đồ án tốt nghiệp các phương pháp chế tạo nhũ tương bitum caption.DOC

Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
lời cảm ơn !


Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo.TS. Lê Văn Hiếu,
Cô Giáo.PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền cùng toàn thể các
Thầy, Cô giáo trong bộ môn Công Nghệ Hữu Cơ - Hoá Dầu
đã hết lòng giúp đỡ, tận tình chỉ bảo cho em về kiến thức khoa
học và phơng pháp nghiên cứu để em hoàn thành bản đồ án
này.
Em xin chân thành cảm ơn Thạc sĩ. Nguyễn Hàn Long,
Kỹ S. Hoàng Hữu Hiệp, Thạc sĩ .Lê Anh Vũ, Kỹ S.
Nguyễn Hà Hạnh và các Anh, Chị phòng thí nghiệm hữu- cơ
hoá dầu đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình
em làm nghiên cứu tại phòng.
Xin chân thành cảm ơn Bạn Khúc Quang Trung đã làm
cùng đề tài với tôi, và tất cả các bạn sinh viên trong lớp hoá dầu
3, các em sinh viên cao đăng đã luôn nhiệt tình giúp đỡ, động
viên tôt trong quá trình nghiên cứu.
Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè những
ngời thân đã nuôI dỡng, giúp đỡ tôi trởng thành nh ngày hôm
nay.
Một lần nữa xin cảm ơn tất cả mọi ngời !


Hà Nội, Ngày 30-4-2004
Sinh Viên: Đặng Văn Hà


Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
1

Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Mục lục
Lời mở đầu 5
Phần 1. Tổng Quan 7
Chơng 1. Tổng quan về bitum dầu mỏ 7
I. Những kiến thức chung về bitum dầu mỏ 7
II . Các tính chất của bitum trong xây dựng và trong sản xuất 11
III. ứng dụng của Bitum dầu mỏ 15
Chơng 2. Nhũ tơng Bitum 17
I. Lý thuyết chung về nhũ tơng bitum 17
I.1. Định nghĩa 17
I.2. Phân loại nhũ tơng 18
I.3. ứng dụng của nhũ tơng bitum 19
I.4.Ưu điểm của nhũ tơng bitum trong xây dựng đờng ôtô 21
II.Phơng pháp chế tạo nhũ tơng bitum 21
II.1. Phơng pháp ngng tụ 21
II.2. Phơng pháp phân tán 22
III. Chất nhũ hoá 22
III.1. Định nghĩa 22
III.2. Phân loại 23
IV. Vấn đề ổn định nhũ tơng 26
V. Một số chỉ tiêu quan trọng của nhũ tơng bitum trong
chế tạo và kiểm định 33
V.1. Độ nhớt của nhũ tơng 33
V.2. Độ ổn định khi lu trữ 35
V.3. Tốc độ phân tách và hiệu thế Zeta 36
V.4. Tính bám dính 37
V.5. Tính đồng nhất 38
VI. Lựa chọn chất nhũ hoá 38
VII. Công nghệ chế tạo nhũ tơng bitum 41

VII.1. Qui trình chế tạo nhũ tơng bitum 41
VII.2. Vấn đề chọn chất nhũ hoá cho phù hợp 41
Phần II. Thực Nghiệm 43
Chơng 1. Quá trình tổng hợp chất nhũ hoá 43
I. Quá trình thuỷ phân dầu 45
I.1 Thuỷ phân dầu lạc và dầu sở 46
I.1.1. ảnh hởng của lợng Las 46
I.1.2. ảnh hởng của lợng H
2
SO
4
47
I.1.3. ảnh hởng của lợng H
2
O 47
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
2
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
I.1.4. ảnh hởng của nhiệt độ 47
I.1.5. ảnh hởng của thời gian 47
I.1.6. Các yếu tố ảnh hởng khác 48
I.2. Thuỷ phân dầu hớng dơng 48
I.2.1. ảnh hởng của nhiệt độ 49
I.2.2. ảnh hởng của thời gian 49
I.2.3. ảnh hởng của lợng KOH 50
I.2.4. Các yếu tố ảnh hởng khác 50
II. Quá trình tổng hợp chất nhũ hoá 50
II.2.1 . ảnh hởng của nhiệt độ 50
II.2.2. ảnh hởng của tỷ lệ axit/diethanolamin 51
II.2.3. ảnh hởng của thời gian 51

III. Các phơng pháp đánh giá quá trình thuỷ phân dầu
và tổng hợp chất nhũ hoá 52
Chơng 2. Quá trình chế tạo nhũ tơng bitum 54
I. Chế tạo nhũ tơng bitum 54
I.1. ảnh hởng của chất nhũ hoá 54
I.2. ảnh hởng của bitum 54
I.3. ảnh hởng của độ PH 55
I.4. ảnh hởng của thời gian khuấy trộn 55
I.5. ảnh hởng của tốc độ khuấy trộn 56
I.6. ảnh hởng của lợng CaCl
2
đến chất lợng nhũ 56
I.7. ảnh hởng của lợng dầu hoả 57
II. Sơ đồ chế tạo 61
III. Các phơng pháp kiểm định chất lợng nhũ tơng bitum 62
Chơng 3. Hoá chất và thiết bị thí nghiêm 67
Phần III. Kết quả và thảo luận 69
I. Quá trình thuỷ phân dầu 69
I.1. Kết quả thuỷ phân dầu lạc và dầu sở 69
I.2. Kết quả thuỷ phân dầu hớng dơng 80
II. Quá trình tổng hợp chất nhũ hoá 84
III. Chế tạo nhũ tơng bitum 86
III.1. Kết quả ảnh hởng của chất nhũ hoá 86
III.2. Kết quả ảnh hởng của lợng bitum 91
III.3. Kết qủa ảnh hởng của tốc độ khuấy trộn 93
III.4. Kết quả ảnh hởng của độ PH 94
III.5. Kết quả ảnh hởng của CaCl2 95
III.6. Kết quả ảnh hởng của kích thớc hạt 96
III.7. Kết quả đo độ nhớt 96
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44

3
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
III.8. Kết quả xác định chỉ số phân tách 97
III.9. Kết quả chụp SEM 98
IV Kết qủa nghiên cứu đối với chất nhũ hoá của Mỹ (DF-41 99
IV.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hởng của lợng chất nhũ hoá DF-41 99
IV.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hởng của lợng Bitum 100
IV.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hởng của PH 101
IV.4. Kết quả nghiên cứu ảnh hởng của lợng CaCl
2
102
V. So sánh hai chất nhũ hoá 102
Kết luận
Phơng hớng
Lời mở đầu
gày nay trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc, toàn
đảng, toàn dân, toàn quân ta trong mọi ngành nghề đang cố gắng nỗ
lực hết sức thi đua nhau sản xuất đa nớc ta từ một nớc nông nghiệp
lạc hậu từng bớc phấn đấu đến năm 2020 cơ bản trở thành một nớc công
nghiệp phát triển, muốn vậy chúng ta phải tập trung xây dựng cơ sở hạ tầng,
vật chất kỹ thuật ngày càng khang trang hiện đại đòi hỏi sự đầu t tiền của,
công sức của mọi ngành, mọi cấp.
N
Hoà cùng khí thế phát triển mạnh mẽ của nớc ta trong thế kỷ mới thì Bộ
giao thông vận tải. Bộ khoa học công nghệ và môi trờng đã trực tiếp chỉ đạo
phải xây dựng đợc một mạng lới giao thông hoàn chỉnh, thông suốt có chất l-
ợng cao góp phần quan trọng thúc đẩy sự phát triển của các ngành khác nh th-
ơng mại, du lịch, vận tải hành khách, nhằm thu hút nguồn đầu t từ nớc
ngoài. Đối với một đất nớc đã phải trải qua chiến tranh, cơ sở hạ tầng còn yếu
kém nh nớc ta, mạng lới giao thông vẫn cha đáp ứng nhu cầu cho vận tải lu

