CC BY
0АУТОМОВ^ YO'LLARIDAGI INNOVATSЮN TEXNOLOGIYALAR УА TADQIQOTLAR УДК 691.168
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ (ПАВ) НА ОСНОВЕ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ ИНГРЕДИЕНТОВ ИЗ МЕСТНОГО И ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К РАЗРАБОТКЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Академик С.С.Негматов профессорН.С.Абед (Государственное унитарное предприятие "Фан ва тарацциёт ")
Доцент К.М.Иноятов, (Наманганский инженерно-строительный институт)
Аннотация. В статье приводятся результаты исследований впервые ИК-спектре поглощения госсиполовой смолы, госсиполовые смолы различных заводов по своим физико-химическим характеристикам, играют определяющую роль в формировании свойств асфальтобетонных покрытий, нами были исследованы некоторые физико-химические свойства госсиполовых смол, которые больше всего оказывают влияние при формировании физико-механических и эксплуатационных характеристик асфальтобетонных покрытий
Ключевые слова. Поверхностно-активными веществами (ПАВ), анионные ПАВ катионные ПАВ, амфотерные ПАВ, госсиполовая смола, ИК-спектр, композиция, наполнители, зольность, кислотное число, температура размягчения по кольцу и шару, температура вспышки, каустическую и кальцинированную соды, асфальтобетонные композиции.
Введение. Стратегических действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан отмечены важные задачи по поощрению научно-исследовательской и инновационной деятельности, созданию эффективных механизмов, направленных на практическое внедрение научных и инновационных успехов. В этом аспекте разработка деформационно-сдвигоустойчивых композиционных асфальтобетонных материалов для покрытий дорог путем механохимической модификации органоминеральных компонентов является актуальной проблемой и служит основным направлением.
Цель исследования. Исследование физико-химических характеристик поверхностно-активных веществ (ПАВ) на основе органоминеральных ингредиентов из местного и вторичного сырья применительно к разработке композиционных асфальтобетонных материалов
Объект и методы исследований. Объектами исследования являются вязкотекучих госсиполовых смол Андижанского, Каттакурганского, Ферганского и Янгиюльского масложиркомбинатов и композиции на их основе [1-2].
Методы исследований. Физико-химические свойства исследованы с помощью ИК-спектроскопи.
- внешний вид - вязкотекучая масса;
- цвет - от темно-коричневого до черного;
- кислотное число, мг КОН;
- содержание золы, мас.%;
- содержание влаги и летучих веществ, %;
- растворимость в ацетоне, мас.%;
- удельная масса, г/см3;
- число омыления, мг КОН [1].
Результаты исследований и их обсуждение. Для повышения деформационно-сдвигоустойчивости и физико-механических свойств асфальтонных покрытий автомобильных дорог в настоящее время строители автомобильных дорог вынуждены по своей инициативе использовать различные компоненты, подобные поверхностно-
TADQIQOT VА TАRAQQIYOTКЫП JURNАLI 1-рМ, 2023
https://tadqiqottaraqqiyot.uz/
АУТОМОВ^ YO'LLARIDAGI INNOVATSЮN TEXNOLOGIYALAR УА TADQIQOTLAR
активным веществам ПАВ. Однако эти продукты недостаточно эффективны и не обладают комплексом свойств, обеспечивающих повышение технических и технологических свойств композиционных дорожно-строительных материалов (ДСМ).
Одним из направлений повышения сдвигоустойчивости асфальтобетонных покрытий и соответственно, качества и долговечности автомобильных дорог, уменьшения расхода вяжущих материалов, повышения удобоукладываемости является использование определенных ПАВ на основе органических вяжущих и олигомеров с улучшенными свойствами, а также эффективных ПАВ полифункционального действия из промышленных и вторичных продуктов и отходов различных производств органических веществ.
Поверхностно-активными веществами (ПАВ) называют химические соединения, которые при растворении и диспергировании в жидкости избирательно адсорбируются на поверхности раздела фаз, что и определяет совокупность их физико-химических свойств.
Все ПАВ дифильны, то есть состоят из гидрофобной (водоотталкивающей) и гидрофильной (водорастворимой) части. Гидрофобная часть молекулы ПАВ чаще всего состоит из остатка насыщенного углеводорода (алкила), содержащего от 8 до 20 атомов углерода: СНз(СН2) - [1].
