CC BY
69
УДК 625.768.5
ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЕМУЛЬГАТОРІВ ДЛЯ ДОРОЖНІХ БІТУМНИХ ЕМУЛЬСІЙ
В.К. Жданюк, професор, д.т.н., В.Я. Терлецька, м.н.с., ХНАДУ
Анотація. Виконано дослідження властивостей емульгаторів для бітумних емульсій. Встановлена концентраційна залежність поверхневого натягу водних розчинів емульгаторів та показника адсорбції ПАР на поверхні мінерального адсорбента.
Ключові слова: поверхнево-активні речовини, емульгатор, бітумна емульсія, поверхневий натяг, адсорбція, концентрація.
Вступ
Бітумні емульсії знаходять широке застосування у дорожньому будівництві. Вони використовуються в ролі в’яжучого як при будівництві конструктивних шарів дорожніх одягів, так і при ремонті покриттів [1, 2].
Якість конструкційних шарів, влаштованих з використанням бітумної емульсії, визначається багатьма факторами [3], в тому числі і видом емульгатора, прийнятого для приготування бітумної емульсії.
Аналіз публікацій
Відомо [4], що до емульгаторів для бітумних дорожніх емульсій висуваються такі загальні вимоги:
- вони повинні мати високу спорідненість з тією рідиною, яка є дисперсійним середовищем (в даному випадку з водою);
- повинні відносно швидко адсорбуватися та створювати тонкий та стабільний протягом відповідного часу шар на краплях бітуму, який зашкоджує їх коагуляції та коалесценції;
- знижувати поверхневий натяг на межі вода-бітум і таким чином підвищувати термодинамічну стабільність емульсії.
Крім того, при виборі емульгатора та інших складових дорожніх бітумних емульсій необхідно враховувати, наскільки вони забезпечують адге-зійну активність в’яжучого по відношенню до поверхні мінеральних матеріалів із кислих гірських порід [3], та, звичайно ж, їх екологічну безпечність.
Мета і постановка задачі
На ринку дорожніх матеріалів в Україні наявна велика кількість закордонних поверхневоактив-них речовин різних класів з приблизно однаковими емульгуючими властивостями. Лідерами серед них є катіоноактивні емульгатори, які виготовляються французькою фірмою СЕСА та шведською фірмою Akzo Nobel.
Метою даного дослідження є порівняння ефективності катіоноактивних емульгаторів різних виробників за показниками поверхневих властивостей.
Результати досліджень
Фізико-хімічні характеристики та сфера застосування емульгаторів, що були прийняті для досліджень, наведені у табл.1-2.
Для досліджень показника поверхневого натягу були виготовлені водні розчини емульгаторів Dinoram SL, Polyram L80 (фірма CECA) та Redicot Rm007 і Redicot Е-11 (фірма Akzo Nobel) з різною концентрацією емульгатора.
Поверхневий натяг водних розчинів емульгаторів визначали при температурі 25 °С за допомогою методу найбільшого тиску в бульбашці. Вказаний метод ґрунтується на визначенні тиску, при якому відбувається відрив бульбашки повітря, яка видувається в рідину через капіляр. Вимірювання проводили за допомогою мікроманометра згідно з методикою, наведеною в [5].
На рис. 1 наведені ізотерми поверхневого натягу водних розчинів емульгаторів (суцільні лінії). Із наведених ізотерм видно, що зі збільшенням концентрації емульгатора у воді величина поверхневого натягу водного розчину зменшується.
Т аблиця 1 Фізико-хімічні характеристики емульгаторів (за даними виробників)
Показники Емульгатори
Біпогаш БЬ Роїугат Ь80 Redicot Кш007 Redicot Е-11
Стан при 20 °С рідкий рідкий рідкий рідкий
Колір жовтий корич- невий від жовтого до червоного прозо- рий
Щільність при 20 °С, кг/м3 900 930 890
Температура, °С: - застигання - спалаху -8 204 4 >100 <5 >100 -20
В’язкість при температурі 20 °С, мПа-с 320 571 440 -
Лужність 4,304,65 мл НСї/г л /г ^ О со о чо К 125-135 мг НСї/г
Рекомендована концентрація, % 1,5 - 2,2 4 - 10 0,17 - 0,6 ,5 1 ,6 0
Рекомендований діапазон рН 2-4 1,8-4 1,5-3,5 4,0-6,0
Таблиця 2 Сфери призначення емульгаторів (за даними виробників)
Види робіт, в яких доцільно використовувати емульгатори Емульгатори
Біпогаш Бї £2 оо о сц е Redicot Кш007 Redic о! Е-11
Поверхнева обробка + +
Підґрунтовка + +
Просочуван- ня + +
Тонкошарове емульсійно- мінеральне покриття + +
Пористі щебеневі суміші +
Литі емульсійно-мінеральні суміші + +
Холодний регенерований асфальтобетон + +
Укріплення ґрунтів + +
При цьому вказана закономірність спостерігається для всіх досліджуваних емульгаторів. Найменша величина показника поверхневого натягу при концентрації емульгаторів більше 0,2 % спостерігається для водного розчину емульгатора Роїугат L80. Ізотерми адсорбції водних розчинів інших емульгаторів розташовуються вище кривої для емульгатора Роїугат L80. Проте, при концен-
трації до 0, 15 % найбільш активним із випробуваних емульгаторів є Redicot Е-11, а найменш активним - емульгатор Роїугат L80.
