پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش دوازدهم

Share

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش دوازدهم

تحولات آینده

هدف ایدئال این است که طراحی پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر باید به ویژگی‌های موردنیاز قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) بسیار نزدیک باشند. توضیحات بیش‌تر درباره این مقوله در جدول شماره 3 ارائه‌شده است. پس از اختلاط با قیر، قرار است که پلیمر اصلاح‌کننده، تعامل فیزیکی و یا شیمیایی را با قیر در درجه حرارت مناسب جهت تشکیل یک ساختار دوفازی پایدار با دو فاز پیوسته و درهم‌تنیده برقرار کند. همان‌طور که پیش‌ازاین درباره آن بحث شده است، درجه پایین تعامل بین پلیمر و قیر می‌تواند منجر به ایجاد مشکل جدایش فازی شود. درحالی‌که درجه زیاد از آن نیز ممکن است باعث بروز مشکل ژله‌ای شدن و افزایش هزینه‌ها شود.

تعامل بین دو موکول پلیمر نیز نباید بیش‌ازحد کم یا زیاد باشد. پلیمرها با یک ساختار دوفازی از یک‌فاز پراکنده سفت و محکم در یک‌فاز پیوسته و انعطاف‌پذیر، برای به دست آوردن خصوصیات بهتر قیر اصلاح‌شده پلیمری مفید و مناسب است. با اصلاح قیر توسط این پلیمرهای ایدئال، خواص قیر تا حد بسیار زیادی بهبود می‌یابد.

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها

جدول 3   خصوصیات طراحی پلیمرهای اصلاح‌کننده با ویژگی‌های موردنیاز قیر اصلاح‌شده پلیمری

در حال حاضر، چالش موجود به دست آوردن تمامی خصوصیات موردنظر به‌طور هم‌زمان است؛ بنابراین تصمیم‌گیری در مورد ویژگی‌های غالب که بیش‌تر موردنیاز است در هنگام طراحی قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) بسیار مهم است. همان‌طور که در شکل شماره 12 نشان داده‌شده است، این سازش می‌تواند به دو شیوه انجام پذیرد:

  1. بهبود مناسب خصوصیات با یک هزینه بالا و قابل‌قبول

  2. کاهش چشمگیر هزینه‌ها با خصوصیات نسبتاً ضعیف

تمامی تلاش‌های انجام‌گرفته برای غلبه بر نقاط ضعف قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) که در این مقاله به آن‌ها اشاره‌شده درواقع بر روی سازش‌ها به روش اول متمرکزشده بود.

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها

شکل 12   توسعه پلیمرها برای اصلاح قیر

مسیرهای احتمالی برای بهبود خصوصیات، عامل دار کردن و توسعه و گسترش افزودنی‌های نوین می‌باشند. اگرچه عوامل محدودکننده زیادی در به‌کارگیری آن‌ها ازجمله روش عامل دار کردن و استفاده از پلیمرهای واکنشی در قیر وجود دارد، ولی این شیوه یک روش برای تحولات آینده است. بااین‌حال، شایان‌ذکر است که به نظر بهبود از طریق تعامل فیزیکی آسان‌تر و قابل‌دسترس‌تر بوده و نسبت به تعامل شیمیایی هنگامی‌که از عامل دار کردن برای بهبود سازگاری بین قیر و پلیمر و یا بهبود چشمگیر سازگاری بین قیر اصلاح‌شده پلیمری و سنگدانه ها به کار گرفته می‌شود، کنترل‌پذیرتر است. فعل‌وانفعالات فیزیکی دستیابی و کنترل آسان‌تری در فرآیند عامل دار کردن دارند. البته اگر فعل‌وانفعالات شیمیایی امکان‌پذیر باشند، تأثیرگذاری بیش‌تری برای بهبود چسبندگی بین قیر اصلاح‌شده پلیمری و سنگدانه ها دارند. همان‌طور که توسعه افزودنی‌ها بیش‌تر مانند سازگار کننده‌های مؤثر، آنتی‌اکسیدان‌ها و بهبوددهندگان چسبندگی نیز می‌توانند برای ارتقاء خصوصیات قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) مؤثرتر باشند.


برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش سیزدهم


برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش دوازدهم
5 (100%) 10 votes

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش نهم

Share

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش نهم

استفاده از آنتی اکسیدان ها در قیرهای اصلاح شده پلیمری

همان‌طور که پیش‌ازاین به آن اشاره شد، برخی از قیرهای اصلاح‌شده پلیمری (PMB) به اکسیداسیون حساس هستند. ازجمله این قیرهای اصلاح‌شده پلیمری می‌توان به قیر اصلاح‌شده با پلیمر استایرن بوتادین استایرن (SBS) اشاره کرد. در این‌گونه موارد، استفاده از آنتی‌اکسیدان‌ها می‌تواند در به تأخیر انداختن اکسیداسیون قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) مثمر ثمر باشد.

اکسیداسیون چیست؟

همانند بسیاری از مواد آلی، قیر وقتی در تماس با اکسیژن اتمسفر قرار می گیرد به آهستگی اکسید می شود. گروه های قطبی محتوی اکسیژن تشکیل می شوند و اینها تمایل به اجتماع در مایسل های با وزن مایسلی بالاتر دارند، درنتیجه ویسکوزیته قیر افزایش می یابد. گروه های قطبی هیدروکسیل، کربونیل و کربوکسیل تشکیل می شوند و منجر به مولکول‌های پیچیده تر و بزرگتر می شوند که قیر را سخت تر می کنند و انعطاف پذیری آن را کاهش می دهند. مقدار اکسیداسیون به شدت به دما، زمان و ضخامت لایه قیر بستگی دارد. در دمای بالای صد درجه سانتی گراد به ازای هر ده درجه افزایش دما سرعت اکسیداسیون دو برابر می شود. سخت شدگی به دلیل اکسیداسیون برای مدت زمان طولانی است که به عنوان عامل اصلی پیرشدگی قیر در نظر گرفته شده به طوری که عوامل دیگر کمتر در نظر گرفته شده است. به هرحال نشان داده شده است که اگرچه سایر فاکتورها اهمیت کمتری از اکسیداسیون دارند ولی قابل اندازه گیری می باشند.

آنتی‌اکسیدان‌های مختلی شامل، فنول مانع کننده، فسفیت ها و ترکیبات روی آلی در آزمایشگاه به قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) اضافه‌شده است. عقیده دانشمندان در افزودن آنتی‌اکسیدان برای جلوگیری از اکسیداسیون قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) در مهار رادیکال‌های آزاد و یا تجزیه هیدروکسیدهایی تولیدشده در طول فرآیند اکسیداسیون است. این واسطه‌ها بسیار واکنش‌پذیر بوده و مشارکت زیادی در فرآیند اکسیداسیون دارند. با استفاده از کنترل آن‌ها در آزمایشگاه، ثابت شد که آنتی‌اکسیدان‌ها باعث به تأخیر انداختن اکسیداسیون قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) می‌شوند. اما شرایط واقعی سرویس در جاده‌ها با شرایط آزمایشگاهی کاملاً متفاوت است. درنتیجه آنتی‌اکسیدان‌ها ممکن است با مسائل و مشکلات بیش‌تری در شرایط واقعی سرویس مواجه شوند.

ازجمله این مشکلات می‌توان به عدم تحرک کافی آن‌ها در ویسکوزیته متوسط طی دمای سرویس اشاره کرد. متأسفانه نویسنده این مقاله گزارش‌های دیگری درزمینه آزمون آنتی‌اکسیدان‌ها در قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) یافت نکرده است. علاوه بر این، هزینه بالای افزودن و استفاده از آنتی‌اکسیدان‌ها نیز یک عامل محدودکننده در به‌کارگیری آن‌ها برای به تأخیر انداختن و غلبه بر فرآیند اکسیداسیون در قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) است.

