tailieu.vncty.com ly-thuyet-tong-quan-ve-nhu-tuong-bitum-v

KIL

OBO

OK

S.CO

M

1

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

PHẦN I: TỔNG QUAN

CHƯƠNG I: BITUM DẦU MỎ

I. Thành phần và cấu trúc bitum

I.1Thành phần của bitum

I.1.1 Nhóm chất dầu

I.1.2 Nhóm chất nhựa

I.1.3 Nhóm asphan8

I.1.4 Nhóm cacben và cacbôit

I.1.5 Nhóm axit asphan và các alhydrit

I.1.6 Nhóm parafin

I.2. Cấu trúc của bitum

II. Phẩm chất của bitum

II.1 Độ nhớt hay tính quánh của bitum

II.2 Độ dãn dài hay tính dẻo của bitum

II.3 Tính ổn định nhiệt.

II.4 Tính hoá già của bitum

II.5 Tính ổn định khi đun

II.6 Nhiệt độ bốc cháy của bitum.

II.7 Tính thấm ướt vật liệu khoáng.

II.8 Tính liên kết của bitum với bề mặt vật liệu khoáng

III. Ứng dụng của bitum dầu mỏ

CHƯƠNGII. TỔNG QUAN VỀ NHŨ TƯƠNG BITUM

I. Nhũ tương bitum

I.1 Khái niệm về nhũ tương

I.2 Phân loại nhũ tương

http://kilobooks.comTHÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN

http://kilobooks.com


http://kilobooks.com/showthread.php?t=2007

KIL

OBO

OK

S.CO

M

2

I.2.1 Phân loại theo pha phân tán và môi trường phân tán

I.2.2 Phân loại theo chất hoạt động bề mặt.

I.2.3 Phân loại theo khả năng phân tách

I.2.4 Phân loại theo khả năng thi công (theo caltex).

I.2.5 Phân loại theo Pháp NF T66-16

I.3 Ứng dụng của nhũ tương bitum

I.4 Ưu điểm của nhũ tương trong xây dựng đường giao thông.

I.5 Các tính chất và yêu cầu đối vối nhũ tương bitum.

I.5.1 Độ nhớt

I.5.2 Tính đồng nhất.

I.5.3 Tính ổn định khi vận chuyển và bảo quản.

I.5.4 Tính dính bám của màng bitum với vật liệu khoáng.

I.5.5 Khả năng phân tán phục hồi tính chất ban đầu trong thời gian tiếp xúc

với vật liệu khoáng.

II. Lý thuyết nhũ tương

II.1 Chế tạo nhũ tương.

II.1.1 Phương pháp ngưng tụ

II.1.2 Phương pháp phân tán

II.2 Phân bố giọt trong nhũ tương.

II.2.1 Hàm phân bố theo kích thước.

II.2.2 Một số hàm phân bố thường gặp.

II.2.2.1 Phân bố chuẩn.

II.2.2.2 Phân bố chuẩn logarit.

II.2.2.3 Phân bố hàm số mũ GGS.

II.2.2.4 Phân bố mũ kép RRS25

II.3 Sức căng bề mặt của dung dịch chất nhũ hoá.

II.4 Hiện tượng tách nhũ.





KIL

OBO

OK

S.CO

M

3

II.5 Sự đảo tướng nhũ tương.

II.6 Ổn định nhũ tương.

II.6.1 Cấu tạo lớp điện tích kép.

II.6.2 ổn định bằng lực đẩy điện

II.7 Lựa chọn chất nhũ hoá

III. Chất hoạt động bề mặt

III.1 Chất hoạt động bề mặt anion

III.2 Chất hoạt động bề mặt cation

III.3 Chất hoạt động bề mặt mang cả hai dấu điện

III.4 Chất hoạt động bề mặt không ion

IV. Công nghệ chế tạo nhũ tương bitum

IV.1 Quy trình chế tạo nhũ tương bitum

IV.2 Vấn đề còn tồn tại

PHẦN II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG I. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NHŨ TƯNG BITUM

I. Nghiên cứu chế tạo nhũ tương

I.1Lựa chọn chất nhũ hoá

I.2 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn và thời gian khuấy





KIL

OBO

OK

S.CO

M

4

LỜI MỞ ĐẦU

Như chúng ta đã biết, phân đoạn cuối của dầu mỏ là bitum đã có rất

nhiều những ứng dụng trong đời sống của con người từ hơn 5000 năm qua. Dù

ở dạng này hay dạng khác, nó đã được sử dụng như một chất chống thấm hoặc

kết dính.

Một trong những tính chất quan trọng nhất của bitum là tính kết dính

mà con người đã tận dụng vào mục đích xây dựng mạng lưới đường giao

thông, phục vụ đời sống con người và đẩy mạnh nền kinh tế thương mại phát

triển.

Hiện nay, mạng lưới đường bộ Việt Nam có chiều dài tổng cộng là

106048 Km, trong đó phần lớn là đường quốc lộ có vị trí quan trọng trong

kinh tế, chính trị và xã hội của đất nước. Tuy vậy, mật độ cây số đường trên số

dân còn thấp, chất lượng đường còn yếu kém, đất nước ta lại đang trên đà phát

triển. Do vậy, việc xây dựng, nâng cấp và hoàn thiện mạng lưới đường giao

thông có chất lượng cao là vấn đề cần thiết.

Yêu cầu đối với mặt đường có chất lượng tốt là phải có cường độ và

tính ổn định cao, mặt đường phải nhẵn để có thể chống chịu lại áp lực của các

luồng xe chạy, đảm bảo cho xe chạy đựơc an toàn và kinh tế. Ngoài ra, đường

còn phải chịu được các tác dụng xấu của các yếu tố khác như : mưa, gió, nhiệt

độ …

Như vậy, ngoài việc bố trí hợp lý các tầng lớp trong kết cấu mặt đường

thì việc lựa chọn vật liệu thích hợp cho mỗi tầng mặt đường trong điều kiện

cho phép về vật liệu và khả năng thi công là một vấn đề hết sức quan trọng.

Trong nhiều loại vật liệu kết dính thì bitum là loại vật liệu có thể đáp

ứng tối đa các tính năng và yêu cầu đó. Bitum trong xây dựng đường được sử

dụng theo hai phương pháp.





KIL

OBO

OK

S.CO

M

5

- Công nghệ nhựa nóng: Khi thi công cần đun nóng nhựa nên nhiệt độ

thích hợp để làm cho chúng chảy lỏng.

- Công nghệ nhựa nguội : sử dụng nhựa đường dạng nhũ tương là nhự

đường ở trạng thái phân tán cao trong nước được ổn định bởi chất nhũ hoá làm

cho nhựa đường vẫn ở trạng thái lỏng ngay ở điều kiện thường. Vì vậy, khi thi

công nhựa đường ở dạng nhũ tương thì không cần phải đun nóng.

Nhũ tương bitum lần đầu tiên đượng sử dụng làm đường vào những

năm 1906-1914. Sau đó chúng lại bị lãng quên cho đến tận những năm hai

mươi. Ban đầu thường sử dụng nhũ tương dạng anion nhưng bởi những tính

chất vượt trội, nhũ tương dạng cation dần được phổ biến hơn cho đến ngày

nay.

Nhũ tương bitum được sử dụng trong các lĩnh vực duy tu bảo dưỡng,

sửa chữa, rải nhựa láng mặt, làm lớp dính bám và lớp bảo dưỡng. Thấm nhập

và tưới thấm nhựa, gia cố và cấp phối. Cấp phối đá nghiền hoặc sỏi cuộn trộn

nhũ tương và chế tạo vữa nhựa, hạt thô trộn rải nguội.

Khi sử dụng nhũ tương bitum thi công sẽ rất dễ dàng như: Không cần

đun nóng, không gây ô nhiễm môi trường, an toàn cho công nhân và người đi

đường. Có thể cho phép tiến hành thi công trên mặt đường ẩm ướt vào mùa

mưa. Tiết kiệm được 15-30% bitum so với công nghệ nhựa nóng. Trong nhũ

tương bitum có chứa nước nên khả năng lèn chặt mặt đường được dễ hơn. Vì

vậy, việc nghiên cứu chế tạo nhũ tương bitum là rất cần thiết để đáp ứng được

yêu cầu hiện nay.

Trong điều kiện cho phép ở Việt Nam, em xin trình bày lý thuyết tổng

quan về nhũ tương bitum và phương pháp nghiên cứu chế tạo ổn định nhũ

tương bitum trong bản luận văn này.





KIL

OBO

OK

S.CO

M

6

PHẦN I: TỔNG QUAN

CHƯƠNG I: BITUM DẦU MỎ

I.Thành phần và cấu trúc của bitum. [37]

I.1 Thành phần của bitum.

Bitum dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp của nhiều loại hydrocacbon

khác nhau như (Alkan,naphten, các loại mạch vòng ) và một số dẫn xuất phi

kim loại khác…

Bitum có nhiều nguồn gốc khác nhau nhưng chủ yếu là sản phẩm của

công nghệ chế biến dầu mỏ và hoá dầu, ở dạng lỏng nhớt hay rắn, có màu nâu

hoặc đen, có các đặc tính kết dính và không thấm ướt. Hoà tan được trong

benzen, tricloetylen…

Thành phần nguyên tố của bitum.

C: 82-88% S: 2-6%

H:8-11% O: 1-5%

N: 0.1-1%

Trong bitum người ta phân thành ba nhóm chính: Nhóm asphan, nhóm

chất nhựa và nhóm chất dầu. Ngoài ra còn có mặt của các nhóm khác như:

Nhóm cacben và cacboit, nhón axit asphan và các alhydrit, nhóm parafin.

Nguyên liệu cặn dầu mỏ loại aromatic hoặc naphten- aromatic là

nguyên liệu rất tốt để sản xuất bitum. Ngược lại chứa nhiều parafin rắn là loại

nguyên liệu xấu nhất để sản xuất bitum.

Các loại bitum có chất lượng xấu ta có thể đem biến tính bằng cách oxy

hoá bằng oxy không khí ở 170-260°c.

Quá trình oxy hoá diễn ra, một bộ phận dầu sẽ chuyển sang nhựa, nhựa

sẽ chuyển sang asphanten. Do đó, có thể thay đổi được thành phần của bitum

để tạo ra bitum có chất lượng tốt hơn.





KIL

OBO

OK

S.CO

M

7

I.1.1 Nhóm chất dầu

Gồm những hợp chất có phân tử lượng thấp từ 300-600, không mầu,

khối lượng riêng nhỏ từ 0.91- 0.925. NHóm chất dầu là môi trường pha loãng,

có tác dụng hoà tan nhựa và làm trương nở asphanten trong bitum. Nếu hàm

lượng này tăng thì tính quánh của bitum sẽ giảm. Trong bitum nhóm chất dầu

chiếm khoảng 45- 60%.