Концентрація г/л
—Ж— Біпогаш SL * К^іеоі КМ007 —*—Роїугат L80
—п— КеїЗісо! Е11 -Ж- Біпогаш SL * К^ісо! КМ007*
-а- Роїугат Ь80* Redicot Е11*
Рис. 1. Ізотерми поверхневого натягу емульгаторів до адсорбції (суцільні лінії) та після адсорбції молекул емульгаторів на поверхні кварцового піску (пунктирні лінії)
В роботі здійснювали також оцінку адсорбційної активності емульгаторів з водних розчинів по відношенню до поверхні кварцового піску. Дослідження здатності різних емульгаторів адсорбуватись на поверхні мінерального адсорбенту виконували шляхом порівняння ізотерм поверхневого натягу. Як адсорбент використовувався митий та висушений до постійної маси природний кварцовий пісок фракції 0,315 - 0,14 мм. Концентрація адсорбенту складала 23 % від маси водних розчинів різних емульгаторів.
Результати оцінки величини поверхневого натягу водних розчинів емульгаторів після адсорбції на поверхні кварцового піску наведені на рис. 1 (пунктирні лінії). Той факт, що ізотерма поверхневого натягу водного розчину емульгатора Біпогаш БЬ після адсорбції на поверхні адсорбенту лежить вище ізотерм для всіх інших емульгаторів, дозволяє припустити більшу адгезійну активність емульсії по відношенню до поверхні мінеральних матеріалів із кислих гірських порід.
На основі емульгаторів Біпогаш БЬ, Роїугат Ь80 та Redicot Кш007 були виготовлені водні розчини, до складу яких додавали соляну кислоту (р = 1,154 г/см3) у кількості, яка необхідна для досягнення рекомендованого для кожного емульгатора показника концентрації іонів водню (рН) у купажі (згідно з табл. 1). Значення водневого показника визначали електрометричним методом за допомогою рН-метра.
Результати дослідження ізотерм адсорбції купа-жів з величиною показника рН = 2; 4 та 6 при різній концентрації емульгаторів наведені на рис. 2 - 4.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2
Концентрація емульгатору, %
DINORAM SL —REDICOT RM 007 -* -РОЬУНЛМ Ь80
Рис. 2. Залежність поверхневого натягу купажу з
величиною рН = 2 від концентрації емульгатора
Концентрація емульгатору, %
-о- DINORAM SL —а— REDICOT RM 007 - ^ - POLYRAM L80
Рис. 3. Залежність поверхневого натягу купажу з величиною рН = 4 від концентрації емульгатора
Концентрація емульгатору, %
-о- DINORAM SL —°—REDICOT RM 007 —* - POLYRAM L80
Рис. 4. Залежність поверхневого натягу купажу з величиною рН = 6 від концентрації емульгатора
Одержані ізотерми поверхневого натягу мають класичний вигляд. На всіх ізотермах спостерігаються точки перегину, які відповідають критичній концентрації міцелоутворення [6]. Із наведених ізотерм видно, що найменше значення показника поверхневого натягу властиве купажу на основі емульгатора Redicot Rm007.
При цьому із зростанням величини показника рН спостерігається зменшення значення поверхневого натягу купажу. Характерно, що найменша концентрація міцелоутворення притаманна також емульгатору Redicot Rm007. Зростання критичної
концентрації міцелоутворення відбувається при переході від емульгатора Redicot Rm007 до Dinoram SL та Polyram L80.
Висновки
Виконані експериментальні дослідження свідчать про те, що поверхневий натяг є достатньо чутливим критерієм, за допомогою якого можливо оцінювати ефективність катіонних емульгаторів різних виробників при приготуванні купажу для виготовлення дорожніх бітумних емульсій. Результати досліджень показали, що незалежно від призначення досліджених емульгаторів (для приготування швидкорозпадних або повільнорозпадних емульсій) вони є ефективними знижувачами величини поверхневого натягу води. Важливою особливістю концентраційної залежності поверхневого натягу купажу є наявність критичної концентрації міцелоутворення, при якій найбільш ефективно повинно відбуватись емульгування нафтових бітумів. Результати оцінки адсорбційної активності емульгаторів з водних розчинів по відношенню до поверхні кварцового піску свідчать, що найбільш адсорбційно активним є емульгатор Dinoram SL. Це дозволяє припустити, що більшою адгезійною активністю по відношенню до поверхні мінеральних матеріалів із кислих гірських порід буде характеризуватись бітум, який утворює плівку на поверхні після розпаду емульсії на основі цього емульгатора.
Література
1. Жданюк В.К., Терлецька В.Я., Кривохижа
О.М., Микитенко С.М. До питання про застосування емульсій бітумних дорожніх при будівництві та ремонті автомобільних доріг // Автошляховик України. - 2005. - № 6. -С. 33 - 35.
2. Жданюк В.К., Титарь В.С., Терлецкая В.Я.
Экологическая привлекательность применения эмульсионных технологий при строительстве и ремонте автомобильных дорог // XI научно-техническа конференция с международным участием «Транспорт, екология
- устойчиво развитие». - Варна, Болгария,
2005. - С. 319 - 322.
3. Жданюк В.К., Терлецкая В.Я. Особенности мо-
дифицирования битумных эмульсий полимерами // Материалы VII Международной научно-технической интернет-конференции «Применение пластмасс в строительстве и городском хозяйстве». - Харьков: ХНАМГ,
2006. - С. 53 - 54.
4. Шерман Ф. Эмульсии / Под ред. А.А. Абрамзо-
на. - Л.: Химия, - 1972. - 448 с.
5. Некрасов А.П., Веретенченко Б.А. Лаборатор-
ный практикум по коллоидной химии. - Х.: НТУ «ХПИ», 2004. - 276 с.
6. Воюцкий C.C. Курс коллоидной химии. - Л.:
Химия, 1964. - 575 с.
Рецензент: В.В. Філіппов, професор, д.т.н., ХНАДУ. Стаття надійшла до редакції 30 червня 2006 р.