 


برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش دهم


برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش نهم
5 (100%) 4 votes

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش ششم

Share

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش ششم

الاستومرهای ترموپلاستیک (گرمانرم)

الاستومرهای ترموپلاستیک معمولاً نسبت به پلاستومر ها برای اصلاح پلیمری قیر مؤثرتر هستند. رایج‌ترین الاستومرهای ترموپلاستیک که به‌عنوان اصلاح‌کننده قیر کاربرد دارند، کوپلیمرهای استایرن بوتادین استایرن (SBS) و استایرن ایزوپرن استایرن (SIS) هستند. با توجه به ساختار شیمیایی مشابه آن‌ها، در این مقاله در مورد کوپلیمر استایرن بوتادین استایرن (SBS) به‌عنوان نمونه‌ای از الاستومرهای ترموپلاستیک بحث خواهد شد. کوپلیمر استایرن بوتادین استایرن (SBS) از زنجیره سه بلوکی استایرن-بوتادین-استایرن با یک مورفولوژی دوفازی شامل دامنه پلی استایرن (PS) سفت و محکم (فاز پراکنده) در ماتریکس پلی بوتادین (PB) انعطاف‌پذیر (فاز پیوسته) تشکیل‌شده است (مشاهده شکل شماره A6). دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) بلوک‌های پلی استایرن در حدود 95 درجه سانتی گراد و دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) بلوک‌های پلی بوتادین در حدود 80- درجه سانتی گراد است. تحت دمای معمول سرویس آسفالت قیری، بلوک‌های پلی استایرن شیشه‌ای شده و به استحکام استایرن بوتادین استایرن (SBS) در هنگامی‌که بلوک‌های پلی بوتادین انعطاف‌پذیر هستند کمک می‌کند. علاوه بر این، ناسازگاری بین کوپلیمرهای پلی استایرن و پلی بوتادین ممکن است منجر به ایجاد اتصالات عرضی فیزیکی بلوک‌های پلی استایرن در درجه حرارت محیط شود. این تجمع بلوک‌های پلی استایرن در درجه حرارت بالا و هنگامی‌که انرژی جنبشی ترمودینامیک مولکولی نسبت به انرژی نیروهای بین‌مولکولی بزرگ‌تر شود، از بین می‌رود.

به‌هرحال، همان‌طور که در شکل شماره 6 نشان داده‌شده، اتصالات عرضی فیزیکی در میان بلوک‌های پلی استایرن ممکن است دوباره تشکیل‌شده و الاستیسیته استایرن بوتادین استایرن (SBS) می‌تواند بعد از خنک شدن ترمیم شود که این خاصیت برای استایرن بوتادین استایرن برای آنکه یک اصلاح‌کننده قیر محبوب و کاربردی باشد بسیار مهم است.

الاستومرهای ترموپلاستیک

شکل 6   ساختار استایرن بوتادین استایرن (SBS) و تصویر شماتیک اتصالات عرضی برگشت‌پذیر در آن‌ها

پس از اضافه شدن کوپلیمر استایرن بوتادین استایرن (SBS) به قیر، برخی از واکنش‌های بین قیر و SBS رخ می‌دهد. Masson و همکاران گزارش کردند که واکنش بین‌مولکولی، بین قیر و بلوک‌های پلی بوتادین (PB) نسبت به واکنش‌های بین‌مولکولی، بین قیر و بلوک‌های پلی استایرن (PS) قوی‌تر است. آن‌ها بر این باور بودند که بلوک‌های پلی بوتادین (PB) با گروه‌ها با بار مثبت در قیر از طریق الکترون‌هایπشان تعامل برقرار می‌کند، درحالی‌که بلوک‌های پلی استایرن با گروه‌های غنی از الکترون در قیر از طریق پروتون‌های آروماتیک شان تعامل برقرار می‌کند. در هنگام اختلاط با قیر، بلوک‌های پلی استایرن در کوپلیمر استایرن بوتادین استایرن (SBS) جذب برخی از شاخه‌های اشباع و چند حلقه در ترکیبات سبک قیر شده که منجر به تورم بلوک‌های پلی استایرن و سختی قیر می‌شود. هنگامی‌که مقدار پلیمر کم باشد، استایرن بوتادین استایرن (SBS) به‌عنوان یک‌فاز مجزا در قیر پراکنده می‌شود. در صورت افزایش غلظت استایرن بوتادین استایرن (SBS)، وارونگی فازی در قیر اصلاح‌شده آغاز می‌شود. فرآیند وارونگی فازی در قیر اصلاح‌شده با SBS با استفاده از تصاویر فلورسنت در شکل شماره 7 ارائه‌شده است.