I.1.2 Nhóm chất nhựa

Gồm những hợp chất có phân tử lượng cao hơn, khoảng từ 600- 900.

Khối lượng riêng xấp xỉ bằng 1, có mầu nâu sẫm, hoà tan trong benzen,

etxăng, clorofooc. Nhóm chất nhựa trung tính (tỉ lệ H/C= 1.6-1.8)làm cho

bitum có tính dẻo. Nhựa axit (H/C= 1,3-1,4) làm tăng tính bám dính của bitum

đá. Hàm lượng nhóm chất nhựa vào khoảng 15- 30%.

I.1.3 Nhóm asphan

Là nhóm chất rắn, giòn gồm các hợp chất có phân tử lượng lớn 1000-

6000. Khối lượng riêng 1,1- 1,15, có mầu nâu sẫm hoặc đen. hoà tan trong ete

và axeton. Asphanten đảm bảo cho bitum có độ rắn và nhiệt độ chảy mềm cao.

Hàm lượng của asphan trong bitum vào khoảng 10- 38%.

I.1.4 Nhóm cacben và cacboit

Tính chất của cacben gần giống với asphanten, chỉ khác là không tan

được trong benzen và CCl4. Hoà tan được trong disulfuacacbon, có khối lượng

riêng lớn hơn 1.

Cacboit là một chất rắn dạng muội, hoà tan được trong bất cứ dung môi

hữu cơ nào. Hàm lượng của nhóm chất này trong bitum nhỏ hơn 1,5%. Chúng

làm bitum kém dẻo.

I.1.5 Nhóm axit asphan và các alhydrit

Nhóm này là những chất nhựa hoá (nhựa axit) mang cực tính bao gồm

những phân tử có chứa nhóm cacboxyl (-COOH). Nó là thành phần hoạt tính





KIL

OBO

OK

S.CO

M

8

bề mặt lớn nhất của bitum. Dễ hoà tan trong rượu cồn, benzen,CCL4, khó hoà

tan trong etxăng. axit asphan có khối lượng riêng nhỏ, mầu nâu sẫm, hàm

lượng có trong bitum nhỏ hơn 1%. Khi hàm lượng tăng lên thì khả năng thấm

ướt và cường độ liên kết của bitum với bề mặt vật liệu khoáng dạng cacbonat

tăng lên.

I.1.6 Nhóm parafin

Là những hydrocacbon ở dạng rắn. Parafin có thể làm giảm khả năng

phân tán và hoà tan của asphanten vào trong các nhóm khác. Có thể làm giảm

tính đồng nhất của bitum nếu tỷ lệ parafin cao, nhiệt độ hoá mềm, tính giòn

của bitum ở nhiệt độ thấp sẽ tăng lên. Bitum hoá lỏng ở nhiệt độ thấp hơn so

với bitum không chứa parafin. Tỷ lệ parafin trong bitum có thể lên đến 5%.

I.2 Cấu trúc của bitum

Cấu trúc cơ bản của bitum là cấu trúc mixell. Trong lý thuyết mixell đối

với những chất cao phân tử, Menep và Mark coi cấu trúc của chúng như một

hệ thống tinh thể (mixell). Mỗi mixell là một hệ thống phức tạp bao gồm một

số lượng lớn các phân tử có khối lượng phân tử lớn bao quanh một tinh thể

bằng những lực tương hỗ. Khi lực tương hỗ lớn thì mỗi mixell là một nút của

mạng. Cấu trúc mixell được coi là những pha phân tán. với bitum thì pha

phân tán là asphan, xung quanh chúng là những chất nhựa và môi trường phân

tán là chất dầu. Trong bitum cứng và quánh mixell chiếm một tỷ lệ rất lớn.

Còn trong bitum lỏng chúng chiếm một tỷ lệ rất nhỏ đến nỗi không có tương

tác gì với nhau nên có thể chuyển động tự do trong chất dầu. Quan hệ giữa

hàm lượng và cấu tạo các nhóm trong bitum (dầu, nhựa và asphan) có thể tạo

ra các cấu trúc phân tán khác nhau đó là: Sol, gel, sol- gel. Mỗi loại đều có

những tính chất cơ lý nhất định.

Cấu trúc sol đặc trưng cho bitum có hàm lượng chất dầu và chất nhựa

lớn. Khi các mixell không tạo ra được các lực tương hỗ lẫn nhau và chuyển





KIL

OBO

OK

S.CO

M

9

động tự do trong môi trường dầu, cấu trúc sol có ở trong bitum lỏng và bitum

quánh nấu chảy. Khi tỷ lệ asphan trong bitum lớn sẽ tạo nên cấu trúc gel.

Trong cấu trúc gel các hạt nhân mở rộng ra, các mixell xích lại gần nhau, tạo

ra các lực tương hỗ lẫn nhau, làm nên mạng cấu trúc không gian. tính chất đó

tạo nên tính đàn hồi cho chất kết dính và là đặc trưng cho cấu trúc của bitum

cứng ở nhiệt độ thấp.

Cấu trúc sol- gel đặc trưng cho bitum quánh ở nhiệt độ thường. Ở cấu

trúc này vật liệu sẽ có tính chất đàn hồi dẻo và tính nhớt.

II.Phẩm chất của bitum

II.1 Độ nhớt hay tính quánh của bitum

Tính quánh của bitum thay đổi trong một phạm vi rộng. Nó ảnh hưởng

nhiều đến tính chất cơ học của hỗn hợp vật liệu khoáng với chất kết dính,

đồng thời quyết định công nghệ chế tạo và thi công loại vật liệu sử dụng

bitum.

Độ quánh của bitum phụ thuộc vào hàm lượng các nhóm cấu tạo và

nhiệt độ môi trường. Khi hàm lượng nhóm asphan tăng lên và hàm lượng

nhóm chất dầu giảm đi, độ quánh của bitum tăng lên. Khi nhiệt độ của môi

trường tăng cao, nhóm chất nhựa sẽ bị chảy lỏng, độ quánh của bitum giảm.

Để đánh giá độ quánh của bitum người ta dùng chỉ tiêu độ xuyên kim, đo bằng

độ (1 độ bằng 0,1mm). Trị số của độ xuyên kim càng nhỏ thì độ quánh của

bitum càng cao.

II.2 Độ dãn dài hay tính dẻo của bitum

Tính dẻo đặc trưng cho khả năng biến dạng của bitum dưới tác dụng

của ngoại lực. Tính dẻo của bitum phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường, thành

phần nhóm và được tính bằng số cm khi kéo căng 1 mẫu có thiết diện quy

định ở 25°c với tốc độ kéo là 5 cm/ phút cho tới khi mẫu thử bị đứt độ dãn dài





KIL

OBO

OK

S.CO

M

10

biểu thị cho khả năng dính dẻo, đàn hồi của bitum, cho biết tỷ lệ giữa các

thành phần của bitum .Những loại bitum có trị số kéo dài càng lớn càng tốt.

II.3 Tính ổn định nhiệt

Khi nhiệt độ thay đổi tính cứng và tính dẻo của bitum thay đổi. Sự thay

đổi này càng nhỏ thì bitum có tính ổn định nhiệt càng cao.

Tính ổn định nhiệt của bitum phụ thuộc vào thành phần hóa học của

nó. Khi hàm lượng asphanten tăng lên, tính ổn định nhiệt của bitum tăng lên,

hàm lượng nhóm asphanten giảm thì tính chất này cũng giảm.

II.4 Tính hóa già của bitum

Do tác động của thời tiết mà tính chất và thành phần hóa học của bitum

bị thay đổi.Người ta gọi sự thay đổi đó là sự hóa già của bitum. Nguyên nhân

của sự hóa già là do thành phần nhóm asphan tăng lên, sự bay hơi của nhóm

chất dầu cũng làm tính quánh và tính giòn của bitum tăng lên làm thay đổi lớp

cấu tạo phân tử, tạo nên các hợp chất mới. Quá trình hóa già của bitum dẫn

đến quá trình già hóa của bê tông asphan. Độ giòn cao của bitum làm xuất

hiện các vết nứt trong lớp phủ mặt đường, tăng quá trình phá hoại do ăn mòn.

Quá trình hóa già của lớp phủ mặt đường có thể chia làm hai giai đoạn. Giai

đoạn 1 cường độ và tính ổn định biến dạng tăng. Giai đoạn 2 bitum bắt đầu

già, cấu trúc thay đổi làm lớp phủ mặt đường bị phá hoại. Tuy vậy, sự già hóa

của bitum phát triển chậm, thường sau 10 năm sử dụng sự già hóa mới ở mức

độ cao. Tính già hóa có thể xác định ngay tại hiện trường hoặc bằng mẫu thử

nghiệm trong các buồng khí hậu nhân tạo.

II.5 Tính ổn định khi đun

Khi dùng bitum, người ta thường đun nóng nó lên đến nhiệt độ cao

khoảng 160°c trong thời gian khá dài do đó các thành phần dầu nhẹ có thể bị

bốc hơi làm thay đổi tính chất của bitum. Các loại bitum dầu mỏ loại quánh

sau thí nghiệm phải có hao hụt về trọng lượng không được lớn hơn1%, độ





KIL

OBO

OK

S.CO

M

11

xuyên kim và độ dãn dài thay đổi không được lớn hơn 40% so với trị số ban

đầu.

II.6 Nhiệt độ bốc cháy của bitum .

Nhiệt độ bốc cháy của bitum là nhiệt độ mà tại đó các chất dầu nhẹ

trong bitum bốc hơi hòa lẫn vào môi trường xung quanh tạo lên hỗn hợp dễ

cháy, khi ta đưa ngọn lửa lại gần thì bùng cháy và lan khắp bề mặt bitum.

Nhiệt độ bốc cháy là một chỉ tiêu hết sức quan trọng về an toàn cho công nhân

trong khi tiến hành ra cố bitum.

II.7 Tính thấm ướt vật liệu khoáng.

Tính thấm ướt vật liệu khoáng của bitum phụ thuộc vào hàm lượng các

chất hoạt tính bề mặt có cực và tính chất của vật liệu khoáng, tính thấm ướt

được đặc trưng bởi góc thấm ướt. Đó là góc giữa bề mặt vật liệu khoáng và

tiếp tuyến với bề mặt giọt chất kết dính tại ranh giới tiếp xúc với vật liệu. Nếu

góc thấm ướt càng nhọn thì tính thấm ướt càng tốt. Khi đó lực hút giữa các

phân tử giữa chất kết dính với bề mặt vật liệu khoáng gần bằng lực hút phân tử

nội tại chất kết dính. Nếu như góc thấm ướt lớn thì tính thấm ướt kém, lực hút

phân tử với bề mặt vật liệu khoáng yếu. Do đó, chất kết dính càng thấm ướt tốt

với vật liệu khoáng thì lực hút phân tử trong chúng càng yếu và lực dính bám

giữa chất kất dính với bề mặt vật liệu khoáng càng mạnh.