thông hàng hoá thì việc xây dựng và nâng cấp là rất cần thiết để phù hợp với
xu thế phát triển kinh tế và xã hội.
Để đạt đợc những chỉ tiêu trên thì khi xây dựng và phát triển chúng ta phải
đảm bảo đợc những yêu cầu cần thiết nh : Mặt đờng phải nhẵn bóng, bền đẹp,
có tính ổn định cao để đáp ứng nhu cầu giao thông đi lại, chống chịu đợc áp
lực của các luồng xe chạy liên tục ngày đêm, đảm bảo đợc lu thông an toàn,
kinh tế hiệu quả và các điều kiện khí hậu khắc nghiệt nh ở nớc ta: ma, gió,
nắng, bão
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
4
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Chính vì vậy mà vấn đề thiết kế và đảm bảo vật liệu thi công trong điều kiện
cho phép hiện nay đóng một vai trò quan trọng. Tuỳ thuộc từng loại đờng mà
kết cấu, vật liệu và khả năng thi công có thể khác nhau.
Tuy mới đợc áp dụng vào ngành giao thông từ Thế Kỷ 19 nhng Bitum dầu mỏ
đã trở thành một ngành nguyên liệu quan trọng hàng đầu trong công nghệ làm
đờng vì nó đáp ứng đợc mọi yêu cầu về kỹ thuật, cũng nh kinh tế.
Trong các công trình giao thông thì Bitum đợc sử dụng theo hai dạng sau
+ Công nghệ nhựa nóng: Trớc đây công nghệ này là chủ đạo, khi thi công cần
đun nóng nhựa lên nhiệt độ thích hợp để làm chúng chảy lỏng rồi mới thi công
đợc.
+ Công nghệ nhựa nguội: Sử dụng nhựa đờng dạng nhũ tơng là nhựa đờng ở
trạng thái phân tán cao trong nớc đợc ổn định bởi chất nhũ hoá làm cho nhựa
đờng vẫn ở trạng thái lỏng ngay ở điều kiện bình thờng. Vì vậy khi thi công
nhựa đờng ở dạng nhũ tơng thì không cần phải đun nóng.
Nhng với những đặc tính u việt của mình mà ngày nay công nghệ nhựa nguội
ngày càng đợc sử dụng rộng rãi. Và nó đợc gọi dới một cái tên. Đó là nhũ t-
ơng bitum.
Ban đầu vào năm 1906, Schade van Westrum đã phát minh và nhận đợc bằng
sáng chế về nhũ tơng. Nó trở nên phổ biến cho đến ngày nay bởi khả năng

bám dính với nhiều loại bề mặt rắn khác nhau của chúng. Nhũ tơng Bitum đ-
ợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực nh duy tu bảo dỡng, sửa chữa, rải lớp láng
mặt, lớp bám dính và lớp bảo dỡng chống thấm nhập. Cũng nh tới thấm nhựa,
gia cố và cấp phối ở dạng trộn nguội, và rải nguội.
Bởi vì khi sử dụng nhũ tơng bitum thì việc thi công các công trình giao thông
sẽ rất dễ dàng, thuận tiện. Không cần đun nóng, không gây ô nhiễm môi tr-
ờng, an toàn cho công nhân và ngời đi đờng. Có thể cho phép tiến hành thi
công trên mặt đờng ẩm ớt vào mùa ma.Tiết kiệm đợc từ 15-30% so với công
nghệ nhựa nóng.Trong nhũ tơng bitum có chứa nớc nên khả năng lèn chặt mặt
đờng đợc dễ dàng hơn.Thế cho nên việc nghiên cứu và chế tạo nhũ tơng bitum
tại việt nam là rất cần thiết để đáp ứng đòi hỏi, yêu cầu hiện nay.
Trong điều kiện của nớc ta hiện nay và trong khuôn khổ bản đồ án tốt nghiệp
này, em xin trình bày phần tổng quan lý thuyết về nhũ tơng bitum và các ph-
ơng pháp nghiên cứu chế tạo ổn định nhũ tơng bitum cation phù hợp với hoàn
cảnh nớc ta.
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
5
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Phần I : Tổng quan
Chơng 1 : tổng quan về bitum dầu Mỏ
I. Những kiến thức chung về bitum dầu mỏ
Bitum là một vật liệu xây dựng công trình đợc sử dụng rất rộng rãi,
song ngay đối với những ngời thờng xuyên tham gia vào các công việc có sử
dụng Bitum, đặc biệt là trong lĩnh vực xây dựng và bảo trì đờng giao thông,
các đặc tính của nó vẫn còn là những điều bí ẩn. Tình trạng này nảy sinh do
các cơ sở giáo dục nhìn chung là không cung cấp đầy đủ các chơng trình học
phù hợp trong chơng trình đào tạo cả về đại cơng cũng nh chuyên ngành. Hậu
quả là trong thực tiễn, việc sử dụng bitum về bản chất vẫn còn mang tính thủ
công nhiều hơn là tính công nghệ.
Trong bối cảnh đó chúng ta cần có những nghiên cứu sâu hơn về bitum, để có

những kiến thức sâu sắc về chúng, để sử dụng một cách hiệu quả hơn, kinh tế
hơn.
Để tìm hiểu về bitum trớc hết ta đi tìm hiểu nguồn gốc, thành phần và phơng
pháp sản xuất bitum.
I.1. Nguồn gốc, xuất xứ của bitum.
Bitum là sản phẩm khá quan trọng trong các ngành công nghiệp hoá
chất nói chung và hoá dầu nói riêng.
Bitum có nhiều nguồn gốc khác nhau, có thể từ than nhng chủ yếu vẫn là sản
phẩm của công nghệ chế biến dầu thô và hoá dầu.
Bitum dầu mỏ tại nhiệt độ thờng ở dạng rắn, khi tăng nhiệt độ lên khoảng trên
70
o
C thì bắt đầu chảy mềm chuyển sang dạng nửa lỏng tuỳ theo từng loại dầu
nhiệt độ chảy mềm có thể khác nhau.
Bitum dầu mỏ không tan trong nớc, thành phần bao gồm nhiều loại
cacbuahydro và các dẫn xuất lu huỳnh, oxy, nitơ,
Bitum dầu mỏ chủ yếu đợc sản xuất từ phần cặn của quá trình chng cất trực
tiếp các loại dầu mỏ có nhiều nhựa, quá trình chng cất chân không, cũng có
thể lấy từ các quá trình hydrocracking, cracking nhiệt, cracking xúc tác, cốc
hoá, các quá trình khử atfan, chiết, lọc, rửa và tinh chế dầu nhờn.
I.2.Vấn đề sản xuất bitum dầu mỏ hiện nay
Có 3 phơng pháp sản xuất bitum từ dầu mỏ là
+ Cô đặc các thành phần cặn từ dầu mỏ
+ Tách asphan trong quá trình khử atphan từ các thành phần dầu mỏ cô đặc.
+ Dùng không khí để oxyhoá ở nhiệt độ cao các phần cặn của quá trình chế
biến dầu mỏ nh cặn gudron, các cặn chiết, asphan
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
6
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Theo phơng pháp sản xuất, Bitum đợc chia làm 2 loại:

Bitum đợc chế biến theo phơng pháp cô đặc và phơng pháp tách đợc gọi là
bitum gốc.
Bitum đợc chế biến theo phơng pháp thứ 3 đợc gọi là Bitum oxy hoá
Bitum gốc đợc sản xuất trong thiết bị chân không thông thờng, ngoài ra để tận
thu các phân đoạn dầu nhờn từ trong phần cặn của dầu mỏ, ngời ta còn trang
bị thêm tháp cất chân không, thiết bị bốc hơi
Bitum đợc sản xuất theo phơng pháp này là loại sản phẩm mềm dễ nóng chảy,
có độ lún kim khá lớn.
Từ những loại Bitum nói trên, có thể chế biến thành các loại Bitum rắn hơn
bằng phơng pháp oxy hoá. Quá trình oxy hoá gudron hoặc Bitum gốc đợc thực
hiện bằng cách thổi khí ở nhiệt độ cao khi đi qua chúng. Do kết quả các phản
ứng oxy hoá và trùng hợp xảy ra dới tác dụng của oxy một phần cacbuahydro
dâù nhờn chuyển thành nhựa rồi sau đó trở thành asphaten. Quá trình oxy hoá
và trùng hợp càng sâu thì lợng nhựa và atphan thu đợc càng nhiều.
Trong quá trình oxy hoá xảy ra phản ứng dẫn đến việc gia tăng hàm lợng các
atphan, để nâng cao nhiệt độ chảy mềm của Bitum và nhựa giúp cải thiện đợc
tính chất kết dính và tính dẻo của bitum thơng phẩm. Hàm lợng các thành
phần dầu trong các quá trình đó cũng đợc giảm đi.
Loại Bitum đợc chế biến bằng phơng pháp oxy hoá có tính đàn hồi và ổn định
nhiệt tốt hơn loại Bitum gốc.
Trong cùng một nhiệt độ nh nhau, loại Bitum oxy hoá có độ mềm lớn hơn
Bitum gốc (độ lún kim cao hơn), nhng đối với cùng một độ lún kim nh nhau
thì nhiệt độ chảy mềm của Bitum oxy hoá lại tơng đối cao hơn.
Nếu nhiệt độ chảy mềm và hàm lợng các chất bay hơi trong nguyên liệu gốc
bằng nhau thì loại Bitum đợc chế biến bằng phơng pháp oxy hoá có khả năng
chịu đựng thời tiết tốt hơn và có trị số xà phòng hoá nhỏ hơn loại Bitum gốc.
Bitum đợc chế biến từ phần cặn cracking thờng có phẩm chất xấu hơn Bitum
chế biến từ phần cặn chng cất dầu mỏ trực tiếp một ít. Các chất không hoà tan
nh cacben và cacboit trong phần cặn cracking làm giảm sút tính kết dính của
Bitum và phá hoại tính đồng nhất của chúng. Những bitum này có độ giãn dài

thấp, có hàm lợng chất không hoà tan cao và khối lợng hao hụt lớn, nếu gia
nhiệt.
Ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ thờng sản xuất ra các loại Bitum thơng
phẩm sau đây:
- Bitum nhựa đờng.
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
7
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
- Bitum xây dựng.
- Bitum chuyên dùng (dùng cho các sản phẩm sơn nhuộm. Matit ắc qui, và
công nghiệp điện tử).
- Bitum có độ nóng chảy cao (dùng cho chế tạo cao su rabrac).
Bitum dầu mỏ đợc sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân, đặc biệt là đối
với các nớc có nền công nghiệp phát triển vì nó có các đặc tính kỹ thuật thoả
mãn đợc các yêu cầu trong xây dựng, giao thông, làm đờng xá, cầu cống, vật
liệu cho các công trình thuỷ lợi, chống thấm cho các đờng hầm, đờng ống,
trong ngành sản xuất vật liệu tấm lợp, trong công nghiệp điện và nhiều ngành
công nghiệp khác.
Tuy nhiên do Bitum đợc dùng nhiều cho việc làm nhựa dải đờng cho nên ngày
nay khi nói đến nhựa đờng và thuật ngữ Bitum- Nhựa đờng đã trở thành tên
gọi quen thuộc khi gọi tên Bitum.
I.3. Những thành phần hoá học của bitum dầu mỏ.
Bitum là hỗn hợp phức tạp của các hydrocacbon có phần tử lớn (Alkan,
naphtalen, các loại mạch vòng ), các chất nhựa atphaten, một lợng nhỏ các
chất có cấu trúc tơng tự hợp chất dị vòng, và các nhóm chức năng có lu huỳnh,
nitơ và nguyên tử oxy.
Bitum cũng chứa một lợng nhỏ các dẫn xuất kim loại nh vanadi, niken, sắt,
magie,và canxi dới dạng muối hữu cơ, oxyt, hoặc các cấu trúc porphyrin. Nó
có màu đen, hoà tan trong benzene, clorofooc, và mội số dung môi khác.
Các phân tích thành phần nguyên tố các loại Bitum đợc sản xuất từ các nguồn

dầu thô khác nhau cho thấy hầu hết các loại Bitum chứa:
Cácbon : 82%-88% .
Hydro : 8%-11%
Lu huỳnh : 0%-6%
Oxy : 0%-1%
Nitơ : 0-1%
Thành phần của bitum gồm 3 nhóm chính: Nhóm atphanten, nhóm nhựa,
nhóm dầu nhờn. Ngoài ra còn có các nhóm phụ khác là: Nhóm cacbon, nhóm
cacboit, nhóm axit atphan và các anhydrite, nhóm parafin.
Nhóm atphanten đảm bảo cho bitum có độ rắn và độ chảy mềm cao. Nhựa làm
tăng tính chất kết dính và tính đàn hồi của bitum. Dầu nhờn là môi trờng pha
loãng, có tác dụng hoà tan nhựa và làm trơng nở atphanten.
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
8
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Trong bitum, các hydrocacbon có cấu tạo rất phức tạp, dạng hỗn hợp của mạch
cacbon thẳng vòng naphten, vòng thơm, vòng ngng tụ. Chất nhựa atphanten
cũng là những chất có cấu trúc rất phức tạp, có phân tử lợng lớn.
Một loại bitum tốt, chịu thời tiết tốt, có độ bền cao phải có thành phần nh sau:
25% nhựa, 15-18% atphanten, 52-54% dầu. Tỷ lệ dầu / nhựa vào khoảng 2/5.
Cặn dầu mỏ có chứa nhiều parafin rắn là nhiên liệu xấu nhất trong sản xuất
Bitum. Bitum sẽ có độ bền thấp, tính gắn kết kém do có nhiều hydrocacbon
không phân cực.
Ngợc lại cặn dầu mỏ loại aromatic hoặc naphaten- aromatic là nguyên liệu rất
tốt để sản xuất Bitum.
Các bitum có chất lợng cha tốt có thể biến tính để thu đợc Bitum có chất lợng
cao hơn bằng cách oxy hoá bằng không khí ở 170-260
0
C.
Trong quá trình oxy hoá, một số bộ phận dầu sẽ chuyển sang nhựa, nhựa sẽ

chuyển thành atphanten, do đó có thể thay đổi đợc thành phần của loại Bitum
không tốt.
II. Các tính chất của Bitum trong xây dựng đờng và trong sản xuất.
Do có nhiều loại Bitum khác nhau đợc sản xuất, nên cần phải xác định
các chỉ tiêu kỹ thuật của các phẩm cấp Bitum khác nhau. Phẩm chất của Bitum
nói chung đợc xác định bằng cách kết hợp các tính chất hoá lý sau đây:
II.1.Độ quánh của Bitum
Tính quánh của Bitum đợc thay đổi trong một phạm vi khá rộng. Nó
ảnh hởng 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 lợng các nhóm cấu tạo và nhiệt độ
môi trờng. Khi hàm lợng nhóm atphan tăng lên và hàm lợng nhóm chất dầu
giảm, độ quánh của Bitum tăng lên. Khi nhiệt độ môI trờng tăng cao, nhóm
chất nhựa sẽ bị chảy lỏng, độ quánh của Bitum giảm xuống.
Các tính chất này đảm bảo cho bitum có độ xuyên thấm cần thiết vào trong cốt
liệu, pha trộn với các khoáng chất và bao phủ hoàn toàn các hạt rắn trong quá
trình xử lý mặt đờng.
Ngời ta dùng chỉ tiêu độ xuyên kim để đánh giá độ quánh của bitum, đơn vị
đo của độ quánh là bằng độ ( 1 độ bằng 0,1mm). Tính đồng nhất của độ lún
kim trong Bitum phân loại theo độ kim lún hay của Bitum thổi khí đợc xác
định bằng thí nghiệm độ xuyên kim. Trong thí nghiệm này một chiếc kim có
kích thớc đợc sử dụng xuyên vào một mẫu Bitum, dới một trọng lợng xác định
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
9
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
(100g) ở một nhiệt độ xác định (25
0
C) và trong một thời gian xác định (5
giây). Độ sâu của chiếc kim đâm vào mẫu nhựa đờng gọi là độ kim lún.

