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。
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。
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,表面张力以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值范围内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。
烷基苯磺酸钠为白色或淡黄色粉末或片状固体,对酸、碱或硬水都比较稳定,但在240℃时极易发生分解,表面张力为0.3Mn/cm。
十二烷基苯磺酸钠、双十二烷基苯基醚二磺酸钠是乳化沥青中常用的阴离子乳化剂。用平均分子量400-500单烷基和双烷基苯磺酸钠,可制得贮存稳定性好的沥青乳液。如果与凝结剂(如氯化钙或水泥)混合,可控制其分裂速度。与其他某些阴离子乳化剂混合 使用时,所发挥的乳化效果比单独使用时,其乳化效果更好,具有选择性的协同效应,也是乳化沥青中常用的阴离子乳化剂。
在苯环上的烷基碳原子很少,甚至为零时(或仅有两个甲基),如苯磺酸钠、甲基磺酸钠、二甲基苯磺酸钠和异丙磺酸钠,能增大烷基苯磺酸钠及其他组分在水溶液中的溶解度,常作表面活性剂的助溶剂。
烷基磺酸钠又称为石油磺酸钠,俗称石油皂。它是由高沸点石油馏分(230℃-320℃)先行氢化或用浓硫酸处理除去不饱和烃而得到的纯烷基,在紫外光照射下与氯和二氧化硫作用生成一氯化合物,再用烧碱皂化而成。其化学式为:R-SO3Na
R为C13-C18的烷基或烷基苯稠环结构。
烷基磺酸钠的表面活性与烷基苯磺酸钠接近,它在碱性、中性和弱酸性溶液中较为稳定,在硬水中仍具有较好的乳化能力。支链烷基苯磺酸钠溶液的溶解度及临界胶束浓度、表面张力和碳原子数有关,乳化能力以C15-C16为好。
烷基磺酸钠为 或淡黄色粉末,易溶于水,是乳化沥青中常用的乳化剂。该产品有效物为28±1%,不皂化物(以100%有效物计)≦6%,1%水溶液PH值为7-8,NaCl含量小于6%。
拉开粉的学名为二丁基萘磺酸钠,属于烷基萘基磺酸盐中的一种。由醇、萘与发烟硫酸作用后即可得二丁基萘磺酸,再经烧碱处理而制得萘磺酸盐表面活性剂,拉开粉为俗名。
拉开粉为白色或微黄色粉末,液体呈浅橙色透明液体,易溶于水。固状物加热至100℃不熔化而磺化,并逸出碱性气体,对酸碱和硬水都稳定,活性物含量为60±1%,PH值为7-8.
将两个烷基化的萘磺酸盐用亚烷基连接起来得到的化合物具有较大的分散效果,是良好的分散剂。例如,亚甲基二异丙基萘磺酸钠、亚甲基二异丙基萘磺酸钾等。
木质素磺酸盐又称磺化木质素。木质素是愈疮木基(4-羟基-3-甲氧基苯基)的多聚物,是从造纸工业废液中提取的沥青乳化剂。
在α-碳原子上引入磺酸基,则成为磺酸盐,它是由亚硫酸盐制浆废液经石灰乳沉淀酸溶,转化而制得的。
针叶树含一个甲氧基,阔叶树含有两个甲氧基,侧链双键发生加合反应。最普通的磺酸盐相对分子量约为4000.一般来说低分子量木质素磺酸盐多为直链,在水溶液中缔合在一起;高分子量木质素磺酸盐多为支链,在水溶液中显示出聚合电解质行为,并且高分子量部分很难生物降解。
木质素磺酸盐呈黄色固体,有良好的分散性,是固体在介质中的较好分散剂。通常用来制造慢裂型乳化沥青。
此外,磺化妥尔油皂、磺化琥珀酸、α-烯烃磺酸盐、磺化松香、磺化棉籽油等,都可用作阴离子乳化沥青的乳化剂,有的还可改善沥青对矿物集料的粘附性。