Những vật liệu khoáng ghét nước là những vật liệu dính bám chất kết

dính hữu cơ tốt.

II.8 Tính liên kết của bitum với bề mặt vật liệu khoáng .

Sự liên kết của bitum với bề mặt vật liệu khoáng có liên quan đến quá

trình thay đổi lý hóa khi hai chất tiếp xúc tương tác với nhau. Sự liên kết này

đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên cường độ và tính ổn định với nước,

với nhiệt độ của hỗn hợp bitum và vật liệu khoáng.





KIL

OBO

OK

S.CO

M

12

Khi nhào trộn bitum với vật liệu khoáng, các hạt khoáng được thấm ướt

bằng bitum và tạo thành một lớp hấp phụ. Khi đó các phân tử bitum ở trong

lớp hấp phụ sẽ tương tác với các phân tử ở bề mặt vật liệu khoáng. Tương tác

đó có thể là tương tác hóa học hay lý học.

Lực liên kết hóa học lớn hơn rất nhiều so với lực liên kết lý học do đó

khi bitum tương tác hóa học với vật liệu khoáng thì cường độ liên kết sẽ lớn

nhất. Liên kết của bitum với vật liệu khoáng trước tiên phụ thuộc vào tính chất

của bitum. Bitum có sức căng bề mặt càng lớn nghĩa là có độ phân cực càng

lớn thì liên kết với vật liệu khoáng càng tốt.

Độ phân cực của bitum phụ thuộc vào hàm lượng nhóm chất nhựa, đặc

biệt là nhựa axít. Bitum chứa nhóm chất nhựa càng nhiều thì sự liên kết của nó

với vật liệu khoáng càng tốt.

Liên kết của bitum với vật liệu khoáng còn phụ thuộc vào tính chất của

vật liệu khoáng. Các loại đá bazơ liên kết với bitum tốt hơn các loại đá axit vì

có thể xảy ra liên kết hóa học.

Sự ổn định nước của hỗn hợp trong trường hợp này phụ thuộc vào độ

hòa tan trong nước của các hợp chất mới tạo thành. Nếu như các hợp chất mới

tạo thành là các muối kali, Natri của các axít hữu cơ thì nó sẽ hòa tan tốt trong

nước và như vậy làm cho hỗn hợp kém ổn định nước. Nếu hợp chất đó là

những muối canxi, sắt, nhôm là những hợp chất không hòa tan trong nước thì

hỗn hợp ổn định nước. Mức độ liên kết của bitum với bề mặt vật liệu đá hoa

có thể đánh giá theo độ bền của màng bitum trên bề mặt đá hoa khi nhúng

trong nước sôi. Nếu sau thí nghiệm hơn 2/3 bề mặt của đá hoa vẫn được bitum

bao bọc thì độ liên kết của bitum với bề mặt đá hoa là tốt.

Trường hợp hoạt tính của bitum thấp, sự liên kết của nó với bề mặt vật

liệu khoáng kém, thì cần cho thêm vào bitum chất phụ gia hoạt động bề mặt

để bitum có độ hoạt tính cần thiết.





KIL

OBO

OK

S.CO

M

13

III. Ứng dụng của bitum dầu mỏ.

Bitum có tính quánh ( nhớt ) càng cao thì càng tốt, nhưng tính nhớt càng

cao thì bitum càng đặc và do đó bitum sẽ giòn khi thi công. Vì vậy, khi chọn

mác bitum phải căn cứ vào phương pháp thi công, thiết bị thi công, điều kiện

khí hậu để chọn cho phù hợp. Dưới đây là một số ứng dụng của bitum trong

xây dựng làm đường:

- Xử lý bề mặt đường ở những vùng khí hậu lạnh, chế biến các hỗn hợp

bitum - sỏi- đá dăm và hỗn hợp bê tông - asphan nóng, sử dụng bitum mác

200/300 ( Bitum có độ xuyên kim từ 200- 300mm ).

- Dùng trong ngành xây dựng thuỷ lợi, xử lý các bề mặt đường giao

thông ở những vùng khí hậu ôn hoà, xây dựng mặt đường đá dăm theo phương

pháp thấm ướt ở những vùng khí hậu lạnh và ôn hoà, sử dụng bitum mác

130/200 (Bitum có độ xuyên kim từ 130- 200mm ).

- Dùng để xây dựng mặt đường đá dăm theo phương pháp thấm ướt ở

những vùng khí hậu ôn hoà, chế biến các hỗn hợp bitum- khoáng sàng và bê

tông asphan nóng ở những vùng khí hậu lạnh, hay dùng để xử lý bề mặt đường

giao thông ở những vùng khí hậu ấm, sử dụng bitum mác 90/130 (Bitum có độ

xuyên kim từ 90- 130mm ).

- Dùng để xây dựng đường giao thông theo phương pháp thấm ướt ở

những vùng có khí hậu ấm, chế tạo các hỗn hợp bitum- khoáng sàng và bê

tông asphan nóng, chế tạo vật liệu lợp và cách nước sử dụng bitum mác 60/90

( Bitum có độ xuyên kim từ 60- 90mm ).

- Chế tạo các hỗn hợp bitum- khoáng sàng và bê tông asphan nóng để

xây dựng mặt đường ôtô ở xứ nóng sử dụng bitum mác 40/60 (Bitum có độ

xuyên kim từ 40- 60mm ).





KIL

OBO

OK

S.CO

M

14

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ NHŨ TƯƠNG BITUM

I.Nhũ tương bitum. [1.2]

I.1 Khái niệm.

Lý thuyết nhũ tương được phát triển một cách khá ngẫu nhiên. Nó là

một phần quan trọng của lý thuyết hóa học chất keo và là một phần phát triển

từ công nghệ lâu đời liên quan đến việc chế biến sữa. Các điều kiện cần thiết

để tạo nên nhũ tương cũng giống như các điều kiện cần thiết để tạo nên các hệ

keo có pha phân tán rắn và môi trường phân tán lỏng. Nhũ tương càng bền

vững sa lắng khi khối lượng riêng của hai pha phân tán càng gần nhau.

Nhũ tương là hỗn hợp của hai chất lỏng không tan lẫn vào nhau. Trong

đó một chất lỏng phân tán vào chất lỏng kia dưới dạng những hạt nhỏ li ti, và

được gọi là pha phân tán còn chất lỏng kia được gọi là môi trường phân tán.

Kích thước của các giọt chất lỏng biến đổi trong phạm vi rất rộng.

Để nhũ tương có tính ổn định người ta cho thêm vào một chất gọi là

chất nhũ hóa ( chất phụ gia hoạt tính bề mặt ). Chất nhũ hóa sẽ hấp phụ trên bề

mặt các giọt bitum làm giảm sức căng bề mặt ở mặt phân chia pha giữa bitum

và nước. Đồng thời nó tạo ra trên bề mặt các giọt bitum một màng mỏng kết

cấu bền vững, có tác dụng ngăn cản sự kết tụ của chúng làm cho nhũ tương

được ổn định.

I.2 Phân loại nhũ tương. [8.9]

Người ta phân loại nhũ tương theo kiểu và loại, theo tốc độ phân tách,

theo hàm lượng nhựa chứa trong nhũ tương.

I.2.1 Phân loại theo pha phân tán và môi trường phân tán

- Nhũ tương thuận: pha phân tán là bitum , môi trường phân tán là nước.

-Nhũ tương nghịch: pha phân tán là nước, môi trường phân tán là bitum

.





KIL

OBO

OK

S.CO

M

15

I.2.2 Phân loại theo chất hoạt động bề mặt

- Nhũ tương anion hoạt tính.

- Nhũ tương cation hoạt tính .

- Nhũ tương không ion.

- Nhũ tương là loại bột nhão.

I.2.3 Phân loại theo khả năng phân tách- theo ASTM D997- 86

- Nhũ tương phân tách nhanh: RS

- Nhũ tương phân tách trung bình: MS

- Nhũ tương phân tách chậm: SS

I.2.4 Phân loại theo khả năng thi công- theo Caltex.

- Premix grade: là một công thức nhũ tương có độ ổn định lớn hơn so

với loại spray grade, thích hợp để trộn với vật liệu đá có đường kính danh

nghĩa lớn hơn hoặc bằng 3mm

- Raped setting grade: là một công thức nhũ tương thích hợp để trộn với

các hạt khoáng mịn, hỗn hợp ở dạng vữa và có tốc độ phân tách nhanh.

- Spray grade: là một công thức nhũ tương thích hợp với thiết bị phun

cơ học dùng để sử lý bề mặt đường ( láng mặt, làm lớp dính bám … ) và

không yêu cầu trộn với vật liệu đá.

- Stable mix grade: là một công thức nhũ tương thích hợp để trộn với

các hạt khoáng rất mịn, cát nghiền. Hỗn hợp ở dạng mịn và có tốc độ phân

tách chậm.

I.2.5 Phân loại theo pháp NF T66-16:

- Nhũ tương cation hoạt tính, ký hiệu là C

- Nhũ tương anion hoạt tính, ký hiệu là A

Có bốn loại nhũ tương như sau:

- Nhũ tương phân tách chậm: EAL, ECL

- Nhũ tương phân tách nhanh: EAR, ECR





KIL

OBO

OK

S.CO

M

16

- Nhũ tương phân tách trung bình: ECM

- Nhũ tương siêu ổn định: EAS, ECS

I.3 Ứng dụng của nhũ tương bitum. [2]

Việc lựa chọn các loại nhũ tương tùy thuộc vào mục đích sử dụng, điều

kiện khí hậu nơi tiến hành thi công. Nhũ tương thường được sử dụng vào các

mục đích như sau:

- Duy tu bảo dưỡng, sửa chữa, rải lớp láng mặt, thường sử dụng nhũ

tương phân tách nhanh, nhất là loại nhũ tương cation hoạt tính.

- Giải lớp thấm nhập hoặc đá trộn ở hiện trường, thường sử dụng nhũ

tương có tốc độ phân tách trung bình.

- Trộn hỗn hợp cấp phối đá nhũ tương ở trạm trộn, thường sử dụng nhũ

tương phân tách chậm.