Гидрофильная часть молекулы ПАВ обычно обусловлена наличием функциональных групп: ОН-гидрооксильной; СООН-карбоксильной; Б0з - сульфатной; КНз - аминной; КНСО - амидной; -СН2-О-СН2 - оксиэтильной.
ПАВ, в зависимости от свойств, проявляемых ими в воде, делят на ионные (анионактивные); катионные (катионактивные); амфотерные (амфолитные); неионные (неионогенные).
Анионные ПАВ в водных растворах диссоциируют с образованием отрицательно заряженного иона (аниона) органического остатка молекулы (например, алкилсульфат-натриевая соль сернокислого эфира): ЯОБОз Ш+ШО —> ЯОБОз +
Катионные ПАВ в водных растворах диссоциируют с образованием положительно заряженного иона - катиона органического остатка молекулы:
Я-К(Я1 Я2 Яз)+ +Х- (Х-- сульфат, хлорид, бромид, ацетат или ОН-ионы).
Амфотерные ПАВ в водных растворах, в зависимости от среды диссоциируют с образованием органического остатка молекулы аниона или
катиаона - КК+НКлСОО-. В кислой среде они проявляют катионные свойства, в щелочной - анионные.
Неионные ПАВ в водных растворах не образуют ионы. Растворимость их обусловлена наличием функциональных групп, имеющих сильное сродство к воде, например RCH2О(C2H4О)nH - полиэтиленгликолиевый эфир жирного спирта, где п = 3-18.
Наиболее распространены анионные ПАВ: аллилы жирных кислот RCOONa, алкилсульфаты жирных кислот ROSOзNa.
Эффективность физико-химической активации минеральных материалов, в том числе природных песков и озокерита, главным образом зависит от удачного выбора ПАВ и средств механоактивации.
Физико-химические факторы связаны с модификацией исходных компонентов асфальтобетонной композиции (битума и минеральных материалов), интенсифицирующей контактные связи на границе раздела фаз указанных материалов.
В настоящее время контактные взаимодействия битума с поверхностью частиц каменных материалов сравнительно хорошо изучены. В последние годы различные аспекты этого вопроса получили обобщение в работах [1].
В обычных условиях адсорбция битума является в основном полярной, физической. Опыты показывают, что часто можно достичь полной десорбции чистого битума из асфальтовых материалов. Однако опыты подтверждают и наличие обменной
TADQIQOT VА TАRAQQIYOTКЫП JURNАLI 1-рМ, 2023
https://tadqiqottaraqqiyot.uz/
АУТОМОВ^ YO'LLARIDAGI INNOVATSЮN TEXNOLOGIYALAR УА TADQIQOTLAR
гетерополярной адсорбции битума, характеризуемой частичной необратимостью, медленно устанавливающимся равновесием, и даже хемосорбцией, при которой образуются полностью необратимые химические соединения, прочно связывающие минеральную матрицу с органическим вяжущим в пограничных слоях.
ПАВ существенно изменяют условия смачивания поверхностей частиц минеральных материалов битумом, что положительно сказывается на технологии устройства асфальтобетонных дорожных покрытий. Это проявляется, прежде всего, в ускорении процесса смешения минеральных компонентов с битумом, в повышении уплотняемости асфальтобетонных смесей, снижении их температуры на всех этапах производства и применения. При этом, кроме повышения качества покрытий, наблюдается рост производительности смесителей и линейных уплотняющих механизмов.
На основе выше изложенного, нами, в качестве поверхностно - активного вещества ПАВ для дальнейшего исследования были изучены местные и вторичные сырьевые ресурсы - вязкотекучая госсиполовая смола, являющаяся отходом масложиркомбинатов, и её модифицированные порошкообразные водорастворимые производные.
Типичный состав госсиполовой смолы характеризуется следующими показателями: 97,29 % органических веществ; 2,71 % неорганических веществ; 100 % эфирорастворимых веществ; кислотное число 65,3 мг КОН; йодное число (по Ганусу) 99; число омыления 199 мг КОН/г; эфирное число 91 %; 64 % жирных кислот, высвобождаемых при омылении; 36 % нежирных веществ; 0,2165 % фосфора (в пересчете на Р2О5); 8,55 % кальция в кальциевых солях госсиполовой смолы.
