鹽酸鹽得到的乳液具有良好的貯存穩定性和對各種基體的粘附性能。脂肪酸的衍生物,特別是妥爾油與二乙烯三胺或四乙烯五胺的產物,是一種很有用的瀝青乳化劑。另外,烷基酰胺多胺RCO-NH(C3H6NH)nC3H6NH2中含有多個親水性胺基,所以能通過調節p H值,得到性能各異的瀝青乳液。但是酰胺類乳化劑在水中有水解現象。酰胺類乳化劑經進一步加熱脫水可以形成咪唑啉類陽離子乳化劑,它的無機酸鹽也是很好的乳化劑。 

兩性乳化劑

它的分子結構與氨基酸相似,即分子中同時存在酸性基和堿性基,易形成“內鹽”。主要有甜菜堿型、氨基酸型、咪唑啉型等,也有雜元素代替N、P的,如S為陽離子基團活性中心的兩性表面活性劑。其耐硬水、鈣分散能力較強,與其他各類型的乳化劑有良好的配伍性,但價格較高

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