II.2. Độ giãn dài
Độ giãn dài biểu thị khả năng dính, dẻo, đàn hồi của Bitum và nó còn
cho biết tỷ lệ giữa các thành phần Bitum. Hay còn qui định là độ giãn dài hay
tính dẻo.Tính dẻo đặc trng cho khả năng biến dạng dới tác dụng của nhiệt độ
và ngoại lực. Nó phụ thuộc vào nhiệt độ và thành phần của nhóm. Khi nhiệt độ
tăng thì tính dẻo cũng tăng và ngợc lại.Trong trờng hợp đó, Bitum dùng làm
mặt đờng hay trong kết cấu khác có thể bị nứt. Những loại Bitum đợc coi là tốt
nếu có khả năng giãn dài lớn
Tính dẻo của bitum đợc tính bằng cm khi kéo căng một mẫu có tiết diện qui
định ở 25
0
C với tốc độ kéo là 5cm/phút. Độ kéo dài càng lớn thì tính dẻo của
Bitum càng cao.
II.3. Thành phần cất phân đoạn
Thành phần cất phân đoạn biểu thị tỷ lệ các phân đoạn sôi trong một nhiệt độ
cụ thể nào đó và xác định tốc độ đông đặc của Bitum.
II.4. Độ bền đối với n ớc.
Độ bền đối với nớc hay khả năng chịu nớc của Bitum đợc xác định qua hàm l-
ợng các hợp chất tan trong nớc.
II.5. Nhiệt độ chảy mềm
Nhiệt độ chảy mềm biểu thị khả năng chịu nhiệt của Bitum, là nhiệt độ
mà tại đó mẫu Bitum tiêu chuẩn sẽ chảy và biến dạng.
Nhiệt độ chảy mềm càng cao thì Bitum càng chứa nhiều atphanten và khả
năng chịu nhiệt càng tốt.
II.6.Nhiệt độ chớp cháy của Bitum
Nhiệt độ chớp cháy của Bitum là nhiệt độ mà tại đó các chất dầu nhẹ
trong Bitum bốc hơi bão hoà lẫn vào môi trờng xung quanh tạo nên một hỗn
hợp dễ cháy, khi ta đa ngọn lửa lại gần thì ngọn lửa bùng cháy và lan nhanh
khắp mặt Bitum.
Nhiệt độ chớp cháy của Bitum biểu thị mức độ an toàn phòng cháy của nó.

II.7. Tính ổn nhiệt.
Khi nhiệt độ thay đổi tính cứng và tính dẻo của Bitum thay đổi, sự thay
đổi càng nhỏ thì Bitum có tính ổn nhiệt càng cao.
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
10
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Tính ổn nhiệt của Bitum phụ thuộc vào thành phần hoá học của nó. Khi hàm l-
ợng atphanten tăng lên thì tính ổn nhiệt của Bitum tăng lên và hàm lợng nhóm
atphanten giảm thì tính chất này giảm.
Khi Bitum chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái quánh rồi trạng thái lỏng và
ngợc lại trong một khoảng nhiệt độ nhất định. Do đó tính ổn định nhiệt độ của
Bitum có thể biểu thị bằng khoảng nhiệt độ đó.
II.8. Tính già hoá của Bitum
Do ảnh hởng của thời tiết mà tính chất và thành phần hoá học của
Bitum bị thay đổi. Ngời ta gọi sự thay đổi đó là sự già hoá của Bitum. Nguyên
nhân là do thành phần nhóm atphanten tăng lên. Sự bay hơi của nhóm dầu
cũng làm tính quánh và tính giòn của Bitum tăng lên, làm thay đổi lớp cấu tạo
phân tử tạo thành nên các hợp chất mới. Quá trình già hoá Bitum sẽ dẫn đến
quá trình già hoá của bêtông atphan. Độ giòn cao của Bitum làm cho mặt đờng
xuất hiện các vết nứt, tăng quá trình phá hoại do ăn mòn.
II.9.Tính ổn định khi gia nhiệt
Khi dùng Bitum ngời ta thờng phải đun nóng nó lên cao khoảng 160
0
C
trong thời gian khá lâu 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 này phải có hao hụt về trọng
lợng không đợc lớn hơn 1%, độ xuyên kim và độ giãn dài thay đổi không đợc
lớn hơn 40% khối lợng so với trị giá ban đầu.
II.10. Tính thấm ớt vật liệu khoáng

Tính thấm ớt vật liệu khoáng của Bitum phụ thuộc vào hàm lợng các
chất hoạt tính bề mặt có cực và tính chất của vật liệu khoáng.
tính thấm ớt đợc đặc trng bằng góc thấm ớt. 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 ớt càng nhọn thì tính thấm ớt càng tốt. Khi đó lực hút giữa
các phân tử giữa chất kết dính và bề mặt vật liệu khoáng gần bằng lực hút
phân tử bên trong chất kết dính. Nếu nh góc thấm ớt lớn thì tính thấm ớt kém,
lực hút phân tử với bề mặt vật liệu khoáng yếu. Do đó chất kết dính càng thấm
ớt tốt vật liệu khoáng thì lực hút phân tử trong chúng càng yếu và lực bám
dính giữa chất kết dính với bề mặt vật liệu khoáng càng mạnh.
Những vật liệu khoáng kị nớc là những vật liệu dính bám chất kết dính hữu cơ
tốt.
II.11. Tính liên kết của Bitum với bề mặt vật liệu khoáng
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
11
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Sự liên kết của bitum với bề mặt vật liệu khoáng có liên quan đến quá
trình thay đổi lý hoá khi hai chất tiếp xúc tơng tác với nhau. Sự liên kết này
đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên cờng độ và tính ổn định với nớc, với
nhiệt độ của hỗn hợp Bitum và vật liệu khoáng.
Khi nhào trộn Bitum với vật liệu khoáng, các hạt khoáng đợc thấm ớt bằng
Bitum và tạo thành một lớp hấp phụ, khi đó các phân tử Bitum ở trong lớp hấp
phụ sẽ tơng tác với các phân tử của vật liệu khoáng ở lớp bề mặt. Tơng tác đó
có thể là tơng tác hoá học hoặc lý học.
Lực liên kết hoá học lớn hơn nhiều so với lực liên kết lý học, do đó khi bitum
tơng tác hoá học với các vật liệu khoáng thì cờng độ liên kết sẽ lớn nhất. Liên
kết của bitum với vật liệu khoáng trớc tiên phụ thuộc vào tính chất của bitum.
Bitum có sức căng bề mặt ngoài càng lớn nghĩa là có độ phân cực càng lớn thì
liên kết với vật liệu càng tốt. Độ phân cực của bitum phụ thuộc vào hàm lợng
của nhóm chất nhựa, đặc biệt là nhựa axit. 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 hoá học.
Trờng hợp độ 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.
III. ứng dụng của bitum dầu mỏ.
III.1. ứ ng dụng
+ Trong nông nghiệp: Làm chất chống thấm và bảo vệ các đập nớc, các công
trình kiến trúc, chất khử trùng, sơn phủ các hàng rào, làm chất phủ bảo vệ,
làm giấy lợp, phủ sân kho, chuồng gia súc, bảo vệ bồn nớc, chậu vạt, quét lên
cây, các lớp giữ ẩm, giữ nớc, phòng chống rửa trôi đất do gió ma gây ra.
+ Trong các công trình xây dựng:
- Sàn: Làm chất chống thấm và chống ẩm, các hỗn hợp phủ sàn, sơn phủ bảo
vệ, các loại giấy vải đợc phủ bằng bitum có tác dụng bảo ôn, phủ lên trên các
bậc lên xuống.
- Lợp : các loại giấy xây dựng, các tấm lợp, các chất phủ chống thấm trên bề
mặt
+ Kiểm soát rửa trôi và trong xây dựng các công trình thuỷ lợi : vật liệu chống
thấm bảo vệ các con kênh, vùng lu vực, vùng tụ nớc. Vữa lỏng chát hồ chứa n-
ớc, bảo vệ đê, bờ bao kè đá
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
12
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
+ Trong công nghiệp :
- Hợp chất tráng nhôm có sử dụng bitum. Vải, ống cách điện, hợp chất sơn,
vách cách nhiệt, sơn phủ ống.
-Trong công nghiệp sản xuất ôtô, hợp chất chống rỉ, cách điện, chống ồn,
mặt hộp số