فرآیند ایدئال تشکیل دو فاز پیوسته درهم‌تنیده شامل فاز غنی از قیر و فاز غنی از استایرن بوتادین استایرن (SBS) است. در داخل فاز غنی از SBS، دو زیر فاز وجود دارد که شامل ماتریکس متورم پلی بوتادین (PB) و دامنه‌های پلی استایرن (PS) خالص است. از زمانی که فاز غنی از SBS تشکیل می‌شود، یک شبکه حامی لاستیکی درون قیر اصلاح‌شده به وجود می‌آید که نتیجه آن به‌صورت افزایش مدول ترکیب و ویسکوزیته قیر، بهبود پاسخ الاستیک و ارتقاء مقاومت در برابر شکستگی در دمای پایین قیر اصلاح‌شده با SBS نمایان می‌شود.

الاستومرهای ترموپلاستیک

شکل 7   تصاویر فلورسنت قیر اصلاح‌شده با SBS در مقادیر مختلف از آن (برحسب درصد وزنی)

خواص بسیار عالی که به‌صورت مکرر گزارش‌شده است و هم‌چنین پراکندگی نسبتاً مناسب (و یا حلالیت مناسب) در قیر و هزینه قابل‌قبول، استایرن بوتادین استایرن (SBS) را به‌عنوان یک اصلاح‌کننده مناسب و محبوب برای قیر مطرح کرده است. به‌هرحال، کوپلیمر استایرن بوتادین استایرن (SBS)، به‌طور کامل بی‌عیب و نقص نیست. به‌طور مثال، سازگاری بین قیر و کوپلیمر SBS خیلی خوب نیست. پایداری ذخیره‌سازی قیر اصلاح‌شده با SBS در شکل شماره 8 نشان داده‌شده است.

 Airey ادعا کرد که الاستومرهای ترموپلاستیک و آسفالتن ها در جذب ترکیبات سبک قیر در پیوندهای قیر-استایرن بوتادین استایرن باهم رقابت می‌کنند. درصورتی‌که مقدار این ترکیبات سبک ناکافی باشد، احتمال بروز جدایش فازی در قیر اصلاح‌شده وجود دارد. باید توجه داشت که قیر با مقدار آروماتیک زیاد می‌تواند در تولید قیر اصلاح‌شده با SBS پایدار و سازگار، مفید باشد. افزودن روغن‌های آروماتیک می‌تواند سازگاری بین SBS و برخی از قیرها حاوی مقدار آروماتیک کم را بهبود بخشد. وجود مقدار آروماتیک بیش‌ازحد بالا در اصلاح قیر ممکن است منجر به تورم و Anti-plasticizasion برخی از بلوک‌های پلی استایرن (PS) شود که این امر برای خواص نهایی قیر اصلاح‌شده مناسب نیست.

الاستومرهای ترموپلاستیک

شکل 8   توسعه مورفولوژی بازمان ذخیره‌سازی قیر اصلاح‌شده با SBS در 160 درجه سانتی گراد


برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش هفتم


برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش ششم
5 (100%) 8 votes

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش سوم

Share

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش سوم

دورنمای تاریخی

اصلاح پلیمری سابقه تاریخی طولانی‌مدتی دارد. قبل از تولید قیر پالایش‌شده، انسان‌ها شروع به اصلاح قیر طبیعی کرده و برخی از ایده‌ها در جهت به‌کارگیری لاستیک طبیعی اصلاح‌کننده ارائه شد. به‌هرحال، پلیمرهای مصنوعی تا بعد از پایان جنگ جهانی دوم به‌طور گسترده مورداستفاده قرار نگرفت. یکی از نخستین مثال‌های شناخته‌شده، لاتکس نئوپرن بوده که برای اصلاح قیر در آمریکای شمالی از سال 1950 میلادی به‌طور فزاینده‌ای مورداستفاده قرار گرفت.