- Công nghệ vữa nhựa hạt thô rải nguội để khôi phục mặt đường cũ,

thường sử dụng nhũ tương phân tách chậm hoặc loại siêu ổn định

- Làm lớp dính bám giữa hai lớp móng và mặt, làm lớp tạo màng bảo

dưỡng bê tông xi măng.

- Sử dụng gia cố đất nền, móng dưới…

I.4 Ưu điểm của nhũ tương bitum trong xây dựng đường ôtô. [38]

- Không cần đun nóng khi thi công.

- Không gây nguy hiểm như hỏa hoạn, độc hại cho công nhân, người đi

đường.

- Hồi phục nhanh chóng các tính chất cơ bản của nhựa đường. Đảm bảo

nhanh chóng trả lại mặt đường cho các phương tiện lưu thông.

- Có khả năng thi công trên mặt đường ẩm, điều kiện thời tiết bất lợi và

khí hậu không ổn định.

- Việc tiếp tế nhũ tương phục vụ thi công rất thuận tiện vì có thể tập kết

kho ở gần chỗ thi công.





KIL

OBO

OK

S.CO

M

17

- Thành phần dung môi thấp, không gây độc hại và ô nhiễm môi trường.

I.5 Các tính chất và yêu cầu đối với nhũ tương bitum. [19]

I.5.1 Độ nhớt

Độ nhớt của nhũ tương bitum được xác định bằng nhớt kế kỹ thuật. Độ

nhớt đặc trưng cho khả năng dùng nhũ tương ở những mặt đường khác nhau.

Tính chất này cơ bản phụ thuộc vào nồng độ chất kết dính trong nhũ tương.

Hàm lượng bitum càng lớn thì độ nhớt của nhũ tương càng cao và tăng theo

hàm số mũ.

Ví dụ: với những nhũ tương chứa lượng chất kết dính bitum trong

khoảng 50-65%, thì độ nhớt tăng không lớn khi tăng nồng độ bitum. Ngược

lại khi hàm lượng bitum lớn hơn 65% thì chỉ cần thay đổi một lượng nhỏ

bitum cũng làm thay đổi đáng kể độ nhớt của nhũ tương. (Hình I-1)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

50 54 58 62 66 70 74

Hµm lu−îng Bitum ( khèi l−îng)

§é nhít 0.1Pa.s (mm/s)

Hình I-1 Đồ thị sự phụ thuộc độ nhớt của nhũ tương vào hàm lượng bitum.

Độ nhớt của nhũ tương thay đổi nhiều theo nhiệt độ. Hiện tượng này

gọi là sự mẫn cảm với nhiệt độ. Đối với mọi loại chất kết dính trong đó kể cả





KIL

OBO

OK

S.CO

M

18

nhũ tương bitum, sự mẫn cảm với nhiệt độ không phải lúc nào cũng như nhau,

ở nhiệt độ nào cũng thế. Nói một cách khác giá trị của đạo hàm ở tại một điểm

trên đường cong quan hệ giữa độ nhớt và nhiệt độ phụ thuộc vào giá trị của

nhiệt độ tại điểm đó. Thực vậy, trên một khoảng hẹp nhiệt độ, có thể viết

phương trình của sự mẫn cảm với nhiệt độ như sau:

ba +θ=ηlog ( I-1 )

Trong đó: η là độ nhớt ( °E ) ; θ là nhiệt độ ( °C )

a và b là những hằng số phụ thuộc vào tính chất nhũ tương.

Khi dùng nguội thì độ nhớt của nhũ tương không được thay đổi quá

30% nếu nhiệt độ hạ xuống từ 20-10°c hoặc tăng lên từ 20-40°c

CC 2010 η−η C203.0 η<

CCC 204020 3.0 η<η−η

Điều kiện công nghệ cũng ảnh hưởng đến độ nhớt của nhũ tương bitum.

Sự thay đổi vận tốc dòng vào thùng khuấy sẽ làm thay đổi sự phân bố kích

thước hạt nhũ tương. nếu thành phần của bitum không vượt quá 65%về khối

lượng thì độ nhớt của nhũ tương ít phụ thuộc vào vận tốc dòng. nhưng khi

thành phần của bitum vượt quá 65% theo khối lượng thì sẽ làm thay đổi sự

phân bố kích thước hạt và do đó làm thay đổi đáng kể độ nhớt của nhũ tương

bitum.





KIL

OBO

OK

S.CO

M

19

Một yếu tố cũng rất quan trọng tác động đến độ nhớt của nhũ tương

bitum là độ nhớt của bitum. Nếu độ nhớt của bitum trong thùng khuấy thấp thì

kích thước hạt của nhũ tương sẽ giảm và có khuynh hướng làm tăng độ nhớt

của nhũ tương. Điều này có thể khắc phục bằng cách thêm vào nó một lượng

nhỏ (2-4% khối lượng ) dung môi (thường là dầu hoả ) để pha loãng bitum.

I.5.2 Tính đồng nhất

Tính đồng nhất của nhũ tương bitum được đặc trưng bằng hàm lượng

các giọt chất kết dính có kích thước nhỏ, xác định bằng hàm lượng nhũ tương

lọt qua sàng, có kích thước lỗ sàng bằng 0,14mm. Khi đó lượng sót lại trên

sàng không được vượt quá 0,5% trọng lượng. Nhũ tương không đồng nhất sẽ

gây trở ngại cho quá trình thi công, đồng thời còn đẩy nhanh quá trình kết tụ

sa lắng, gây ra hiện tượng phá nhũ.

I.5.3 Tính ổn định khi vận chuyển và bảo quản

Tính ổn định khi bảo quản đặc trưng cho khả năng bảo toàn tính chất

của nhũ tương trong điều kiện nhiệt độ thay đổi. Thời gian bảo quản nhũ





KIL

OBO

OK

S.CO

M

20

tương có thể kéo dài. Yêu cầu đối với nhũ tương bitum không bị kết tụ hay

lắng đọng trong thời gian dài, đảm bảo độ đồng nhất.

Để xác định tính ổn định khi vận chuyển và bảo quản người ta lấy nhũ

tương đã được bảo quản sau bẩy ngày kể từ lúc chế tạo cho chảy qua sàng có

kích thước lỗ sàng bằng 0,14mm. Khi đó nếu như lượng còn lại trên mặt sàng

không vượt quá 0,1% theo trọng lượng thì loại nhũ tương đó được xem là ổn

định.

I.5.4 Tính dính bám của màng bitum với vật liệu khoáng.

Tính dính bám được kiểm tra bằng trị số bề mặt của đá răm vẫn còn

được phủ nhũ tương sau khi rửa mẫu thử nghiệm ở nhiệt độ 100°c. Trị số bề

mặt phải không được nhỏ hơn 75% đối với nhũ tương anion và không nhỏ hơn

95% đối với nhũ tương cation.

I.5.5 Khả năng của pha phân tán phục hồi tính chất ban đầu trong thời

gian tiếp xúc với vật liệu khoáng.

Khả năng này được đặc trưng bằng tốc độ phân giải của nhũ tương. Sự

phân giải của nhũ tương khi tiếp xúc với bề mặt khoáng nước sẽ tách ra, các

giọt bitum tiếp xúc với nhau, hình thành lớp dày đặc trên bề mặt của hạt vật

liệu khoáng. Tốc độ đông tụ của nó càng nhanh nếu như hoạt tính của chất

nhũ hóa càng lớn. Tùy theo tính chất và số lượng chất nhũ hóa mà người ta có

thể nhận được các loại nhũ tương phân giải nhanh, vừa và chậm.

Tốc độ phân giải của nhũ tương được xác định bằng cách trộn nó với xi

măng hay vật liệu sỏi. Sau hai phút đem mẫu sỏi ra ngoài không khí 30 phút,

đem cân. Dùng vòi nước dội trong 15 phút rồi cân lại.

Độ phân giải của nhũ tương:

2

1

δ

δ=λ .100% (I-2)





KIL

OBO

OK

S.CO

M

21

Trong đó: 1δ Lượng bitum dính chặt vào bề mặt sỏi sau khi đã dội

nước(g)

2δ Lược bitum dính chặt vào bề mặt sỏi trước khi dội nước (g)

II Lý thuyết nhũ tương

Nhũ tương là một hệ phân tán của ít nhất hai chất lỏng không tan lẫn

vào nhau.

Có hai dạng nhũ tương, dạng dầu trong nước ( pha dầu phân tán vào pha

nước ) và dạng nước trong dầu ( pha nước phân tán trong pha dầu ). Trong các

hệ này, phân tử của chất nhũ hóa tự sắp xếp bằng cách định hướng nhóm kị

nước của chúng vào pha dầu và nhóm ưa nước vào pha nước.

Dạng nhũ tương được tạo ra tùy thuộc vào loại chất nhũ hóa được sử

dụng, nhiệt độ ,và khối lượng các pha được sử dụng. Nói chung pha lỏng nào

dễ hòa tan chất nhũ hóa có xu hướng trở thành pha liên tục.

Trong một nhũ tương, kích thước các giọt rất không đồng đều, kích

thước giọt liên quan đến phương pháp chế tạo nhũ tương và nồng độ chất nhũ

hóa. Sự thay đổi trong phân bố kích thước giọt là đường cong đối với thời

gian. Dựa vào đó có thể xác định độ ổn định của nhũ tương.

II.1 Chế tạo nhũ tương

Có hai phương pháp chế tạo nhũ tương: phương pháp ngưng tụ và

phương pháp phân tán.

II.1.1 Phương pháp ngưng tụ

Khi chất lỏng A được hòa tan vào chất lỏng B ở trạng thái có bão hòa,

nếu như trạng thái quá bão hòa này bị phá vỡ sẽ tạo thành nhũ tương. Có thể

phá vỡ trạng thái quá bão hòa bằng cách hạ nhiệt độ của dung dịch hoặc thay

đổi nồng độ dung dịch để giảm độ hòa tan.

Phương pháp này ít được sử dụng trong công nghiệp so với phương

pháp phân tán:





KIL

OBO

OK

S.CO

M

22

II.1.2 Phương pháp phân tán:

Phương pháp phân tán để chế tạo nhũ tương gồm hai dạng. Quá trình

nhũ hóa xảy ra một cách tự nhiên với dầu có khả năng nhũ hóa hay hòa tan.

Hoặc quá trình nhũ hóa xảy ra do có lực tác dụng bằng thiết bị nhũ hóa để

phân tán một pha lỏng thành những giọt nhỏ vào pha lỏng kia.

II.2 Phân bố giọt trong nhũ tương

Trong đa số các trường hợp, việc biểu thị các số liệu thu được bằng hàm

phân bố sẽ thuận tiện cho việc nghiên cứu cấu trúc tập hợp giọt.