- Trong công nghiệp sản xuất vật liệu điện : Lõi cácbon, vòng, vỏ ắcqui,
than, hợp chất che nối dây điện
+ Trong vui chơi, giải trí : Rải bề mặt cho sàn nhảy, sân chơi, sân trờng, sân
thể thao, đờng đua, đờng chạy, bể bơi lội, sân tenis. Làm nền cho đờng chạy,
bãi tập nhân tạo
III.2. Cách sử dụng: Bitum có tính quánh (nhớt) càng cao thì càng tốt, nhng
khi nhớt càng cao thì Bitum càng đặc và do đó bitum sẽ giòn , khó thi công. Vì
vậy khi chọn mác bitum cần phải căn cứ vào phơng pháp thi công, điều kiện
khí hậu để cho phù hợp
Dới đây là một số ứng dụng của bitum trong công nghệ làm đờng:
+ Làm lớp tráng mặt sử dụng cuả bitum mác 200/300
+ Gia cố đất, làm lớp tráng mặt, làm lớp thâm nhập khi vật liệu đá yếu , chế
tạo bê tông atphan làm bề mặt đờng ôtô ở vùng khí hậu ôn hoà sử dụng bitum
mác 130/200.
+ Làm lớp thâm nhập của mặt đờng đá dăm sỏi, chế tạo bê tông asphan xây
dựng bề mặt đờng ôtô cho xe nặng chạy ở vùng khí hậu lục địa thì sử dụng
bitum mác 90/130.
+ Chế tạo bê tông asphan xây dựng mặt đờng ở những xứ nóng, chế tạo vật
liệu và cách nớc sử dụng mác 60/90.
+ Chế tạo bê tông asphan xây dựng mặt đờng ôtô ở xứ nóng cho xe nặng chạy
sử dụng bitum mác 40/60.
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
13
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Chơng 2 : Nhũ tơng bitum
+Tình hình thế giới : Trên thế giới lần đầu tiên mặt nhựa đờng đã ra đời vào
năm 1175 do ngời Đức thực hiện, rồi ngời Pháp cũng đa nhựa bitum vào để
rải đờng vào năm 1854. Loại nhựa đợc dùng đầu tiên là cặn Gudron. Sau đó
công nghiệp hoá ngày càng phát triển, Nhựa bitum, một ít sản phẩm phụ của
công nghiệp hoá dầu, với tính công nghiệp cao hơn thế nhựa gudron.

Ngày 9/5/1922 một nhà bác học ngời Anh là Hugh Alan Mackay đã đợc cấp
bằng sáng chế sổ 202021 về nhũ tơng nhựa bitum, sử dụng dới dạng nhựa
nguội hoặc ấm dễ dàng thi công cho công nhân, tạo ra một bớc ngoặt mới
trong lĩnh vực sử dụng bitum dầu mỏ.
Nhũ tơng Bitum là một hệ phân tán lỏng lỏng trong đó pha phân tán là
nhựa bitum đợc phân tán thành các hạt nhỏ mịn vào pha nớc dới tác dụng cơ
học và đợc ổn định bằng chất nhũ hoá.
+ Tình hình tại Việt Nam: Mặc dù trên thế giới công nghệ chế tạo nhũ tơng
bitum đã rất phát triển, nhng ở việt nam chúng ta, thuật ngữ nhũ tơng bitum
vẫn còn mới mẻ và chính vì vậy các công trình nghiên cứu về phơng pháp chế
tạo nhũ tơng bitum còn ít, hầu hết còn dừng ở mức độ lý thuyết, ít đợc áp dụng
vào trong thực tế. Chính vì thế trong đề tài của mình, em muốn đi sâu nghiên
cứu về nhũ tơng bitum cation để có thể áp dụng vào trong thực tiễn dựa vào
nguồn nguyên liệu sẵn có trong nớc.
I. Lý thuyết về nhũ tơng
I.1. Định nghĩa
Nhũ tơng là hỗn hợp của 2 chất lỏng không tan lẫn vào nhau. Trong đó
có một chất lỏng phân tán vào chất lỏng kia dới dạng những hạt nhỏ li ti, và đ-
ợc gọi là pha phân tán, còn chất lỏng kia đợc gọi là môi trờng phân tán. Kích
thứơc của các giọt lỏng đợc biến đổi trong phạm vi rất rộng.
Để nhũ tơng có tính ổn định ngời ta cho thêm vào một chất gọi là chất nhũ
hoá. Chất nhũ hoá sẽ hấp phụ trên bề mặt các giọt bitum làm giảm sức căng bề
mặt ở mặt phân chia pha giữa bitum và nớc. Đồng thời nó tạo ra trên bề mặt
các giọt bitum một lớp màng mỏng kết cấu bề vững, có tác dụng ngăn cản sự
kết tụ của chúng làm cho nhũ tơng đợc ổn định.
I.2. Phân loại nhũ tơng
Có rất nhiều cách để ngời ta phân loại nhũ tơng bitum, mỗi một nớc,
hay hãng sản xuất lại có cách phân loại khác nhau, nhng tựu lại có thể phân
loại theo các cách: Phân loại nhũ tơng theo kiểu và loại, theo tốc độ phân tách,
theo hàm lợng nhựa chứa trong nhũ tơng

Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
14
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
I.2.1. Phân loại theo pha phân tán và môi tr ờng phân tán
Chủ yếu là hai loại
- Nhũ tơng thuận: Pha phân tán là Bitum, môi trờng phân tán là nớc.
- Nhũ tơng nghịch: Pha phân tán là nớc, môi trờng phân tán là bitum.
I.2.2 Phân loại theo tính chất hoạt động bề mặt
Chủ yếu là các loại sau
- Nhũ tơng cation hoạt tính.
+ Độ pH của nhũ tơng 1-6
+ Các chất hoạt động bề mặt là muối alkylamin, muối amoni bậc 4, các muối
amin ôxit
- Nhũ tơng Anion hoạt tính
+ Độ pH của nhũ tơng 8-12
+ Các chất hoạt động bề mặt là các muối của các axit béo, các muối sufua
- Nhũ tơng không sinh ion
- Nhũ tơng loại bột nhão
I.2.3. Phân loại theo khả năng phân tách theo ASTM D997-86
Đợc phân theo 3 loai chính, trong mỗi loại có các mác tơng ứng
- Nhũ tơng phân tách nhanh.
- Nhũ tơng phân tách trung bình.
- Nhũ tơng phân tách chậm.
I.2.4 Phân loại theo Pháp NF T66-16
Đợc phân ra phụ thuộc vào loại hoạt tính chất hoạt động bề mặt (Cation hoạt
tính hoặc anion hoạt tính ) và tốc độ phân tách nhũ tơng
- Nhũ tơng Cation hoạt tính, kí hiệu là C
- Nhũ tơng Anion hoạt tính, kí hiệu là A
Có 4 loại nhũ tơng nh sau
- Nhũ tơng phân tách chậm.

- Nhũ tơng phân tách nhanh.
- Nhũ tơng phân tách trung bình.
- Nhũ tơng siêu ổn định.
I.2.5. Phân loại theo khả năng thi công theo Caltex
- Premix grade : Là một công thức nhũ tơng có độ ổn định lớn hơn so với loại
spray grade, thích hợp để trộn với vật liệu đá có đờng kính danh nghĩa lớn hơn
hoặc bằng 3mm.
- Raped setting grade: Là một công thức nhũ tơng thích hợp để trộn với các
hạt khoáng mịn, hỗn hợp ở dạng vữa và tốc độ phân tách nhanh.
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
15
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
- Spray grade: là một công thức nhũ tơng thích hợp với thiết bị phun cơ học
dùng để xử lý bề mặt đờng (láng mặt, làm lớp dính bám ) và không đạt yêu
cầu trộn với vật liệu đá.
- Stable mix grade: Là một công nhũ tơng thích hợp để trộn với các hạt
khoáng mịn, cát nghiền. Hỗn hợp ở dạng mịn và có tốc độ phân tách chậm.
I.3. ứng dụng của nhũ tơng Bitum
Đợc phát minh ra ở châu âu từ cách đây hơn 60 năm, ngày nay nhũ t-
ơng nhựa bitum đợc sản xuất và rải ra trên toàn thế giới.
Nớc pháp là nớc tích cực nhất trong việc phát triển loại chất kết dính này và
nghiên cứu hoàn chỉnh các kỹ thuật thi công. Từ trớc đến nay nớc Pháp vẫn là
nớc đứng đầu trong danh sách những nớc sản xuất nhũ tơng nhựa bitum trên
thế giới, dù là tính về số lợng so với số dân, khối lợng so với diện tích hay số
lợng so với tổng lợng nhựa bitum dùng trên mặt đờng ôtô.
Bên cạnh nớc Pháp, Anh, Nga, Mỹ và rất nhiều nớc khác trên thế giới cũng đã
đa vào sản xuất và ngày càng hoàn thiện công nghệ chế tạo nhũ tơng nhựa
bitum.
Sở dĩ bitum nhũ tơng đợc các nớc sản xuất và sử dụng mạnh mẽ nh vậy là vì
nó có những ứng dụng hết sức to lớn vào các mục đính sau:

- Duy trì bảo dỡng, sửa chữa, rải lớp láng mặt của đờng ôtô và trong trờng hợp
này ta dùng loại nhũ tơng có độ phân tách nhanh, nhất là nhũ tơng Cation
hoạt tính.
- Rải lớp thành mặt hoặc trộn đá tại nơi thi công, thờng dùng loại nhũ tơng có
độ phân tách thờng.
- Trộn hỗn hợp cấp đá nhũ tơng ở trạm trộn, thờng sử dụng nhũ tơng phân
tách chậm.
- Công nghệ vữa nhựa hạt thô rải nguội để khôi phục mặt đờng cũ, thờng sử
dụng nhũ tơng phân tách chậm hoặc siêu ổn định.
- Làm dính bám giữa hai lớp móng và mặt, làm lớp tạo màng bảo dỡng bêtông
ximăng. Sử dụng gia cố đất nền, lớp bề mặt mới đắp ở đờng đê bao hay đất
nông nghiệp đợc cày xới rất dễ bị rửa trôi bề mặt hoặc sụt lở. Do đó cần làm
cho bề mặt đất ổn định bằng chất liên kết hoặc là tạo sự ổn định của nền đất
bằng cách trông thêm cây. Nhũ tơng đợc phun lên bề mặt đất sẽ kết dính lớp
đất mặt lại với nhau và giúp cho hạt nẩy mầm thuận lợi hơn.
- Công nghệ chống thấm đợc sử dụng để tạo ra màng chống thấm giữa các lớp
móng bêtông và phần kết cấu bêtông phía trên công trình xây dựng, mục đích
là giữ độ chắc của lớp bê tông đang đợc thi công ở phía trên công trình, ngăn
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
16
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
không cho nớc ở kết cấu bê tông phía trên thấm xuống kết cấu móng phía dới.
Lớp nhũ tơng ngăn không cho móng và kết cấu bêtông phía trên đông kết liền
nhau, vì đây là hai lớp bêtông có tuổi khác nhau, cờng độ khác nhau, và qua
đó ngăn ngừa đợc tình trạng bêtông phải chịu những tải trọng bên trong kết
cấu.
- Lớp phủ bảo vệ các công trình bê tông, đờng ống và các kết cấu kim loại chôn
ngầm dới đất. Để nâng cao tính bám dính của lớp chất liên kết mỏng dạng cong,
ngời ta sử dụng nhũ tơng cải tiến bằng mủ cao su.
- Trám khe hở và thấm nhập, nhũ tơng Bitum thờng sử dụng các loại có chứa

mủ cao su là loại vật liệu rẻ tiền và có hiệu quả để chèn các khe hở trong các
vật liệu gia cố Bitum để ngăn nớc xâm nhập vào bên trong các lớp cấu trúc
mặt đờng.
I.4. Những u điểm vợt trội của nhũ tơng Bitum trong xây dựng đờng ôtô.
- Khi thi công, sử dụng không cần phải đun nóng gia nhiệt do đó đỡ tốn kém
hơn.
- Không gây nguy hiểm cho công nhân, không gây độc hại cho những ngời
công nhân trực tiếp dải đờng, ngời đi đờng, ngời dân sống quanh nơi thi công
công trình và cũng không gây ô nhiễm môi trờng, góp phần làm xanh, sạch,
đẹp môi trờng và giúp môi trờng bền vững hơn.
- Sau khi dải đờng các tính chất cơ bản của nhựa đờng lại đợc nhanh chóng hồi
phục, đảm bảo nhanh chóng trả lại mặt đờng láng mợt thông thoáng cho các
phơng tiện tham gia giao thông trên đờng.
- Có khả năng thi công trên mọi địa hình, trong mọi điều kiện thời tiết bất lợi
và khí hậu khặc nghiệt nh ma, bão, giông tố thất thờng, giúp cho tiến độ thi
công luôn đợc đảm bảo hoàn thành theo đúng dự án kế hoạch ban đầu mà
không phải phụ thuộc vào bất cứ yếu tố nào.
- Việc dự trữ, vận chuyển nhũ tơng nhựa bitum từ nơi sản xuất đến nơi thi
công cũng đặc biệt thuận lợi vì có thể tập kết ở kho gần, do đó giảm đợc tối đa
chi phí vận chuyển, mang lại lợi nhuận cao hơn.
- Thành phần dung môi thấp nên khá rẻ tiền lại không gây độc hại gì cho môi
trờng, thật là hết sức thuận lợi.
II. Phơng pháp chế tạo nhũ tơng bitum.
Có hai phơng pháp chế tạo nhũ tơng bitum : Phơng pháp ngng tụ và phơng
pháp phân tán.
II.1. Phơng pháp ngng tụ
Khi chất lỏng M đợc hoà tan vào chất lỏng N ở trạng thái quá bão hoà,
nếu trạng thái quá bão hoà bị vỡ sẽ tạo thành nhũ tơng. Có thể phá vỡ trạng
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
17

Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
thái quá bão hoà bằng cách hạ thấp nhiệt độ của dung dịch hoặc thay đổi nồng
độ của dung dịch để giảm độ hoà tan.
Phơng pháp này ít đợc sử dụng trong công nghiệp so với phơng pháp phân tán.
II.2. Phơng pháp phân tán
Phơng pháp phân tán để chế tạo nhũ tơng bitum gồm hai dạng. Quá
trình nhũ hoá xảy ra một cách tự nhiên với dầu có khả năng nhũ hoá hay hoà
tan, hoặc quá trình nhũ hoá xaỷ ra do có lực tác dụng bằng thiết bị nhũ hoá để
phân tán một pha lỏng thành những hạt nhỏ vào pha lỏng kia.
III. Chất hoạt động bề mặt
Có nhiều cách định nghĩa chất hoạt động bề mặt, về bản chất có thể
định nghĩa chất hoạt động bề mặt nh sau
III.1. Định nghĩa : Chất hoạt động bề mặt là hợp chất hoá học, khi hoà 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 phụ vào
chất này hay chất kia ở bề mặt tiếp xúc.
Phân tử chất hoạt động bề mặt gồm hai phần có hai ái lực trái ngợc nhau
- Phần thứ nhất có một ái lực đợc tạo ra bởi nhóm có cực, làm cho phân tử có
những tính chất háo nớc (nhóm a nớc).
- Phần thứ hai có một ái lực đợc tạo ra bởi một nhóm không có cực, làm cho
phân tử có những tính chất háo dầu (nhóm kị nớc). Nhóm này thờng là các
hydrocarbon mạch dài từ 14 đến 20 nguyên tử Carbon.
Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt rất thấp, phân tử của nó phân bố rải rác
trong dung dịch. Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt tăng sẽ dẫn đến hiện tợng
tạo các mixen bao gồm vài chục phân tử chất hoạt động bề mặt kết hợp lại với
nhau. Trong mỗi mixen, nhóm kị nớc sẽ định hớng vào bên trong giọt bitum,
còn nhóm a nớc sẽ định hớng ra bên ngoài.
Một ứng dụng quan trọng của chất hoạt động bề mặt là sử dụng làm chất nhũ
hoá. Nhũ tơng là một hệ không ổn định về mặt nhiệt động. Để nhũ tơng ổn
định hơn phải pha vào hệ một cấu tử thứ ba, mục đích làm giảm năng lợng bề

mặt. Cấu tử thứ ba này là chất nhũ hoá. Chất nhũ hoá còn ngăn cản xu hớng
keo tụ phá vỡ hệ nhũ tơng.
III.2. Phân loại chất hoạt động bề mặt
Chất hoạt động bề mặt đợc chia thành bốn loại chính dựa theo tính chất
điện tích:
- Chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm (anionic).
- Chất hoạt động bề mặt mang điện tích dơng (cationic).
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
18
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
- Chất hoạt động bề mặt mang cả hai dấu điện (ampholyte).
- Chất hoạt động bề mặt không mang dấu điện (nonionque).
III.2.1. Chất hoạt động bề mặt Anion.
Đây là những chất hoạt động bề mặt khi đợc hoà tan trong nớc sẽ cung
cấp những ion mang điện tích âm và những ion này là nguyên nhân của hoạt
tính bề mặt. Bao gồm :
Các muối của những axit béo, gọi chung là xà phòng nh muối kiềm của axit
béo, muối kim loại của axit béo, muối gốc hữu cơ của các axit béo.
- Các muối sulfat của những axit béo: Đây là những chất hoạt động bề mặt

