沥青乳化剂乳化原理

沥青乳化剂乳化原理

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沥青乳化剂定义：沥青乳化剂是表面活性剂的一种类型。它是能吸附在沥青颗粒与水界面，从而显著降低沥青与水界面的自由能，使其构成均匀而稳定的乳浊液的一种表面活性剂。

在水中加入沥青乳化剂以后，乳化剂的亲水基与水分子之间有很强的吸引力，乳化剂分子在液体表面上基本是无一定方向的，多处于平躺状态。由于溶液中乳化剂的浓度由小变大，亲油基的烃基部分，因憎水性排斥于水体系之外，产生疏水效应。这样就使乳化剂产生了一个方向性，水面上溶解的是亲水基，水面最远方向为亲油基，形成了乳化剂定向排列于界面上，使自由能趋于最小，保持了最稳定位置。这样乳化剂与空气界面上形成了一层单分子膜。这种有规则的分子排列现象称作分子定向排列或配位。这种单分子定向排列现象称为单分子吸附膜。

沥青乳化剂分子在水溶液中定向排列的吸附现象，不仅在空气和水相之间，也可发生在空气以外的沥青相中。这种吸附现象有物理吸附和化学吸附，以化学吸附为主，随着亲油基碳链长度增加吸附速度加快，分子定向排列的吸附速度加快，最后水的表面形成单分子层，使水的表面力下降。

在乳化剂水溶液中加入过量的乳化剂，不仅可以形成单分子定向的吸附膜，而且能形成复杂的多层吸附膜和乳化剂分子集束，以尽量保持最小的自由能。如果沥青液经高速剪切成细小微粒（0.01mm-0.001mm）而均匀的分散在水中，溶入水中的乳化液分子会立即在沥青微粒界面被吸附，从而产生新的吸附排列，亲油基一段吸附于沥青部，亲水基一端吸附于水中，以钳形固定于界面上，从而降低了沥青与水的界面力。当吸附的乳化剂分子达到饱和状态时，在沥青微粒表面形成一层被乳化剂分子包封的有一定机械强度的坚固的分子薄膜，

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使沥青微粒具有亲水性，而均匀稳定地分散在水中，形成乳化沥青。

沥青乳液是一个多相分相体系，沥青是以微粒形式均匀分散于水中的稳定乳状液，其稳定度因乳化剂大大加强。其中沥青为分散相，为不连续相或称相；水为分散介质，为连续相或称外相，为水包油（O/W）型乳化沥青。也就是我们平时使用的乳化沥青。

阴离子乳化剂

阴离子乳化剂在水中溶解后，其活性部分倾向离解成负电离子的表面活性物质，其特征表现为具有一个大的有机阴离子，能与碱作用生成盐。根据带负电离子部分的结构不同，可分为羧酸盐型、磺酸盐型及硫酸盐型三大类。

阴离子乳化剂的缺点是抗硬水能力较差；优点是来源广、种类多、价格便宜。可用于碱性矿物集料。

一、羧酸盐型乳化剂，它是由大分子链的羧酸与碱作用而生成的阴离子沥青乳化剂。常用的有脂肪酸盐和环烷酸盐。其化学结构为：RCOOM

R为憎水烃基，为长烃脂肪烃或环烷烃基，碳原子个数为9-21.

M为金属离子，包括K+Na+

在羧酸盐型沥青乳化剂中应用最多的为油酸钠、松香酸钠、月桂酸钠、环烷酸钠等。脂肪酸的碳链越长，亲油性越强，凝固点越高，制成的脂肪酸皂越硬，在水中的溶解性越差。脂肪酸的碳链越短在水中的溶解性越好，亲油性越差，对沥青的乳化效果越差。选择脂肪酸盐乳化剂一般选择碳数为12-20之间，其中应用最多的碳原子为12-18.