II.2.1 Hàm phân bố theo kích thước

Mật độ phân bố qr(x) cho biết xác suất gặp một giọt có đường kính nào

đó của tập hợp giọt. Chỉ số r chỉ ra các loại hình phân bố:

r = o : phân bố theo số giọt

r =1: phân bố theo độ dài

r =2: phân bố theo bề mặt

r =3: phân bố theo thể tích hoặc khối lượng

Việc chuyển giữa các loại hình phân bố tuân theo phương trình:

∫

−

−

=max

min

)(..

)(..)(

x

xi

ir

x

i

ir

x

r

dxxqxk

xqxkxq ( I-3 )

Trong đó kx: hệ số phụ thuộc hình dạng của giọt có đường kính x, có thể

xác định như sau:

Xn

Xk A

x = : hế số hình dạng tính theo tỷ lệ kích thước nhỏ nhất và

kích thước lớn nhất tính theo hai phương đặc trưng của hạt.

2

2

S

Y

xX

Xk = : hệ số hình dạng tính theo tỷ lệ đường kính tương đương

thể





KIL

OBO

OK

S.CO

M

23

tích và bề mặt.

II.2.2 Một số phân bố thường gặp

II.2.2.1 Phân bố chuẩn

Thường gặp ở các quá trình ngưng tụ, kết dính, thăng hoa trong quá

trình chuyển pha, các quá trình hình thành và lớn lên của các quần thể vi sinh

vật và các quá trình sấy phun.

Hàm phân bố chuẩn có dạng:

σ

−−

πσ==

2

23

32

)(exp

2

1

)(

)()( zxx

xd

xdQxq ( I-4 )

Và tổng phân bố:

∫

σ

−−

πσ=

max

min

2

2

3 2

)(exp

2

1)(

x

x

z dxxx

xQ (I-5)

Trong đó xz : độ lớn của hạt ứng với Q3(x) = 0,5

σ : độ lệch tiêu chuẩn của phân bố này.

Mật độ phân bố có dạng hình chuông.

q3(x)

σ2 Xmin Xm ax x

H×nh I-3 : đường cong mật độ phân bố chuẩn.





KIL

OBO

OK

S.CO

M

24

II.2.2. 2 Phân bố chuẩn logarit

Thường dùng cho các tập hợp hạt hình thành trong quá trình vo viên,

các tập hợp hình thành trong quá trình sấy phun, các tập hợp hạt thực vật sau

khi nghiền và các tập hợp hạt quặng hình thành do các vụ nổ.

Hàm phân bố chuẩn logarit có dạng:

σ

−−

πσ==

2lg

2

lg

33

2

)lg(lgexp

2

1

)(lg

)(lg)(lg zxx

xd

xdQxq (I-6)

vµ

∫

σ

−−

πσ=

max

min

lg

lg2

lg

2

lg

3 )(lg2

)lg(lgexp

2

1)(lg

x

x

z xdxx

xQ (I-7)

Trong đó xz : giá trị ứng với Q3(lgxz) = 0,5

lgσ : độ lệc tiêu chuẩn của phân bố này.

II.2.2.3 Phân bố hàm số mũ GGS :

Thường dùng cho các tập hợp hạt nghiền, tập hợp hạt kết tinh tự nhiên

như muối ăn bờ biển…

Hàm phân bố mũ có dạng:

1

maxmax

33

)()(

−

==

m

x

x

x

m

dx

xdQxq (I-8)

Trong đó xmax : đường kính hạt lớn nhất.

m : thông số độ rộng, nó đặc trưng cho độ rộng phân bố của

tập hợp hạt. 12

1323

max

3

lglg

)(lg)(lg

lg

)(lg

xx

xQxQ

x

x

xQm

−

−=

= (I-9)

Với x1, x2 : kích thước của hai loại hạt xác định trong tập hợp đang

xét.





KIL

OBO

OK

S.CO

M

25

Q3(x1), Q3(x2) : các giá trị tổng phân bố ứng với x1, x2.

II.2.2.4 Phân bố mũ kép RRS

Thường để mô tả các tập hợp hạt nghiền, các tập hợp hạt xuất hiện khi

khai khoámg vật, tập hợp hạt của vật bị rơi vỡ, tập hợp hạt lỏng khi tung tóe

bằng cơ cấu cơ học.

Phân bố mũ kép RRS có dạng:

−

==

− nn

x

x

x

x

x

n

dx

xdQxq

,

1

,,3

3 exp)(

)( (I-10)

n

x

xxQxR

−=−=

,33 exp)(1)( (I-11)

,

3

lglg

lglg)(

1lglg

xx

exR

n−

−

= (I-12)

Trong đó ,x :kích thước đặc trưng của tập hợp hạt, ứng với Q3(x

,) =

0,623; n : đặc trưng độ rộng của phân bố.

II.3 Sức căng bề mặt của dung dịch chất nhũ hóa

Giữa các phân tử chất lỏng hay chất rắn luôn có lực liên kết. Các phân

tử nằm bên trong khối chất lỏng có lực liên kết ở về mọi phía của phân tử. Các

phân tử chất lỏng nằm trên bề mặt có một phía không liên kết với các phân tử

chất lỏng khác, do đó nó có năng lượng cao hơn. Chất lỏng có xu hướng tạo

thành dạng hình cầu sao cho diện tích tiếp xúc bề mặt nhỏ nhất để có năng

lượng thấp nhất.

Sức căng bề mặt ( ) là khái niệm dùng để mô phỏng lực liên kết giữa

các phân tử tại bề mặt. Sức căng bề mặt của một pha là do các phân tử ở bề





KIL

OBO

OK

S.CO

M

26

mặt pha có năng lượng cao hơn pha kia. Lực liên kết giữa các phân tử của pha

nào lớn hơn sẽ có sức căng bề mặt lớn hơn.

Khi hai chất lỏng A và B tiếp xúc trực tiếp với nhau, giữa các phân tử

của chúng cũng có lực liên kết. Giả sử sức căng bề mặt của chất lỏng A là Aγ ,

của chất lỏng B là Bγ , sức căng bề mặt giữa hai chất lỏng A, B là ABγ thì:

∑−γ+γ=γ ABBAAB 2 ( I-13 )

∑ AB lµ lùc liªn kÕt gi÷a c¸c ph©n tö A vµ B.

Khi lực liên kết giữa các phân tử A và B rất lớn, sức căng bề mặt giữa

chúng nhỏ. Điều này có nghĩa năng lượng của chúng giảm do sự tiếp xúc giữa

hai pha. Do đó hai chất lỏng dần bị phân tán vào nhau nhằm tăng diện tích tiếp

xúc. Giới hạn của quá trình phân tán này là hai chất lỏnh trộn lẫn vào nhau tạo

thành dung dịch A và B. Có thể giải thích cơ chế giảm sức căng bề mặt giữa

pha dầu và pha nước dưới tác dụng của chất nhũ hóa như sau:

Trong dung dịch chất nhũ hóa, các phân tử chất hoạt động bề mặt tập trung

và bị hấp phụ ở bề mặt của dunh dịch, các nhóm kị nước định hướng vào

không khí, bề mặt dung dịch được bao phủ bởi các nhóm kị nước. Do lực liên

kết giữa các hydrocacbon nhỏ hơn giữa các phân tử nước nên sức căng bề mặt

của dung dịch nước ( được bao phủ bởi các nhóm kị nước ) sẽ nhỏ hơn sức

căng bề mặt của nước.

Nghĩa là dưới tác dụng của chất hoạt động bề mặt, sức căng bề mặt của nước

giảm.

Khi một chất hoạt động bề mặt được hấp thụ ở bề mặt dầu - nước, các

phân tử dầu nước sẽ không tiếp xúc trực tiếp với nhau mà qua phân tử chất

hoạt động bề mặt. Các nhóm kị nước hướng vào dầu, nhóm ưa nước hướng

vào nước. Lực liên kết giữa dầu và nhóm kị nước cũng như lực liên kết giữa

nhóm ưa nước và nước thường lớn. Do đó chất hoạt động bề mặt làm giảm





KIL

OBO

OK

S.CO

M

27

sức căng bề mặt giữa dầu và nước. Như vậy, sự cân bằng giữa nhóm ưa nước

và nhóm kị nước ( HLB ) của chất nhũ hóa là một yếu tố quan trọng quyết

định sự hấp thụ của nó ở bề mặt lỏng- lỏng. Khi HLB thích hợp, chất hoạt

động bề mặt hấp thụ có hiệu quả và chỉ có một lượng nhỏ dầu tiếp xúc trực

tiếp với nước, sức căng bề mặt giảm.

Qua việc nghiên cứu sức căng bề mặt của hệ nhũ tương bitum – nước có

thể đánh giá được độ bền và độ ổn định của hệ. Sức căng bề mặt giữa hai pha

bị ảnh hưởng bởi hàm lượng chất hoạt động bề mặt, nhiệt độ và sự có mặt của

các muối.

Bằng con đường nhiệt động học, gần đây người ta đã đưa ra phương

trình mô tả sự phụ thuộc của sức căng bề mặt vào kích thước giọt lỏng:

r

l21 +

σ=σ ∞

( I.14 )

Ở đây σ : là sức căng bề mặt của các giọt lỏng hình cầu có bán kính r

∞σ : là sức căng bề mặt của bề mặt chất lỏng phẳng ( r=∞ )

L : đường kính phân tử

II.4 Hiện tượng tách nhũ

Để nhũ tương có độ ổn định cao, kích thước giọt nhũ phải nhỏ, sự phân

bố kích thước giọt hẹp. Quá trình phá vỡ sự ổn định của nhũ tương xảy ra như

sau:





KIL

OBO

OK

S.CO

M

28

Hình I-4: Quá trình phá vỡ nhũ tương

Ban đầu do sự khác nhau về tỷ trọng giữa pha phân tán và môi trường

phân tán, nhũ tương bị phân tách thành hai phần có nồng độ chất phân tán

khác nhau. Tốc độ lắng của các giọt nhũ được tính bằng phương trình Stoke.

2

212

9

)(2

η

−=

ddgru ( I.15 )

Trong đó: u : tốc độ lắng

r : bán kính giọt nhũ

d1, d2 : tỷ trọng của chất phân tán và môi trường phân tán

2η : độ nhớt của môi trường phân tán

g : gia tốc trọng trường

Từ phương trình Stoke có thể thấy rằng để làm giảm quá trình lắng của

các giọt nhũ, nhũ tương phải có phân bố kích thước giọt hẹp, kích thước của

giọt nhỏ, hoặc tỷ trọng giữa các pha tạo nên nhũ tương phải xấp xỉ nhau, điều

này rất khó thực hiện được trong một số trường hợp cụ thể.