پلاستومرها تاریخچه قدیمی‌تری از ترکیب مصنوعی نسبت به الاستومرهای ترموپلاستیک دارند. تولید تجاری اغلب پلاستومرهایی که در حال حاضر مرسوم می‌باشند، قبل از سال 1960 میلادی شروع‌شده است. نخستین محصول تجاری قابل‌قبول الاستومرهای ترموپلاستیک، استایرن بوتادین استایرن (SBS) بوده که در ایالات‌متحده آمریکا از سال 1965 میلادی به بعد توسعه‌یافته است. نخستین محصول اشباع با هیدروژنه، استایرن-اتیلن/بوتیلن-استایرن (SEBS) بوده که تولید آن در سال 1972 میلادی اعلام‌شده است. در سال‌های اخیر این پلیمرهای اقتصادی به‌طور عمده در صنایع بسته‌بندی، تایرسازی، تولید کفش و یا صنایع چسب سازی مورداستفاده قرارگرفته است.

قیر پلیمری اصلاح‌شده نخستین بار در صنعت عایق‌کاری پشت‌بام و سپس در قسمت ساخت آسفالت و روسازی مورداستفاده قرار گرفت. در سال 1965 میلادی، آتاکتیک پلی‌پروپیلن (APP) که یک محصول فرعی از تولید ایزو تاکتیک پلی‌پروپیلن (IPP) می‌باشد، نخستین بار برای اصلاح قیر جهت عایق‌کاری پشت‌بام در ایتالیا مورداستفاده قرار گرفت. نخستین محصول تجاری آن در سال 1967 میلادی به بازار عرضه گردید. به‌هرحال از استایرن بوتادین استایرن (SBS) به‌طور گسترده در اروپا تا اوایل سال 1970 میلادی استفاده نشد. همان‌طور که در ایالات‌متحده آمریکا نیز، شروع به‌کارگیری آن از سال 1978 میلادی بوده است. در این سال آمریکایی‌ها به‌طور گسترده از قیر اصلاح‌شده در عایق‌کاری پشت‌بام‌ها استفاده کردند. در حدود سال 1980 میلادی تولید نخستین قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) در آمریکا آغاز شد.

قیر اصلاح‌شده پلیمری دارای حوزه وسیع و گسترده‌ای است. اولین ایده در این زمینه مربوط به  ساخت ترکیب قیری با استفاده از قیر پایه و ایزوبوتیلن بوده که در اوایل سال 1940 میلادی ارائه‌شده است. بعدازآن، به‌خصوص پس از معرفی استایرن بوتادین استایرن (SBS) به‌عنوان یک اصلاح‌کننده قیر، تعداد زیادی از این قبیل ایده‌ها در سراسر جهان به‌کاررفته شد. با توجه به بحران نفتی از سال 1973 تا 1979 میلادی و از حدود چهل سال پیش، تلاش در جهت به‌کارگیری قیر اصلاح‌شده پلیمری برای ساخت جاده‌ها شروع به افزایش کرد. در طول سال 1970 میلادی، دانشمندان ثابت کردند که افزودن پلیمرها، شامل پلاستومرها و الاستومرهای ترموپلاستیک، می‌توانند برخی خصوصیات آسفالت‌های قیری، مانند کاهش حساسیت دمایی و افزایش مقاومت در برابر تغییر شکل دائمی را بهبود بخشند. در سال 1978 میلادی، Chaffin و همکاران، اشکال در توانایی پایداری ذخیره‌سازی قیر اصلاح‌شده با الاستومرها را گزارش کردند.