Согласно ГОСТ 18-114, госсиполовая смола отвечает нижеследующим требованиям:
1) внешний вид - вязкотекучая масса;
2) цвет - от темно-коричневого до черного;
3) кислотное число, мг КОН - 50-100;
4) содержание золы, мас.% - 1,0-1,2;
5) содержание влаги и летучих веществ, % - до 4;
6) растворимость в ацетоне, мас.% - 70-80;
7) удельная масса, г/см3 - 0,98-0,99;
8) число омыления, мг КОН - 80-130.
Нашими исследованиями по методике авторов [3] установлено, что в госсиполовой смоле содержится от 52 до 64 % синтетической жирной кислоты (СЖК) и её производных, остальная часть - продукты конденсации и полимеризации госсипола и его превращения, образующиеся при извлечении масла, главным образом, в процессе дистилляции жирных кислот из соапстоков. В госсиполовой смоле обнаружено 1 2% азотсодержащих соединений, 36 % продуктов превращения госсипола и 52 % жирных и оксижирных кислот, что подтверждается и результатами исследований ИК -спектроскопическим методом анализа (рис. 1).
Как видно, в ИК-спектре поглощения госсиполовой смолы - 1,1',6,6',7,7' -гексаокси 3.3'-диметил - 5,5' - ди-изо-пропил-2,2'-динафтил - 8,8'1 - диальдегид (С30Н30О8) обнаружены частоты при частоте 3751, 3725, 3711, 3670, 3648, 3628, 3608, 3357, 2923, 2853, 1712, 1645, 1634, 1557, 1464, 1456, 1377, 1280 1110, 967, 842 и 723 см-1 [3].
TADQIQOT VA TARAQQIYOTILMIY JURNALI
AVTOMOBIL YOLLARIDAGI INNOVATSION TEXNOLOGIYALAR VA TADQIQOTLAR
OH
Волновое число, см-1 Рис. 1. ИК-спектр госсиполовой смолы
Ниже, в таблицах 1 и 2, приводятся важнейшие характеристики вязкотекучих госсиполовых смол Андижанского, Каттакурганского, Ферганского и Янгиюльского масложиркомбинатов. Как видно из данных таблицы 1, госсиполовые смолы различных заводов по своим физико-химическим характеристикам в определенной степени отличаются друг от друга. Это отличие особенно заметно в таких показателях, как зольность, кислотное число, молекулярная масса.
Таблица 1
Характеристика госсиполовых смол
Показатели Госсиполовая смола масложиркомбината
Янгиюлский Ферганский Андижанский Каттакурганский
Растворимость в ацетоне, % 78,6-79,2 76,0-76,2 70,0-71,3 71,0-77,0
Зольность, % 1,2-1,3 0,7-1,13 0,89-1,05 1,53-1,76
Кислотное число, мг-КОН/г 84,3-86,4 93,51-94,5 67,0-68,0 70,4-78,6
Молекулярная масса, рассчитанная по кислотному числу 600,8-640,3 620,6-624,8 784,7-800,0 658,4-799,97
Продукт окисления и превращения госсипола, % 30-32 31-32 28-31 33-35
Жирные кислоты в виде лактонов, полимериров смол, % 58,6-59,0 55,4-56,0 57,0-58,0 54,0-56,0
Наиболее высокие показатели физико-химических свойств наблюдаются у госсиполовой смолы Андижанского МЖК. В проведенных исследованиях влияния госсиполовой смолы на прочностные характеристики асфальтобетонных композиционных материалов, то есть, на предел прочности при сжатии и сдвиге, была использована вязкотекучая госсиполовая смола этого предприятия. Однако она не растворяется в воде, особенно трудно транспортируется.
TADQIQOT VA TARAQQIYOTILMIY JURNALI
АУТОМОВ^ YO'LLARIDAGI INNOVATSЮN TEXNOLOGIYALAR УА TADQIQOTLAR
В силу того, что эти показатели, на наш взгляд, играют определяющую роль в формировании свойств асфальтобетонных покрытий, нами были исследованы некоторые физико-химические свойства госсиполовых смол, которые больше всего оказывают влияние при формировании физикомеханических и эксплуатационных характеристик асфальтобетонных покрытий, результаты которых приведены в таблице 2.