Quá trình lắng đọng có thể trở lại dạng nhũ tương ban đầu nhờ tác dụng

khuấy trộn mạnh.

Quá trình phá nhũ hoàn toàn xảy ra khi các giọt bitum kết hợp lại với

nhau thành các giọt lớn hơn làm giảm số lượng giọt trong nhũ tương. Quá

Nhò t−¬ng

L¾ng ®äng TËp hîp c¸c

giät nhò

KÕt tô

TËp hîp c¸c

giät nhò L¾ng ®äng

T¸ch nhò





KIL

OBO

OK

S.CO

M

29

trình kết hợp này xảy ra liên tục, đến một lúc nào đó nhũ tương bị phân tách

thành hai phần riêng biệt.

Quá trình kết tụ xảy ra theo hai bước. Ban đầu các giọt nhũ có xu hướng

tập hợp lại, tạo thành một tập hợp giọt. Trong mỗi tập hợp giọt các giọt nhũ

tiếp xúc trực tiếp với nhau khi phân tử chất nhũ hóa trên bề mặt giọt nhũ bị

khử hấp thụ. Do vậy chúng kết hợp lại với nhau tạo thành các giọt có kích

thước lớn hơn. Lúc này nhũ tương bị lắng đọng và phân tách nhanh chóng.

Như vậy lực hấp thụ của chất nhũ hóa đối với pha phân tán có vai trò rất quan

trọng trong quá trình ổn định nhũ tương, ngăn cản quá trình kết tụ của các giọt

nhũ.

II.5 Sự đảo tướng nhũ tương

Sự đảo tướng trong nhũ tương là một hiện tượng phổ biến trong tất cả

các hệ nhũ. Khi ta đưa vào nhũ tương, vừa đưa vào vừa khuấy mạnh một

lượng thừa chất hoạt động bề mặt (chất nhũ hóa ) sẽ cho ta nhũ tương loại

ngược lại với nhũ tương ban đầu. Nghĩa là pha phân tán trở thành môi trường

phân tán và ngược lại môi trường phân tán trở thành pha phân tán.

Ngoài ra sự đảo tướng nhũ tương còn xảy ra do tác dụng cơ học lâu dài

trong một số điều kiện nhất định.

Khi quan sát bằng kính hiển vi người ta thấy rằng trong quá trình đảo

tướng sẽ bắt đầu bằng việc các giọt của pha phân tán bị kéo dài ra, chuyển

thành màng, rồi sau đó các màng mới được tạo thành này bao bọc lấy môi

trường phân tán của nhũ tương ban đầu, dần dần đã biến môi trường phân tán

trở thành pha phân tán. Một điều lý thú là do sự phân bố không đồng đều chất

nhũ hóa trong các khu vực nhỏ khác nhau của hệ mà trong sự đảo tướng có thể

xuất hiện cái gọi là đa nhũ tương, tức là các giọt dầu của nhũ tương dầu /

nước lại có thể chứa những giọt nước vô cùng nhỏ trong nó.





KIL

OBO

OK

S.CO

M

30

II.6 Ổn định nhũ tương

Như ta đã biết các chất hoạt động bề mặt hấp thụ nên bề mặt giọt nhũ,

nhóm kị nước sẽ hướng vào pha dầu, nhóm ưa nước hướng vào pha nước, tạo

nên một lớp màng liên kết giữa hai pha.

II.6.1 Cấu tạo lớp điện tích kép

Nhũ tương ổn định hơn khi lớp màng ở bề mặt phân chia giữa hai pha

tích điện. lớp điện tích này của các giọt có thể được hình thành theo ba cách:

Do quá trình ion hóa, quá trình hấp thụ hoặc do sự tiếp xúc. khi các chất nhũ

hóa hấp thụ trên bề mặt các giọt, các nhóm có khả năng hòa tan trong nước

của nó bị ion hóa, tạo thành lớp điện tích kép bao bọc quanh hạt nhũ.

Đối với nhũ tương được ổn định bằng các hợp chất không ion, lớp điện

tích tại bề mặt giọt không phải do sự hấp phụ các ion từ môi trường phân tán,

mà do ma sát khi các giọt nhũ tiếp xúc trực tiếp với nhau hay tiếp xúc với môi

trường. Điều này đã được nhiều tác giả nghiên cứu và chứng minh bằng thực

nghiệm, Coehn đã đưa ra quy luật sau: Một chất có hằng số điện môi cao sẽ

tích điện khi tiếp xúc với một chất có hằng số có điện môi thấp hơn. Như vậy

do nước có hằng số điện môi cao nên phần lớn nhũ tương dầu- nước có điện

tích âm còn nhũ tương nước- dầu lại có điện tích dương.

Lớp điện tích trên bề mặt giọt rất phức tạp. Khi các ion mang điện bao

quanh các giọt nhũ, các ion trái dấu sẽ nằm song song, tiếp xúc lớp ion trên

tạo thành lớp điện tích kép.

Hình I-5 : Lớp điện tích kép ở bề mặt phân chia pha dầu- nước

DÇu N−íc





KIL

OBO

OK

S.CO

M

31

Lớp điện tích kép gồm hai phần: Một phần cố định nằm sát bề mặt,

phần khác phân tán tạo thành lớp phân tán. Mật độ điện của các điện tích ở lớp

phân tán giảm mạnh theo quy luật hàm số mũ.

Khi có mặt chất nhũ hóa, sự phân bố thế của lớp điện tích kép được

trình bày trong hình I-6a, hệ nhũ tương có xu hướng keo tụ mạnh.

Khi có mặt chất nhũ hóa, có sự thay đổi thế của lớp điện tích kép ( Hình

I-6b), thế Zeta đủ lớn để ổn định nhũ tương. Giới hạn để ổn định nhũ tương là

thế Zeta= 100 mv.

DÇu N−íc DÇu N−íc DÇu N−íc

(a) (b) (c)

Hình I - 6: Lớp điện tích kép ở bề mặt phân chia pha dầu/ nước

a: không có chất hoạt động bề mặt

b: có chất hoạt động bề mặt

c: hàm lượng chất hoạt động bề mặt tăng và có mặt chất điện

ly trong pha nước.

Khi thêm chất điện ly vào pha nước, có sự thay đổi rõ ràng trong đường

cong thế ( Hình I-6c ). Bán kính lớp phân tán sẽ giảm do sự tăng nồng độ ion

ngược dấu và sự nén điện tích kép.

x

Ψ0

∆V





KIL

OBO

OK

S.CO

M

32

Phương trình poisson: KT

enzk

ε=

228 ( I.16 )

Ở đây:

z là hóa trị của các ion tích điện trái dấu với lớp ion bề mặt

n là số ion tích điện trái dấu trên 1cm3 dung dịch

e là điện tích nguyên tố

ε là hằng số điện môi

K là hằng số Boltzman

T là nhiệt dộ tuyệt đối

k là nghịch đảo bán kính hiệu dụng của giọt nhũ

Lớp điện tích bao quanh giọt nhũ có ý nghĩa rất lớn đối với việc ổn định

hệ nhũ tương, do nó ngăn cản các giọt nhũ tiến lại gần nhau, kết tụ và phá vỡ

nhũ tương.

II.6.2 Ổn định bằng lực đẩy điện

Khi hai giọt chất lỏng chuyển động đến gần nhau, do ở mỗi giọt tổng

các điện tích âm bằng tổng các điện tích dương, cho nên không có một tương

tác điện nào xảy ra.

Khi tiến đến gần nhau hơn nữa, tương tác sẽ thay đổi đột ngột. Do các

bầu khí quyển ion lồng vào nhau, lực đẩy lúc này xuất hiện giữa các ion

nghịch của hai bầu khí quyển, tạo nên một sự sắp xếp lại các ion đó trong

không gian.

Lực đẩy giữa hai giọt nhũ xấp xỉ bằng:

0226 )/(1062,4 kH

R evrxV−− γ= ( I.17 )

r: là bán kính của giọt v: là hóa trị của các ion

γ : được cho bởi phương trình sau

1

12/

2/

+

−=γ

z

z

e

e ( I.18 )





KIL

OBO

OK

S.CO

M

33

Ở đây: oo kTvz ψεψ= ,/ là thế của điện tích kép.

Giữa các giọt nhũ còn có lực hấp dẫn Vander Waals:

VA = - Ar/ 12 H0 ( I- 19 )

A là hằng số phụ thuộc vào độ phân cực của các phân tử tạo nên giọt

nhũ.

Tương tác tổng cộng giữa các giọt:

V = VA + VR ( I- 20 )

Nếu VA > VR nhũ tương không ổn định. Ngược lại VR > VA nhũ tương

ổn định. Như vậy, thế của lớp điện tích kép hay cụ thể là thế Zeta có thể đặc

trưng cho độ bền của nhũ tương. Sự đưa thêm vào hệ một chất điện ly, sự biến

đổi PH, nồng độ các chất phân tán, sự thay đổi nhiệt độ … sẽ làm thay đổi thế

Zeta.

II.7 Chọn chất nhũ hóa

Để có được một nhũ tương thích hợp ta phải chọn chất nhũ hóa có hàm

lượng nhóm kị nước và nhóm ưa nước (HLB) phù hợp.

Phương pháp tính HLB lần đầu tiên được Griffin nghiên cứu và áp

dụng. Phần lớn các phương pháp tính HLB hiện nay đều dựa trên cơ sở

phương pháp này. Bảng sau là các khoảng HLB thích hợp cho từng hệ.

Bảng I.1

Khoảng HLB Ứng dụng

4-6 Chất nhũ hoá dầu/ nước

7-9 Tác nhân thấm ướt

8-18 Chất nhũ hoá nước/ dầu

13-15 Chất tẩy rửa

15-18 Chất hoà tan





KIL

OBO

OK

S.CO

M

34

Như vậy, chỉ số HLB trong khoảng 4-6 là phù hợp để chế tạo nhũ tương

dầu / nước. Các hợp chất có chỉ số HLB nằm ngoài khoảng mặc dù có tính

chất hoạt động bề mặt nhưng không được sử dụng làm chất nhũ hóa dầu /

nước.

Các phương pháp xác định HLB dựa trên nhiều quá trình thực nghiệm.

Đối với phần lớn các este béo, HLB được tính như sau:

HLB = 20 (1- )A

S ( I.21 )

Ở đây s là chỉ số xà phòng hóa của este, A là chỉ số axít của axít.

Ví dụ: đối với glyxerin monosterat có s=161 và A=198 từ phương trình

trên ta tính được HLB=3,8.