در طول سال 1980 میلادی، تحقیقات بر روی قیر اصلاح‌شده پلیمری به علت افزایش تقاضا برای به‌کارگیری لایه‌های نازک جهت ساخت آسفالت متمرکز شد. به‌طور مثال در سال 1980 میلادی، تحقیقاتی توسط Piazza و همکاران انجام گرفت که به ترتیب ویژگی‌های قیر اصلاح‌شده با پلاستومر ها و الاستومرهای ترموپلاستیک را شرح دادند. در سال 1982 میلادی، Kraus مورفولوژی قیر اصلاح‌شده با الاستومر را مطالعه کرده و گزارشی از تورم پلیمرها در قیر ارائه کرد. در سال 1983 میلادی، یک نوع بایندر که شامل پلی‌اتیلن (PE) اصلاح‌کننده قیر بود توسط Denning و همکاران گزارش شد. این بایندر منجر به بروز مشکل جدایش فازی و افزایش دمای تولید و فشرده‌سازی می‌شد. در طول چند سال بعد، تحقیقات بیش‌تر در مورد پلی‌اتیلن (PE) اصلاح‌کننده قیر منتشر شد. Bowering، ضرورت اصلاح قیر با پلیمر را در سال 1984 بازنگری کرد و ادعا نمود که هزینه نسبتاً بالای قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) را می‌توان باصرفه جویی هزینه‌ای ناشی از کاهش ضخامت لایه‌ها و افزایش طول عمر آسفالت ساخته‌شده با PMB جبران نمود. در سال 1987 میلادی، کنگره آمریکا برنامه تحقیقاتی بزرگراه‌های استراتژیک (SHRP) را تصویب کرد و شهرت قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) را با گسترش مشخصات مبتنی بر عملکرد برای قیرهای مرسوم و قیر اصلاح‌شده با تأکید بر رئولوژی را ترویج نمود. در سال 1989 میلادی، Resse و همکاران مقاومت خوب قیر اصلاح‌شده پلیمری در برابر پیرشدگی و شکستگی را بعد از دو سال تحقیقات میدانی در کالیفرنیا گزارش کردند. اگرچه آن‌ها اشاره کردند که ارزیابی بیش‌تر برای اثبات قطعی موفقیت‌آمیز بودن این اصلاحات موردنیاز است.

در اوایل سال 1990 میلادی، افزایش علاقه در پژوهشگرانی که بر روی اصلاح پلیمری قیر فعالیت می‌کردند در بیش‌تر کشورها مشاهده شد. دانشمندان به‌صورت سامانمند خصوصیات مکانیکی، رئولوژیکی، حساسیت دمایی، مورفولوژی، رفتار حرارتی، پایداری ذخیره‌سازی و پیرشدگی قیرهای اصلاح‌شده پلیمری مختلفی را موردبررسی قراردادند. مزایا و معایب قیرهای اصلاح‌شده پلیمری (PMBs) که به‌طور گسترده مورداستفاده قرارگرفته بود به‌تدریج پیدا شدند. ازیک‌طرف، به این نتیجه رسیدند که نتیجه اصلاح پلیمری با استفاده از استایرن بوتادین استایرن (SBS) اصلاح‌کننده قیر در بهبود برخی از خصوصیات قیر است. ازجمله بهبود خاصیت کشسانی الاستیک، افزایش مقاومت در برابر شکست در دمای پایین و افزایش مقاومت در برابر شیار شدگی در دماهای بالا . از طرفی دیگر، برخی از اشکالات مانند حساسیت دمایی برخی پلیمرهای اصلاح‌کننده و مشکل جدایش فازی برخی از قیرهای اصلاح‌شده پلیمری به اثبات رسید. در ژوئن 1998 میلادی، سمپوزیوم بین‌المللی انجمن جهانی جاده (PIARC) یک بازنگری از وضعیت موجود در آن زمان انجام داده که گزارش آن در سال 1999 میلادی منتشر شد. علاوه بر این، تلاش در جهت حذف اشکالات قیرهای اصلاح‌شده پلیمری از سال 1990 میلادی آغاز شد. در سال 1996 میلادی، Giavarini و همکاران اثبات کردند که پلی‌پروپیلن (PP) اصلاح‌کننده قیر می‌تواند به‌وسیله افزودن پلی فسفریک اسید (PPA) پایدار می شود.  سپس به این باور رسیدند که PPA می‌تواند در بهبود پایداری ذخیره‌سازی قیر اصلاح‌شده پلیمر به‌وسیله تغییرات در ساختار قیر از حالت sol به gel مؤثر باشد.