Из данных таблицы 2 видно, что и по физико-химическим свойствам смолы различных заводов в определенной степени отличаются друг от друга.
КПГС в своем составе кроме госсиполовой смолы содержит каустическую и кальцинированную соды, отвердитель алюмак (являющийся отходом производства и переработки вторичных цветных металлов), которые способствуют переводу вязкотекучей госсиполовой смолы в порошкообразное в состояние.
Таблица 2
Физические свойства госсиполовой смолы
Показатели Госсиполовая смола
Янгиюльский Кокандский Андижанский Каттакурганский
Условная вязкость по вискозиметру с отверстием 5 мм при __о_ 93 95 100 98
Температура размягчения по кольцу 12 13 15 14
Температура вспышки, °С 225 226 230 228
Физико-химические характеристики и технологические параметры КПГС подробно описана в работах [4]. Для сравнительного анализа также была выбрана вязкотекучая госсиполовая смола (ГС) Андижанского МЖК, кубовый остаток фурфуролового спирта (КОФС) Ферганского гидролизного завода.
Заключение. Установлено, что при механоактивировании природных песков на диссмембраторной установке, также происходит активация за счёт поляризации частиц на молекулярном уровне, сопровождающаяся появлением, с одной стороны, гетерогенных дипольных моментов, образованием химических связей (водородных) как с катионно -активными, так и анионно-активными веществами, какими являются модифицированная порошкообразная госсиполовая смола и кубовый остаток фурфурилового спирта. С другой-улучшением адгезионных взаимодействий субстрат-адгезив органоминеральных ингредиентов. В результате можно получать эффективные составы асфальтобетонных композиционных материалов с требуемой деформационно-сдвигоустойчивостью и долговечностью покрытий автомобильных дорог.
Список литературы.
1. Негматов С.С., Собиров Б.Б., Иноятов К.М., Салимсаков Ю.А. Композиционные асфальтобетонные материалы для покрытия дорог // Ташкент: ГУП «Фан ва тараккиёт», 2012.
2. Негматов С.С., Собиров Б.Б., Абдуллаев А.Х., Рахмонов Б.Ш., Иноятов К.М., Салимсаков Ю.А. Модифицированные битумные композиции многофункционального назначения // Ташкент: ГУП «Фан ва тараккиёт», 2012.
3. Sobirov A.B., Rahmonov B.Sh., Abdullayev A.X., Inoyatov K.M., Salimsakov Y.A., Mahkamov D.I., Soliyev R.X. Study of composition and technology of highly filled composite polymeric materials for asphalt roads, which can be used in hot climates and increasing their TADQIQOT VA TARAQQIYOTILMIY JURNALI 1-jild, 1-son, 2023 https://tadqiqottaraqqiyot.uz/
AVTOMOBIL YOLLARIDAGI INNOVATSION TEXNOLOGIYALAR VA TADQIQOTLAR
operation life. European polymer congress in 2011. XII congress of the specialized group of polymers., / Congress program, june 26 - jule 1, 2011, Granada, Spain.
4. Makhkamov Dilshod Ismatillayevich, Inoyatov Qaxramon Muydinovich, Abdurazakov Mirzokhid Abdurakhmonxujayevich, O'ktamov Sardor Makhmudjanovich. Use of mechanically activated components in road construction. An international multidisciplinary research journal.Vol. 10, issue 5, may 2020. p.1558-1566 India.
5. Sayibjan Negmatov, Kakhramon Inoyatov, Lochin Oblakulov, Shukhrat Bozorboyev, Bahodir Sobirov, Bakhrom Rakhmonov, Jahongir Negmatov, Dilshod Makhkamov, Rustam Soliev, Andrey Lisenko. Research And Development Of Technologies Of Obtaining The
Mechanically Activated Powder Based On Natural Ingredients And Dune Sand For Production Of Sealing Composite Cements And Composite Materials For Various Purposes. International Porous and Powder Materials Symposium and Exhibition, PPM 2013, September 3-6, 2013 в г. Измире.
TADQIQOT VA TARAQQIYOTILMIY JURNALI