Có rất nhiều este, thật khó để xác định chính xác chỉ số xà phòng hóa,

ví dụ các este có mạch dài như sáp, lanolin. Do vậy giffin đã đưa ra công thức:

HLB=5

PE + ( I.22 )

E: là nồng độ phần trăm khối lượng của nhóm oxietylen, p là nồng độ

phần trăm khối lượng của nhóm rượu.

Các phương trình này không thể sử dụng cho các chất hoạt động bề mặt

không ion bao gồm oxít propylen, oxít butylen, ni tơ, lưu huỳnh,… Trong các

trường hợp này phải dùng phương pháp thực nghiệm.

Độ ổn định của nhũ tương liên quan đến độ phân tán giữa các pha trong

nhũ tương. Không thể chỉ sử dụng chỉ số HLB để đánh giá độ ổn định của nhũ

tương. Việc xác định giá trị HLB sẽ có ý nghĩa hơn khi đặt nó trong mối quan

hệ với các yếu tố khác như tính chất của chất nhũ hóa, cấu trúc của phân tử

chất hoạt động bề mặt.

Đối với chất hoạt động bề mặt có cấu trúc xác định, có thể tính giá trị

HLB như sau:





KIL

OBO

OK

S.CO

M

35

HLB = 7 + ∑ ( số nhóm ưa nước) – ∑ ( số nhóm kị nước)

∑( số nhóm kị nước) thường bằng 0,475n, n là số nhóm – CH2-

Việc chọn chất nhũ hóa để sản xuất nhũ tương bitum sẽ được đề cập kĩ

hơn trong phần sau.

III. Chất hoạt động bề mặt: [1.22]

Chất hoạt động bề mặt là hợp chất hóa học khi hòa tan trong một chất

lỏng sẽ làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng ấy hoặc lực căng ở mặt tiếp

xúc của nó với một chất lỏng khác, do quá trình hấp thụ vào chất này hay chất

kia ở bề mặt tiếp xúc.

Phân tử chất hoạt động bề mặt gồm hai phần: phần có cực tạo thành các

ion âm hoặc dương ( nhóm ưa nước ) và nhóm không có cực thường là các

hyđrôcacbon chuỗi dài từ 14 đến 20 nguyên tử cacbon ( nhóm kị nước ). Khi

nồng độ chất hoạt động bề mặt rất thấp, phân tử của nó phân bố rải rác trong

dung dịch. Khi nồng độ các chất hoạt động bề mặt tăng, dẫn đến tạo cấu trúc

mixell bao gồm vài chục phân tử hợp chất bề mặt kết hợp lại với nhau. Trong

mỗi mixell nhóm kị nước sẽ định hướng vào bên trong. Còn nhóm ưa nước sẽ

định hướng ra ngoài.

Một ứng dụng quan trọng của chất hoạt động bề mặt là sử dụng làm

chất nhũ hóa. Nhũ tương là một hệ không ổn định về mặt nhiệt độ. Để hệ nhũ

tương ổn định hơn, ta cần đưa vào hệ một cấu tử thứ ba để làm giảm năng

lượng bề mặt.

Cấu tử thứ ba chính là chất nhũ hóa. chất nhũ hóa còn ngăn cản xu

hướng keo tụ, phá vỡ hệ nhũ tương.

Việc chọn chất nhũ hóa có hàm lượng nhóm ưa nước và nhóm kị nước

phù hợp sẽ cho ta các hệ nhũ tương có chất lượng tốt.





KIL

OBO

OK

S.CO

M

36

III.1 Chất hoạt động bề mặt anion

Đây là những chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan trong nước cho ta

các ion âm và những ion này là nguyên nhân của hoạt tính bề mặt.

Bao gồm:

- Các muối của những axít béo gọi chung là xà phòng như muối kiềm

của axít béo, muối kim loại của axít béo, muối gốc hữu cơ của axít béo.

- Các muối sulfat của những axít béo: Đây là những chất hoạt động bề

mặt đã được sử dụng từ lâu và được dùng rộng rãi để làm gốc chế tạo các loại

nước gội đầu, nước tắm sủi bọt, các chất sáp tạo nhũ hóa, các chất tẩy rửa.

- Các dẫn suất sulfon: ví dụ các chất sulfonat của dầu hỏa, các chất

lignosulfat, các chất alkylarysulfonat.

- Các chất hữu cơ photpho: công thức của những chất này hiện nay có

nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Các loại alkyl photphat là những chất được

ứng dụng nhiều nhất làm chất nhũ hóa vi nhũ tương.

III. 2 Chất hoạt động bề mặt cation:

Đây là những chất hoạt động bề mặt tự ion hóa khi pha vào trong nước

để cung cấp những ion hữu cơ mang điện tích dương là nguyên nhân gây ra

hoạt tính bề mặt.

Tuy chất hoạt động bề mặt cation đã được điều chế từ lâu, nhưng mới

chỉ được phát triển mạnh từ sau thế chiến lần thứ hai. Ngày nay chúng được

phát triển mạnh trong các lĩnh vực như chống ăn mòn, tác nhân tuyển quặng,

dùng làm chất nhũ hóa nhưng nhiều nhất là chất làm mềm vải sợi, lĩnh vực sử

dụng của chúng đặc biệt là trên các cơ cấu mang điện tích âm. ngoài một gốc

hydrocacbon, phần lớn các phân tử này chứa một nguyên tử chất đạm nitơ

mang điện tích dương, có thể là những chất hữu cơ hoặc là mạch hở hoặc là

những chu kì phức tạp.

Sự khác biệt này thường dùng để làm một chỉ tiêu phân loại.





KIL

OBO

OK

S.CO

M

37

Bao gồm:

- Các muối alkylamin: các chất hoạt động bề mặt này được sử dụng

nhiều nhất để làm mềm vải sợi.

- Các muối amoni bậc 4 alkyl: các phân tử loại này có khả năng diệt

khuẩn rất cao, vì vậy một số được làm thuốc sát trùng.

- Các nmin oxyt: mặc dù là những chất hoạt động bề mặt cation, các

chất này ở giới hạn của những chất không mang điện, vì vậy có thể

giống với một số chất hoạt động bề mặt anion. Nhờ có tính chất này mà

người ta dùng nó làm mỹ phẩm.

- Các dẫn xuất của hóa dầu: Người ta phân loại các chất dẫn xuất

của hóa dầu ngược lại với bốn nhóm trên, ở đây vẫn là những chất amin

và muối amôni bậc 4.

- Các chất dẫn xuất không có đạm: Đây là những phân tử có hoặc là

một nguyên tử lưu huỳnh hoặc là một nguyên tử phot pho mang dấu

điện dương.

III.3 Chất hoạt động bề mặt mang cả hai dấu điện:

Đây là những chất hoạt động bề mặt có hai hoặc nhiều nhóm chức và

tùy theo những điều kiện của dung môi có thể ion hóa trong dung dịch nước

và có thể cung cấp các ion âm hoặc dương. Các chất này biểu hiện tính ion của

mình tùy theo độ PH: Là anion khi ở trên điểm cân bằng điện và cation khi ở

dưới. Ngoài những chất được tổng hợp bằng phương pháp hóa học trong nhóm

này còn có các axít amin trong các prôtêin thực vật ( như chất lestin của đậu

tương) hoặc động vật ( như các casein trong sữa ).

Có thể biểu diễn các phân tử này dưới dạng NH2-R-COOH

Khi đó tính chất anion trong môi trường kiềm sẽ có dạng

COO-M+

R





KIL

OBO

OK

S.CO

M

38

NH2

M+ có thể là Na+ hoặc K+, và tính chất cation trong môi trường axit sẽ

có dạng

COOH

R M+ có thể là Cl-

H3N+M-

Bao gồm:

- Các dẫn xuất từ betan như alkylbetan, alkylaminobetan có khả năng làm

ướt, gây bọt và tảy rửa, ít độc hại và có khả năng tự hủy, không gây ô

nhiễm môi trường. Các chất này chủ yếu dùng làm đồ mĩ phẩm.

- Các dẫn xuất từ imidazolin: Những chất này có khả năng nhũ hóa rất

mạnh.

- Các dẫn xuất của các axít amin: các chất hoạy động bề mặt này được dùng để gây bọt và diệt khuẩn.

III.4 Chất hoạt động bề mặt không ion. Các chất này hòa tan vào được trong nước là do trong thành phần của chúng có những nhóm hoạt động rất háo nước. Ở bất cứ PH nào chúng đều có thể tác dụng với các chất hoạt động bề mặt ion. Có thể phân loại chúng theo kiểu liên hệ giữa các nhóm háo dầu và háo nước.

- Liên hệ kiểu este như esteglycol, este glyserol, este của các axít béo…Các chất hoạt động bề mặt này được chủ yếu dùng trong công nghiệp dược phẩm, mĩ phẩm và thực phẩm.

- Liên hệ kiểu este: đây là những hợp chất hữu cơ thường được dùng để chế tạo nhũ tương dùng trong công nghiệp sơn và công nghiệp nông phẩm.

- Liên hệ kiểu amit: thường sử dụng chế tạo bột giặt và dùng trong công nghiệp mĩ phẩm.

- Các chất khác: còn một số chất hoạt động bề mặt không ion nữa như

nhựa đa phân tử alkylenoxyt, mercaptan và polyoxyetylen.





KIL

OBO

OK

S.CO

M

39

Hình I-7: Ổn định nhũ tương bằng chất nhũ hóa

a: chất nhũ hóa anion

b: chất nhũ hóa cation

IV. Công nghệ chế tạo nhũ tương bitum

IV.1 Quy trình chế tạo nhũ tương bitum :

Trước đây nhũ tương bitum thường được điều chế từ 50 - 70% asphan,

5 - 25% nước, và sử dụng thêm các chất độn như dolomit, đất sét, cao lanh,

thủy tinh lỏng…

Nhũ tương bitum thường được điều chế bằng phương pháp phân tán

dưới tác dụng cơ học.

Sau nhiều năm nghiên cứu và sử dụng, quy trình chế tạo và thành phần

nhũ tương bitum đã được thay đổi và điều chỉnh cho hoàn thiện. Hiện nay,nhũ

tương bitum được điều chế theo quy trình sau.





KIL

OBO

OK

S.CO

M

40

Hình I-8 : Quy trình thí nghiệm.

Có thể sử dụng các loại asphan khác nhau có độ kim lún khác nhau.

asphan phải được hóa lỏng bằng cách gia nhiệt, ngoài ra có thể sử dụng thêm

chất pha loãng ( thường là dầu hỏa ) để giảm độ nhớt của asphan tạo điều kiện

cho asphan phân tán tốt. chất nhũ hóa được pha trực tiếp vào nước. Asphan

được đưa vào bể chứa với khối lượng thích hợp, được cấp nhiệt để hóa lỏng.