đã
đợc sử dụng từ lâu và đợc dùng rộng rãi để làm gốc chế tạo các loại nớc gội
đầu, các chất sáp tạo nhũ hoá, các chất tẩy rửa.
- Các dẫn xuất sulfon: Các chất sulfonat của dầu hoả, các chất lignosulfat, các
chất alkylarylsulfonat.
- Các chất hữu cơ photpho: Công thức của những chất này hiện nay có nhiều
ứng dụng trong công nghiệp. Các loại alkylphotphat là những chất đợc ứng
dụng nhiều nhất làm chất nhũ hoá, đặc biệt để chế tạo vi nhũ tơng.
Khi sử dụng chất hoạt động bề mặt anion, ta sẽ có nhũ tơng anion. Công thức
chung của các loại xà phòng anion là: RCOONa hoặc RCOOK. Với R là

mạch hydrocarbon đặc trng của axit béo và có tính háo dầu. Nhóm COONa
là phần có cực và háo nớc. Khi hoà tan vào nớc, là dung môi phân cực thì các
phân tử xà phòng trở nên mang điện, các ion Na
+
, K
+
là những ion mang dấu
điện dơng, bị hấp thụ vào nớc, còn các ion RCOO

mang dấu điện âm thì bị
hấp thụ vào các hạt nhựa nhỏ li ti.
III.2.2 Chất hoạt động bề mặt Cation.
Đây là những chất hoạt động bề mặt tự ion hoá khi pha trong nớc để
cung cấp những ion hữu cơ mang điện tích dơng và chịu trách nhiệm về hoạt
tính bề mặt.Tuy chất hoạt động bề mặt Cation đã đợc điều chế từ lâu nhng chỉ
mới phát triển mạnh từ sau chiến tranh thế giới thứ hai. Ngày nay, chúng đợc
phát triển mạnh trong những lĩnh vực nh chống ăn mòn, tác nhân tuyển quặng,
dùng làm chất nhũ hoá và nhất là làm chất là mềm sợi vải.
Lĩnh vực sử dụng của chúng đặc biệt là trên các vật liệu mang điện tích âm.
Ngoài một gốc hydrocarbon, phần lớn các phân tử này chứa một nguyên tử
Nitơ mang điện tích dơng, có thể là những chất hữu cơ hoặc là mạch hở hoặc
là những vòng phức tạp. Sự khác biệt này thờng dùng làm một chỉ tiêu phân
loại.
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
19
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Với những đặc tính nh dễ sử dụng trên nhiều bề mặt cốt liệu, khả năng tạo nhũ
cao, bám dính tốt nên hiện nay, các chất nhũ hoá cation đợc tâp trung nghiên
cứu và đợc ứng dụng rộng rãi
Các chất hoạt động thờng gặp là:

- Các muối alkylamin: Các chất này đợc dùng nhiều nhất để làm mềm sợi vải.
- Các muối amoni bậc 4 alkyl: Các phân tử này có khả năng diệt khuẩn rất
cao, vì vậy mà một số đợc sử dụng làm chất sát trùng.
- Các muối amoni bậc 4 có cấu hình phức tạp: Trong nhóm này có thể kể làm
ví dụ nh các chất setylpyridin bromua và setylpyridin clorua.
- Các dẫn xuất của hoá dầu.
- Các amin oxit: Các chất này đợc dùng chủ yếu làm mỹ phẩm.
- Các dẫn xuất không có Nitơ.
Các chất hoạt động bề mặt Cation có công thức chung là RN
+
H
3
Cl
-
. Khi một
nhũ tơng đợc tạo ra với một muối amin, cation tích điện dơng định vị bám trên
bề mặt giọt bitum, các ion Cl

tích điện âm đợc hút vào bề mặt tích điện dơng
và cùng với nớc tạo ra một lớp điện tích kép. Tức là gốc RN
+
H
3
bị hấp thụ vào
các hạt nhựa nhỏ li ti, gốc R là phần háo dầu chui vào bên trong các hạt
nhựa, còn nhóm N
+
H
3
quay mặt tiếp xúc ra bên ngoài, tạo hệ bitum - nớc. Các

ion âm bị hấp thụ và hoà tan trong nớc.
Chất hoạt động bề mặt Cation đợc tạo ra nh sau:
RNH
2
+ HCl RN
+
H
3
Cl

III.2.3. Các chất hoạt động bề mặt mang cả hai dấu điện
Các hợp chất này cũng tơng tự nh các oxyt, vừa có hiệu ứng kiềm vừa
có hiệu ứng axit. Đây là những chất hoạt động bề mặt có hai hoặc nhiều nhóm
chức năng và tuỳ theo điều kiện của dung môi có thể ion hoá trong dung dịch
nớc và tạo cho hợp chất này biểu hiện tính ion của mình tuỳ theo độ pH, là ion
khi ở điểm cân bằng điện.
Ngoài những chất tổng hợp bằng phơng pháp hoá học, trong nhóm này còn có
các axit của các axit amin hay các protein thực vật (nh chất lestin của đậu t-
ơng) hoặc động vật (nh casein trong sữa)
Khi đó tính anion trong môi trờng kiềm nh sau:
COO
-
M
+
R M
+
có thể là Na
+
hoặc K
+

.
NH
2

Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
20
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Còn tính chất cation trong môi trờng axit sẽ có dạng:
COOH
R M

có thể là Cl
-
.
N
+
H
3
M
-

Loại chất hoạt động này bao gồm:
- Các dẫn xuất từ benzen nh alkylbetan, alkylaminobetan có khả năng làm ớt,
gây bọt vầ tẩy rửa, ít độc hại và có khả năng tự huỷ, không gây ô nhiễm môi
trờng. Các chất này chủ yếu dùng làm đồ mỹ phẩm.
- Các dẫn xuất từ imidazolin: Những chất này có khả năng nhũ hoá rất mạnh.
- Các dẫn xuất của các axit amin: Các chất hoạt động bề mặt này đợc dùng để
gây bọt và diệt khuẩn.
III.2.4. Các chất hoạt động bề mặt không ion
Các chất này có thể hoà tan đợc trong nớc là do thành phần cuả chúng

có những nhóm hoạt động rất háo nứơc, ở bất kì pH nào, chúng đều có thể tác
dụng với các chất hoạt động bề mặt ion. Có thể phân loại theo kiểu liên kết
giữa các nhóm háo nớc và háo dầu:
- Liên kết kiểu este: Este glycol, glycol, este poly glycol, este
polyetylenglycol, este đờng sorbitol, este của các axit béo, dùng chủ yếu làm
dợc phẩm, mỹ phẩm và thực phẩm.
- Liên kết kiểu ete: Thờng dùng để chế tạo nhũ tơng dùng cho công nghiệp
sơn và công nghiệp mỹ phẩm.
- Liên kết kiểu amit: Dùng trong công nghiệp mỹ phẩm và bột giặt.
- Các chất khác: Còn một số chất hoạt động bề mặt không ion nữa nh nhựa đa
phân tử alkylen oxyt, mercaptan và polyoxyety
IV. Vấn đề ổn định nhũ tuơng
IV.1. Sức căng bề mặt của dung dịch chất nhũ hoá
Giữa các phân tử chất lỏng hay chất rắn luôn có lực liên kết. Các phân
tử nằm bên trong chất lỏng có lực liên kết 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 lỏng
khác, do đó có năng lợng cao hơn. Chất lỏng có su hớng tạo thành hình cầu
sao cho diện tích tiếp súc nhỏ nhất, để có năng lợng 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 mặt pha có
năng lợng cao hơn pha kia. Lực liên kết giữa các phân tử của pha nào lớn hơn
sẽ có sức căng bề mặt lớn hơn.
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
21
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Khi hai chất lỏng A và B tiếp xúc nhau, giữa các phân tử của chúng cũng có
lực liên kết. Giả sử sức căng bề mặt của chất lỏng A là
A
, của chất lỏng B là
B