بعد از سال 2000 میلادی تحقیقات راجع به قیر اصلاح‌شده پلیمری بر دو زمینه کلی تقسیم‌شده است:

  1. تحقیقات عمیق در مورد مکانیسم اصلاح پلیمری قیر و شکست آن

  2. تلاش در جهت غلبه بر برخی از معایب قیرهای اصلاح‌شده پلیمری

زمینه نخست بیش‌تر بر روی ریزساختارها، تغییر شکل، شکستگی، پیرشدگی و خستگی قیر اصلاح‌شده پلیمری متمرکزشده است. حتی در حال حاضر هم برخی از مباحث دانشگاهی در این زمینه وجود دارد. به‌طور مثال، برخی از دانشمندان بر این باورند که قیر دارای یک ساختار کلوئیدی ناهمگن است. در نتیجه قیر اصلاح‌شده پلیمری همان‌طور که در شکل شماره 1 نشان داده‌شده، باید به‌عنوان یک امولسیون ویسکوالاستیک چند فازی (پلیمرها/آسفالتن ها/مالتن ها) موردبررسی قرار گیرد. درحالی‌که برخی دیگر از دانشمندان ادعا می‌کنند که قیر یک محلول مولکولی پیوسته همگن است. آن ها بر این باورند که بر اساس حلالیت متقابل، پلیمرها تأثیرات خوبی بر قیر اصلاح‌شده پلیمری به‌وسیله حلالیت نسبی‌شان در قیر دارند (مشاهده شکل شماره 2). مثال‌های دیگر این است که برخی از پژوهشگران عقیده دارند که آسفالتن ها ترکیبات به‌شدت قطبی در قیر بوده و قطبیت پلیمرهای اصلاح‌کننده، تأثیر چشم‌گیری در سازگاری آن‌ها با قیر و پایداری ذخیره‌سازی نهایی قیر اصلاح‌شده پلیمری دارد. اما برخی دیگر بر این عقیده هستند که آسفالتن ها ازنظر شیمیایی مولکول‌های غیر قطبی معمولی هستند.

به‌عنوان تلاش‌هایی در جهت غلبه بر این معایب در سال 2000 میلادی، راه‌حل‌های مختلفی برای حذف اشکالات قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) ارائه شد. این تلاش ها شامل ولکانیزاسیون سولفور، افزودن آنتی‌اکسیدان‌ها، استفاده از رس‌های معدنی آب‌گریز و عامل دار شدن (ازجمله به‌کارگیری پلیمرهای واکنشی) بود. تمامی این راه‌حل‌ها در این مقاله موردبحث و بررسی قرار می گیرد.

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها

شکل 1   تصویر شماتیک از ساختار کلوئیدی قیر و تأثیر پلیمر اصلاح‌کننده. (A) قیر پایه، (B) قیر اصلاح‌شده پلیمری متناظر با افزایش مقدار آسفالتن ها در ماتریکس و (C) میسل های آسفالتن

 

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها

شکل 2   (A) حوزه حلالیت مالتن ها و آسفالتن های جدا شده از قیر ونزوئلا. (B) پارامتر حلالیت Hansen استایرن بوتادین استایرن و قیر ونزوئلا


برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش چهارم


برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش سوم
5 (100%) 8 votes

بررسی عملکرد قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای در برابر پیرشدگی براثر اشعه فرابنفش-بخش ششم

Share

بررسی عملکرد قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای در برابر پیرشدگی براثر اشعه فرابنفش-بخش ششم

 آنالیز طیف‌سنجی فروسرخ ترکیب‌بندی شیمیایی قیر، قبل و بعد از پیرشدگی براثر تابش اشعه فرابنفش

طیف‌سنجی فروسرخ ترکیب‌بندی شیمیایی نمونه قیر شاهد و نمونه قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای، قبل و بعد از پیرشدگی براثر تابش اشعه فرابنفش در شکل شماره 3 نشان داده‌شده است. شاخص‌های ساختاری مربوطه نیز در جدول شماره 4 ارائه‌شده است. می‌توان مشاهده کرد که مقادیر شاخص کربونیل (IC=O) و شاخص سولفوکسید (IS=O) برای چهارترکیب شیمیایی در درجات مختلف برای هردو نوع نمونه قیر شاهد و نمونه قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای بعد از پیرشدگی براثر تابش اشعه فرابنفش، افزایش می‌یابد. افزایش شاخص کربونیل (IC=O) و شاخص سولفوکسید (IS=O) چهارترکیب شیمیایی قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای بعد از پیرشدگی براثر تابش اشعه فرابنفش نسبت به نمونه قیر شاهد، کوچک‌تر است. نتایج آشکار می‌کند که هیدروکسیدهای دولایه‌ای (LDHs) در بازدارندگی واکنش اکسیداسیون چهارترکیب قیر مؤثر است.

قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای

شکل 3   طیف‌سنجی فروسرخ ترکیبات قیر قبل و بعد از پیرشدگی براثر تابش اشعه فرابنفش

با مقایسه نرخ تغییرات شاخص‌های ساختاری چهارترکیب قیر، می‌توان فهمید که نرخ تغییر شاخص سولفوکسید (IS=O) آروماتیک‌ها و آسفالتن ها در نمونه قیر شاهد به ترتیب برابر با 335 درصد و 217 درصد است، اما داده‌های متناظر قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای کاهش آشکاری داشته و به ترتیب 84 درصد و 44 درصد است. برای شاخص کربونیل (IC=O)، نرخ تغییر آسفالتن ها کاهش قابل‌ملاحظه‌ای از 212 درصد به 44 درصد داشته است. بزرگ‌ترین کاهش شاخص کربونیل در نرخ تغییر آسفالتن ها و بیش‌ترین کاهش شاخص سولفوکسید در نرخ تغییر آروماتیک‌ها، نشان می‌دهد که هیدروکسیدهای دولایه‌ای به‌طور عمده بر آروماتیک‌ها و آسفالتن ها تأثیرگذار هستند.

قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای

جدول 3   شاخص‌های ساختاری ترکیب‌بندی شیمیایی قیر

نتیجه‌گیری

در این پژوهش، تأثیر هیدروکسیدهای دولایه‌ای (LDHs) بر روی خواص فیزیکی و ضد پیری براثر تابش اشعه فرابنفش در قیر بررسی شد. قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای، خصوصیات دمابالا بهتری را در مقایسه با نمونه شاهد از خود نشان داد. کاهش در شاخص گرانروی پیری (VAI) و نقطه نرمی افزایشی (SPI) قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای و افزایش در نرخ نفوذپذیری باقیمانده (RPR)، نشان می‌دهد که هیدروکسیدهای دولایه‌ای می‌توانند در بهبود خصوصیات ضد پیری براثر تابش اشعه فرابنفش مؤثر باشند.

با افزودن هیدروکسیدهای دولایه‌ای، کاهش اشباع‌ها و آروماتیک‌ها و همچنین افزایش رزین‌ها و آسفالتن ها در نمونه قیر اصلاح‌شده نسبت به قیر شاهد بعد از پیرشدگی براثر تابش اشعه فرابنفش، کم‌تر است. درنتیجه این امر نشان می‌دهد که هیدروکسیدهای دولایه‌ای تأثیر بسزایی در جلوگیری از ژله‌ای شدن قیر دارند.

آنالیز طیف‌سنجی تبدیل فوریر فروسرخ (FTIR) نشان داد که شاخص کربونیل و سولفوکسید قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای، افزایش کم‌تری را بعد از پیرشدگی براثر تابش اشعه فرابنفش در مقایسه با نمونه شاهد از خود نشان می‌دهند. بر اساس تحقیقات بیش‌تر، نرخ تغییرات شاخص کربونیل و سولفوکسید آروماتیک‌ها و آسفالتن ها، کاهش آشکاری را در مقایسه با تغییرات جزئی اشباع‌ها و رزین‌ها بعد از افزودن هیدروکسیدهای دولایه‌ای در طول فرآیند پیری براثر تابش اشعه فرابنفش دارد. درنتیجه این نتایج ثابت می‌کند که هیدروکسیدهای دولایه‌ای عمدتاً از اکسیداسیون آروماتیک‌ها و آسفالتن ها جلوگیری می‌کنند.


برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

بررسی عملکرد قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای در برابر پیرشدگی براثر اشعه فرابنفش

بررسی عملکرد قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای در برابر پیرشدگی براثر اشعه فرابنفش-بخش ششم
5 (100%) 8 votes