环烷酸存在于很多沥青中，可以从沥青中提取。用作沥青乳化剂的环烷酸的酸值应在75-175之间，沥青酸值在0.75KOH/g左右或更高的环烷酸沥青，可简单的用碱性乳化剂所乳化，可获得较满意的环烷皂乳化沥青。

（一）油酸皂

油酸皂是用天然油脂与氢氧化钠进行化学反应而生成的一种阴离子型乳化剂，学名为顺-9-十八碳烯酸盐，是含一个双键的不饱和脂肪皂。其化学式为：CH3(CH2)7-CH=CH-(CH2)7COONa

油酸是橄榄油、牛脂的主要成分，碳数均为18，由于分子中含有双键，增加了亲水性，在水中溶解性增强，具有极强的表面活性，是乳化沥青中常用的沥青乳化剂。但在硬水中与铝、镁等离子形成不溶性的铝皂、镁皂，影响乳化效果。

（二）硬脂酸钠

硬脂酸钠是由硬脂酸和碱作用而生成的硬脂酸皂。其化学式为CH3(CH2)16Na

硬脂酸钠多数是含有十八碳的饱和脂肪酸皂。其碳链越长，憎水性越强，亲水性羧酸基仅为一个，亲水性不足，顾在冷水中溶解性较差，易溶于热水。

但对沥青亲和力较大，是沥青较好的乳化剂。

油酸皂虽与硬脂酸皂的碳链基本相等，均为18个碳组成，但因含有双键，其性质很不相同。由于受双键的影响，亲水性较好，易溶于水，对沥青的乳Word文档

化能力较硬脂酸皂好。

（三）月桂酸皂

月桂酸皂是月桂酸油脂与氢氧化钠作用而生成的一种阴离子乳化剂。其化学式为

C11H23COONa

月桂酸脂主要存在于椰子油中，由于碳数为12，疏水基较短，易溶于水，同样是沥青乳化中较好的乳化剂。

（四）松香油皂

松香油皂是天然松香和碱作用而生成的一种阴离子乳化剂。其化学式为C19H29COONa。

松香是从切开针叶树干渗出的粘稠性树脂类物质，在室温下呈半透明状态，主要成分是松香酸和松香酸酐，为不饱和化合物，活性较大，易于造化，形成松香酸皂。在每个松香酸皂分子中含有两个不饱和双键，由于双键的存在可增强对水的亲和力，但影响沥青的乳化性能，通常是加氢除去双键。

松香皂易溶于水，有较好的水溶性和抗硬水能力，润湿能力较好，为沥青常用的阴离子乳化剂。

二、磺酸盐型乳化剂

磺酸盐型阴离子乳化剂是直链烷烃、烷基苯、烷基萘等与硫酸或发烟硫酸经磺化和碱中和而制成的表面活性剂，其化学式为：R-SO3Na R为碳原子数为8-20中间的碳链。

在沥青乳化剂中常用的磺酸盐型乳化剂只要有烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐和植物油磺酸盐。

（一）烷基苯磺酸盐

烷基苯磺酸盐又称石油苯磺酸盐，这是因为所用原料烷基和烯烃是由天然或人造石油的馏分制的。其分子式为：

R

3

M

R为CnH2n+1的长链烷基，以C10-C18应用最多；

M为金属离子Na、K，以Na应用最多。

从烷基苯磺酸钠分子中可以看出，是由烷基苯磺化，直接引入磺酸基经碱中和而成。其他亲油基（或称憎水剂、疏水基）为烷基苯（C12H2n＋1－C6H4）,亲水基为磺酸盐。在个烷基苯链细长（链长为13-20Å,直径小于4.9Å）。由于合成工艺与原料的不同烷基链的链长及支链情况不同，苯环和烷基连接位置不同，以及磺酸基引入苯环的多少和位置不同等，烷基苯磺酸钠不是单一成分，而是一个复杂的含异构体的体系。

在支链烷基苯磺酸盐中，表面力以14碳最低，12碳次之，以直链18个碳乳化能力强。各种不同异构体的C12，以n=12为最好。苯核在烷基链上结合位置，以苯环移向中心的为好，以3-苯基异构体的最好。

烷基苯磺酸钠与羧酸盐相比，磺酸盐不易与酸及金属离子反应，可在宽的PH值围及相当的金属离子浓度下保持活性。简单的苯基磺酸盐没有太大的表面活性，其核上有一个或几个短链的烷基取代基对界面活性就有不同程度的提高，取代的烷基使阴离子的非极性部分的憎水性增大。

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