, sức căng bề mặt giữa hai chất lỏng AB là
AB
thì

AB
=
A
+
B
-2
AB

AB
là lực liên kết giữa phân tử Avà B
Khi lực liên kết giữa phân tử A và B rất lớn, sức căng bề mặt giữa chúng nhỏ.
Điều này nghĩa là năng lợng của chúng giảm do có sự tiếp xúc giữa 2 pha. Do
2 chất lỏng dần bị phân tán vào nhau nhằm tăng diện tích tiếp xúc. Giới hạn
của quá trình phân tán này là 2 chất lỏng trộn lẫn vào nhau tạo thành dung
dịch A và B
Có thể giải thích cơ chế sức căng bề mặt giữa pha dầu và pha nớc dới tác dụng
của chất nhũ hoá nh sau: Trong dung dịch chất nhũ hoá, các phân tử chất hoạt
động bề mặt tập chung và bị hấp thụ ở bề mặt dung dịch, các nhóm kị nớc h-
ớng vào không khí, bề mặt dung dịch đợc bao phủ bởi các nhóm kị nớc. Do
lực liên kết giữa các hydrocacbon nhỏ hơn giữa các phân tử nớc nên sức căng
bề mặt của dung dịch nớc ( bị bao phủ bởi nhóm kị nớc ) sẽ nhỏ hơn sức căng
bề mặt của nứơc. Nghĩa là dới tác dụng của chất hoạt động bề mặt, sức căng
bề mặt của nớc giảm.
Khi một chất hoạt động bề mặt đợc hấp thụ vào bề mặt dầu nớc, các phân tử
dầu và nớc không tiếp xúc trực tiếp với nhau mà qua phân tử chất hoạt động bề
mặt. Các nhóm kị nớc hớng vào dầu, các nhóm a nớc hớng vào nớc. Lực liên

kết giữa dầu và nhóm kị nớc cũng nh lực liên kết giữa nhóm a nớc và nớc th-
ờng lớn. Do đó chất hoạt động bề mặt làm giảm sức căng bề mặt của dầu và n-
ớc .Nh vậy sự cân bằng giữa nhóm a nớc và nhóm kị nớc của chất nhũ hoá là
một yếu tố quyết định sự hấp thụ của nó ở bề mặt lỏng lỏng. Khi sự cân
bằng giữa nhóm a nớc và nhóm kị nớc thích hợp, chất hoạt động bề mặt hoạt
động bề mặt hoạt động có hiệu quả và chỉ có một lợng nhỏ dầu tiếp xúc trực
tiếp với nớc, sức căng bề mặt giảm
Qua việc nghiên cứu sức căng bề mặt của hệ nhũ tơng bitum nớc có thể
đánh giá độ bền và độ ổn định của hệ. Sức căng bề mặt giữa 2 pha bị ảnh hởng
bởi hàm lợng chất hoạt động bề mặt, nhiệt độ và sự có mặt của các muối.
Bằng con đờng nhiệt động học, ta có phơng trình mô tả sự phụ thuộc sức căng
bề mặt vào kích thớc giọt lỏng.
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
22
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
2l
1
r


=
+
ở đây : là sức căng bề mặt của giọt lỏng hình cầu có bán kính r


:

là sức căng bề mặt của chất lỏng phẳng r=
l : là đờng kính phân tử
IV.2. Cấu tạo lớp điện tích kép

Các chất hoạt động bề mặt hấp phụ lên bề mặt giọt nhũ, nhóm kị nớc h-
ớng ra pha dầu, nhóm a nớc hớng vào pha nớc tạo nên một lớp màng giữa hai
pha. Nhũ tơng sẽ ổn định hơn khi lớp màng ở bề mặt phân chia giữa hai pha
tích điện. Lớp điện tích này có thể tạo đợc thành từ 3 cách :
+ Do quá trình oxy hoá
+ Do quá trình hấp phụ
+ Do sự tiếp xúc
Khi các chất nhũ hoá hấp phụ lên bề mặt các giọt nhũ thì các nhóm có khả
năng hoà tan trong nớc bị ion hoá tạo thành lớp điện tích kép bao bọc quanh
giọt nhũ .
Đối với nhũ tơng đợc ổn định bằng các hợp chất không ion thì lớp điện tích tại
bề mặt giọt nhũ sẽ không phải do sự hấp phụ các ion từ môi trờng phân tán mà
do ma sát khi tiếp xúc với nhau hay tiếp xúc với môi trờng phân tán mà do ma
sát khi các giọt tiếp xúc với nhau hay tiếp xúc với môi trờng phân tán. Điều
này đã đợc nhiều tác giả nghiên cứu và chứng minh bằng thực nghiệm. Một
chất có hằng số điện môi cao sẽ tích điện khi tiếp xúc với một chất có hằng số
điện môi thấp hơn. Nh vậy, do nớc có hằng số điện môi cao nên phần lớn nhũ
tơng dầu nớc có điện tích âm còn nhũ tơng nớc dầu lại có điện tích dơng.
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
23
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Hình vẽ 1.1. Biểu diễn lớp điện tích kép bao quanh giọt bitum
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 với lớp ion trên tạo
thành lớp điện tích kép.
Hình vẽ 1.2 : Lớp điện tích kép ở bề mặt phân chia dầu nớc
Lớp điện tích kép gồm 2 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 qui luật hàm số mũ,
Khi không có mặt chất nhũ hoá, sự phân bố thế của lớp thế của lớp điện tích

kép đợc trình bày nh hình a, hệ nhũ tơng có xu hớng keo tụ mạnh
Khi có mặt chất nhũ hoá, có sự thay đổi thế của lớp điện tích kép (hình b), thế
Zeta đủ lớp để ổn định nhũ tơng. Giới hạn để ổn định nhũ tơng là thế Zeta=10
Dầu Nớc Dầu Nớc Dầu Nớc
V x

(a) (b) (c)
Hình vẽ 1.3 : Lớp điện tích kép ở trên bề mặt phân chia pha dầu / nớc
(a) : Không có chất hoạt động bề mặt .
(b): Có chất hoạt động bề mặt .
(c): Hàm lợng chất hoạt động bề mặt tăng và có mặt chất điện ly trong pha n-
ớc.
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44
24
Nớc
Dầu
Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Khi thêm chất điện ly vào pha nớc, có sự thay đổi rõ ràng trong đờng cong thế.
Bán kính lớp phân tán sẽ giảm do sự tăng nồng độ ion ngợc dấu và sự nén điện
tích kép.
Lớp điện tích kép bao quanh giọt nhũ ý nghĩa rất lớn đối với sự ổn định của
hạt nhũ tơng, do nó ngăn cản các giọt nhũ tiến lại gần nhau, kết tụ và phá vỡ
nhũ tơng.
IV.3. ổn định nhũ tơng
Để ổn định nhũ tơng một cách hiệu quả thì yêu cầu nhũ tơng đợc tạo ra
phải có một độ bền tơng đối cao, do vậy sau khi nhũ tơng đợc chế tạo thì cần
phải có thêm một công đoạn quan trọng nữa là làm bền nó. Độ ổn định của
nhũ tơng phụ thuộc vào bản chất của chất nhũ hoá, chất làm bền, nhiệt độ, tốc
độ khuâý trộn, thời gian khuấy trộn
Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44

25