陰離子乳化劑在水中溶解後，其活性部分傾向離解成負電離子的表面活性物質，其特徵表現為具有一個大的有機陰離子，能與鹼作用生成鹽。
乳化劑是一種表面活性物質,它是由兩個基團組成的化合物,一端是溶於油的親油基,另一端是溶於水的親水基。由於這兩個基團將油滴與水滴連線起來,使之成為易溶狀態,以降低油水之間的界面張力,再經機械作用而成乳狀液。陰離子乳化劑的親水性基團是帶有陰電荷的。
陰離子乳化劑是生產乳化瀝青的重要材料,直接影響乳化瀝青的性質及使用效果。
基本介紹
- 中文名：陰離子瀝青乳化劑
- 英文名：BH-Y
- 別稱：陰離子乳化劑
- 水溶性：易溶於水
- 外觀：無色透明液體
- 套用：乳化瀝青製備
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產品說明
陰離子乳化劑在水中溶解後，其活性部分傾向離解成負電離子的表面活性物質，其特徵表現為具有一個大的有機陰離子，能與鹼作用生成鹽。根據帶負電離子部分的結構不同，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是抗硬水能力較差；優點是來源廣、種類多、價格便宜。可用於鹼性礦物集料。
羧酸鹽型乳化劑
它是由大分子鏈的羧酸與鹼作用而生成的陰離子瀝青乳化劑。常用的有脂肪酸鹽和環烷酸鹽。其化學結構為：RCOOM
R為憎水烴基，為長烴脂肪烴或環烷烴基，碳原子個數為9-21.
M為金屬離子，包括K+ Na+
在羧酸鹽型瀝青乳化劑中套用最多的為油酸鈉、松香酸鈉、月桂酸鈉、環烷酸鈉等。脂肪酸的碳鏈越長，親油性越強，凝固點越高，製成的脂肪酸皂越硬，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為12-20之間，其中套用最多的碳原子為12-18.
環烷酸存在於很多瀝青中，可以從瀝青中提取。用作瀝青乳化劑的環烷酸的酸值應在75-175之間，瀝青酸值在0.75KOH/g左右或更高的環烷酸瀝青，可簡單的用鹼性乳化劑所乳化，可獲得較滿意的環烷皂乳化瀝青。
油酸皂
油酸皂是用天然油脂與氫氧化鈉進行化學反應而生成的一種陰離子型乳化劑，學名為順-9-十八碳烯酸鹽，是含一個雙鍵的不飽和脂肪皂。其化學式為：CH3(CH2)7-CH=CH-(CH2)7COONa
油酸是橄欖油、牛脂的主要成分，碳數均為18，由於分子中含有雙鍵，增加了親水性，在水中溶解性增強，具有極強的表面活性，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。
硬脂酸鈉
硬脂酸鈉是由硬脂酸和鹼作用而生成的硬脂酸皂。其化學式為CH3(CH2)16Na
硬脂酸鈉多數是含有十八碳的飽和脂肪酸皂。其碳鏈越長，憎水性越強，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，易溶於熱水。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，其性質很不相同。由於受雙鍵的影響，親水性較好，易溶於水，對瀝青的乳化能力較硬脂酸皂好。
硬脂酸鈉是一種廣泛套用的表面活性劑,研究硬脂酸鈉在液/液(水)界面的行為不僅有利於生物膜研究,更關係到硬脂酸鈉的實際套用。
月桂酸皂
常用於提高膠乳穩定性的高級脂肪酸皂就是陰離子型表面活性劑,它能增強膠粒表面電荷、保護層、水合度,以免膠乳凝固,還能與膠乳中的Ca2+、Mg2+反應,生成不溶性的鈣鎂皂,除去這些離子對膠乳的去穩定作用。採用適量的穩定劑,可使膠乳穩定性即機械穩定性和化學穩定性(包括熱穩定性)適應工藝的要求。
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。其化學式為：C11H23COONa，為溶於水的固體,屬陰離子表面活性劑,在水中離解時,起活性作用的部分為陰離子基團。
月桂酸脂主要存在於椰子油中，由於碳數為12，疏水基較短，易溶於水，同樣是瀝青乳化中較好的乳化劑。
松香油皂
松香油皂是天然松香和鹼作用而生成的一種陰離子乳化劑。其化學式為C19H29COONa松香是從切開針葉樹幹滲出的粘稠性樹脂類物質，在室溫下呈半透明狀態，主要成分是松香酸和松香酸酐，為不飽和化合物，活性較大，易於造化，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，由於雙鍵的存在可增強對水的親和力，但影響瀝青的乳化性能，通常是加氫除去雙鍵。松香皂易溶於水，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。
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煙硫酸經磺化和鹼中和而製成的表面活性劑，其化學式為：R-SO3Na R為碳原子數為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。
烷基苯磺酸鹽
烷基苯磺酸鹽又稱石油苯磺酸鹽，這是因為所用原料烷基和烯烴是由天然或人造石油的餾分制的。
從烷基苯磺酸鈉分子中可以看出，是由烷基苯磺化，直接引入磺酸基經鹼中和而成。其他親油基（或稱憎水劑、疏水基）為烷基苯（C12H2n+1－C6H4）,親水基為磺酸鹽。在個烷基苯鏈細長（鏈長為13-20Å,直徑小於4.9Å）。由於合成工藝與原料的不同烷基鏈的鏈長及支鏈情況不同，苯環和烷基連線位置不同，以及磺酸基引入苯環的多少和位置不同等，烷基苯磺酸鈉不是單一成分，而是一個複雜的含異構體的體系。