Sử dụng lưu lượng kế điều chỉnh hàm lượng dung dịch chất nhũ hóa và nước

nóng vào bộ phận phân tán để đảm bảo tỷ lệ phối trộn. Tại đây dưới tác dụng

mạnh của khuấy trộn cơ học ( máy khuấy ), asphan được phân tán thành

những giọt nhỏ li ti. Tốc độ và thời gian khuấy phải đủ lớn.

Lực căng ở bề mặt phân cách giữa bitum và nước giảm nhờ sự hấp thụ

của chất nhũ hóa vào cả hai pha. Chất nhũ hóa bao phủ quanh giọt bitum làm

ổn định giọt nhũ.

Nước được sử dụng phải chứa ít những tạp chất hữu cơ và khoáng vật.

Các ion Ca, Mg trong nước có xu hướng gây phản ứng, đặc biệt là với các

chất nhũ hóa dạng CnHm- COONa để tạo thành những hợp chất không hòa tan

Asphalt ChÊt pha lo·ng N−íc ChÊt nhò ho¸

Pha ph©n t¸n Pha liªn tôc

M¸y khuÊy

Nhò t−¬ng





KIL

OBO

OK

S.CO

M

41

trong nước và không có hoạt tính bề mặt. Có thể sử dụng nước sinh hoạt

thường ngày của con người.

Tùy thuộc vào điều kiện và mục đích sử dụng nhũ tương mà người ta

lựa chọn chất nhũ hóa để tạo ra nhũ tương thích hợp. Ví dụ: ở Pháp người ta

sử dụng chủ yếu là loại nhũ tương cation. Trong khi ở Nhật cả nhũ tương

cation và anion đều được sử dụng.

IV.2 Vấn đề còn tồn tại

Trên thế giới, vấn đề lựa chọn chất nhũ hóa để chế tạo nhũ tương bitum

hiện nay đã được giải quyết rất tốt. Tuy nhiên, ở Việt Nam chưa được đầu tư

nghiên cứu sâu.

Về bản chất, các chất nhũ hóa và chất ổn định nhũ tương là những chất

hoạt động bề mặt như đã trình bày ở trên. Có rất nhiều chất hoạt động bề mặt

nhưng việc lựa chọn chất bề mặt hoạt động bề mặt như thế nào cho phù hợp

chất phân tán là asphan và nhũ tương mong muốn tạo thành còn có rất nhiều

khó khăn. Các cơ sở sản xuất nhũ tương bitum đều là liên doanh với nước

ngoài với hóa chất và thiết bị nhập ngoại. Công trình nghiên cứu của TS. Trần

Mạnh Trí tuy đã thành công nhưng nhũ tương sản xuất được cũng chỉ đáp ứng

được yêu cấu để xây dựng đường giao thông cấp hai. Hơn nữa khi chuyển

giao công nghệ thì các chất nhũ hóa thường được cung cấp dưới dạng tên

thương mại. Công nghệ chế tạo và bản chất của chúng còn chưa được các nhà

đầu tư đề cập đến.

Chất hoạt động bề mặt anion thường được sử dụng trong chế tạo nhũ

tương bitum hiện nay là các muối Sunfonat. Chất hoạt động bề mặt cation

thường là các hợp chất amin dạng Oligome. Tuy đã được sử dụng khi xây

dựng đường 5 nhưng các chất thường độc và khó kiếm.

Trong điều kiện hạn chế như vậy nên với khuôn khổ của đồ án này

chúng tôi nghiên cứu chọn chất nhũ hóa dạng anion từ các axit béo, dầu thực





KIL

OBO

OK

S.CO

M

42

vật sẵn có trong nước để chế tạo nhũ tương bitum với quy trình chế tạo phù

hợp điều kiện tại Việt Nam. Tiến hành một số bước kiểm tra sản phẩm bằng

dụng cụ ngay tại phòng thí nghiệm.

PHẦN II : PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG I : NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NHŨ TƯƠNG BITUM

I . Nghiên cứu chế tạo nhũ tương bitum :

I.1. Lựa chọn chất nhũ hóa:

Trong quá trình tạo nhũ luôn luôn có sự tạo thành cả hai dạng nhũ

tương dầu- nước và nước – dầu. Chỉ do sự bền vững cao mà chỉ một trong hai

nhũ tương có thể tồn tại, đó là nhũ tương ứng với bản chất chất nhũ hóa đem

dùng.

Các chất nhũ hóa chỉ có tác dụng ngăn cản sự kết dính giữa các hạt khi

nó có mặt trên bề mặt các hạt, nghĩa là nó tan tốt trong môi trường phân tán

nhưng lại không tan trong pha liên tục. Điều này được đảm bảo nhờ sự cân

bằng giữa phần phân cực và không phân cực của phân tử chất nhũ hóa (HLB).

Các chất nhũ hóa mà trong phân tử của chúng phần phân cực có tác dụng trội

hơn phần không phân cực sẽ có tác dụng tạo nên nhũ tương loại dầu – nước.

Thuộc loại này có các hợp chất amin, các alcol hay muối kim loại kiềm của

các axit béo, các muối sulfonat…

Do vậy, để có chất nhũ hóa tốt thì trước tiên ta phải lựa chọn loại dầu có

thành phần và tính chất phù hợp với bản chất chất nhũ hóa ta đang cần tìm.

Sau đây là phương hướng nghiên cứu chế tạo chất nhũ hóa:

- Trước tiên ta cần khảo sát về thành phần của một số dầu thực vật

thông dụng.





KIL

OBO

OK

S.CO

M

43

- Sau đó tiến hành xà phòng hóa các dầu thực vật. Để phản ứng xẩy ra

triệt để ta tiến hành ở nhiệt độ 85- 90°c, dùng dung dịch NaOH 40%. Ta sẽ thu

được xà phòng từ các loại dầu thực vật.

- Phần xà phòng của dầu thực vật có thành phần đặc trưng nhất cho

từng nhóm.

- Tiến hành nhũ hoá trong điều kiện: nhiệt độ của bitum là 1400c, nhiệt

độ nước là 85°c và giữ nguyên lượng nước với tất cả các loại dầu.

- Đánh giá sự tạo nhũ với từng mẫu ta có dầu cho chất lượng nhũ tốt.

Dưới đây là bảng tham khảo thành phần một số dầu thực vật thông

dụng:

Bảng II.1

Dầu

Axit

Palmitc

(C16:2)

axit

Stearic

(C18:0)

axit no

khac

axit

Oleic

(C18:1)

Axit

Linolen

c

(C18:2)

axit

Linolenic

(C18:3)

Thầu dầu1 0,2-2 85-40 3-4 2-4,5

Bông (hat) 20-25 1-2 0,5-2,5 25-35 44-50

Lạc 80-1 4,5-6 5-7 45-65 18-33

Đậu nành 6-10 2-5 0,5-1 25-32 50-60 4-8

Dừa2 6-11 2-4 73-86 5-8 1-2,5

Cám 12-18 1-3 0,4-1 40-48 30-40

Sở 13-15 0,3-0,4 74-87 10-14

Vừng 8-9 4,3-4,7 0,4-0,8 37-49 37-47

Ngô(phôi) 8-13 2-4 0,5-2 26-29 42-59

Dọc 55 44 2-3

Hướng 6-9 2-6 1 25-35 55-65





KIL

OBO

OK

S.CO

M

44

dương

Ô lưu 7-14 2-4 0,1-0,3 70-84 4-12

Cọ(cùi) 32-43 2-6 1-2 40-52 10-14

Cọ (nhân)3 7-9 1-7 69-82 4-18 1-2

Hạt cải4 1-5 1-3 5-6 17-32 15-22 1-3

Hạt cao xu 9-12 5-12 19-30 35-45 15-25

Lanh 6-6,3 2,5-4 0,7-0,2 15-25 15-25 45-55

Gai 5,8-9,9 1,7-5,6 6-16 36-50 15-28

Trẩu5 3,7-4,2 1,2-2,5 75-82 5-10 10,3-11

Ghi chú: 1 axit rixinoleic 85- 90%; 2 axit lauric 45-51%, axit myristic

16-20%; 3 axit lauric 47-55%, axit myristic 12-17%; 4 axit eruxic 47-51%; 5

axit eleostearic 75-82%.

Tham khảo bảng thành phần của các dầu trên ta thấy rằng thành phần

chủ yếu là các axit hữu cơ có mạch hydrocacbon dài (16-18 nguyên tử các

bon), rất phù hợp cho việc chế tạo chất nhũ hóa. Đòng thời ta cũng chọn ra

được năm loại dầu đặc trưng cho năm nhóm axit chính đó là dầu sở, dầu lanh,

dầu hướng dương, dầu đậu phộng, dầu đậu nành. Kết quả nghiên cứu sẽ được

trình bày ở phần sau.

I.2. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn và thời gian khuấy:

Nhũ tương càng bền khi kích thước giọt càng nhỏ và đồng nhất.Nhũ

tương bitum là một dạng nhũ tương đậm đặc, độ nhớt lớn, rất dễ bị sa lắng khi

sự phân tán các giọt không cao. Vì vậy, tốc độ khuấy trộn có ảnh hưởng rất

lớn đến độ bền vững của nhũ tương, đặc biệt trong thời gian đưa pha phân tán

vào môi trường phân tán.

Trong quá trình tạo nhũ, bên cạnh sự phân tán, ở mức độ này hay khác,

còn luôn luôn xảy ra sự liên kết giữa các giọt mới hình thành vì chất nhũ hoá





KIL

OBO

OK

S.CO

M

45

không kịp hấp thụ hoàn toàn lên bề mặt các giọt và các giọt đó chưa có độ bền

vững ứng với độ bền vững của các giọt nhũ tương đã chế tạo xong. Nghĩa là

thời gian khuấy trộn đóng vai trò quan trọng trong quá trình chế tạo nhũ

tương.

Tuy nhiên, trong những điều kiện nhất định, sự đảo tướng nhũ tương có

thể do tác dụng cơ học lâu dài. Vì vậy thời gian khuấy trộn phải phù hợp.

Trong điều kiện thí nghiệm hạn chế, chúng tôi sử dụng máy khuấy của

Trung Quốc, công suất 40W và tốc độ của quá trình khuấy tối đa

1400vòng/phút. Thời gian khuấy trộn 4 giờ.





tailieu.vncty.com ly-thuyet-tong-quan-ve-nhu-tuong-bitum-v

Data & Analytics