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。各種不同異構體的C12，以n=12為最好。苯核在烷基鏈上結合位置，以苯環移向中心的為好，以3-苯基異構體的最好。
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，可在寬的PH值範圍內及相當的金屬離子濃度下保持活性。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。
烷基苯磺酸鈉為白色或淡黃色粉末或片狀固體，對酸、鹼或硬水都比較穩定，但在240℃時極易發生分解，表面張力為0.3Mn/cm。
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，可製得貯存穩定性好的瀝青乳液。如果與凝結劑（如氯化鈣或水泥）混合，可控制其分裂速度。與其他某些陰離子乳化劑混合 使用時，所發揮的乳化效果比單獨使用時，其乳化效果更好，具有選擇性的協同效應，也是乳化瀝青中常用的陰離子乳化劑。
在苯環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。
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，再用燒鹼皂化而成。其化學式為：R－SO3Na
R為C13-C18的烷基或烷基苯稠環結構。
烷基磺酸鈉的表面活性與烷基苯磺酸鈉接近，它在鹼性、中性和弱酸性溶液中較為穩定，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有關，乳化能力以C15-C16為好。
烷基磺酸鈉為 或淡黃色粉末，易溶於水，是乳化瀝青中常用的乳化劑。該產品有效物為28±1%，不皂化物（以100%有效物計）≦6%，1%水溶液PH值為7-8，NaCl含量小於6%。
拉開粉
拉開粉的學名為二丁基萘磺酸鈉，屬於烷基萘基磺酸鹽中的一種。由醇、萘與發煙硫酸作用後即可得二丁基萘磺酸，再經燒鹼處理而製得萘磺酸鹽表面活性劑，拉開粉為俗名。
拉開粉為白色或微黃色粉末，液體呈淺橙色透明液體，易溶於水。固狀物加熱至100℃不熔化而磺化，並逸出鹼性氣體，對酸鹼和硬水都穩定，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線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。
木質素磺酸鹽
木質素磺酸鹽又稱磺化木質素。木質素是愈瘡木基（4-羥基-3-甲氧基苯基）的多聚物，是從造紙工業廢液中提取的瀝青乳化劑。磺化木質素的紅外結構複雜,其中包括羥基、甲基、亞甲基、次甲基的伸縮振動和苯環的骨架振動和C=O伸縮振動及S=O不對稱伸縮振動等。
在α-碳原子上引入磺酸基，則成為磺酸鹽，它是由亞硫酸鹽製漿廢液經石灰乳沉澱酸溶，轉化而製得的。
針葉樹含一個甲氧基，闊葉樹含有兩個甲氧基，側鏈雙鍵發生加合反應。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素磺酸鹽多為直鏈，在水溶液中締合在一起；高分子量木質素磺酸鹽多為支鏈，在水溶液中顯示出聚合電解質行為，並且高分子量部分很難生物降解。
木質素磺酸鹽呈黃色固體，有良好的分散性，是固體在介質中的較好分散劑。通常用來製造慢裂型乳化瀝青。
此外，磺化妥爾油皂、磺化琥珀酸、α-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。
硫酸酯鹽
硫酸酯鹽是用硫酸與含烴基烷烴或烯烴發生硫酸化反應而在羥基上引入磺酸基（-Os3M)親水基團的表面活性劑。其化學式為：R－OsO3M
R為含烴基的烷烴或烯烴，碳原子個數在C12-C18. M為金屬離子（K+、Na+)。
從化學式中可以看出，硫酸酯鹽陰離子乳化劑是一個具有ROsO3-離子的瀝青乳化劑。其主要性能取決於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，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。一般碳原子數大於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鍵與憎水基聯結。而磺酸鹽乳化劑是通過C-S鍵直接與憎水基聯結，附加的氧使硫酸酯鹽的溶解度比磺酸鹽型乳化劑更強，但C-O-S比C-S鍵更易水解，硫酸酯鹽在酸性 中對水解的敏感性使它的套用受到限制。
在硫酸酯鹽乳化劑中最具代表性的是十二烷基硫酸鈉。其結構式為：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、中和製得十二烷基硫酸鈉。呈白色或微黃色粉末，或淺黃色透明液體。優等品的有效活性含量達90%以上，一等品達86%以上，三等品82%以上，液體產品達28%以上。PH=7.5-9.5，具有輕微的特殊氣味，易溶於水，無毒，180-185℃時會分解。
用硫酸酯鹽乳化劑製得的乳化瀝青與石料拌合是比較穩定的，屬於滿了吧乳化瀝青。由於分裂速度慢，施工後不能儘快硬化，如加入帶多價離子的石灰或氯化銨，乳化瀝青即可急速分裂，利用這個特點可製得築路用的乳化瀝青。
還可用豆蔻醇、鯨蠟醇及牛油製得的高碳醇等經硫酸化，再用鹼中和，即可製得各種脂肪醇硫酸鹽。其水溶液呈中性，在硬水中穩定，同樣可用作瀝青乳化劑。隨著碳鏈的增長，熔點增高，吸濕性隨著鏈的增長而增加，溶解性減弱。
