خصوصیات رئولوژیکی پلیمر استایرن بوتا دی ان استایرن (SBS) اصلاح‌کننده قیر-بخش هفتم

Share

خصوصیات رئولوژیکی پلیمر استایرن بوتا دی ان استایرن (SBS) اصلاح‌کننده قیر-بخش هفتم

تغییرات در خواص رئولوژیکی پس از پیرشدگی آزمایشگاهی

1- پارامترهای ویسکوالاستیک پویا

طرح ایزوکرونال مدول پیچیده و زاویه فازی در 0/02 هرتز برای PMB-AS7 در شرایط پیر نشده، پیر شده RTFOT و PAV در شکل شماره 10 ارائه‌شده است. همراه با اصلاح SBS گروه‌های مختلف قیر پایه، تفاوت‌های متمایزی در ویژگی‌های رئولوژیکی دو گروه PMBS پس از پیرشدگی وجود دارد. اگرچه هر دو بایندر یک افزایش را در مدول پیچیده بین دمای 10 تا 55 درجه سانتی‌گراد، مانند آنچه برای قیر نفوذی مشاهده می‌شود از خود نشان دادند ولی رفتار این دو گروه PMB در درجه حرارت‌های بالاتر از 55 درجه سانتی‌گراد متفاوت است. برای PMB-AS7 به‌جای افزایش ما یک کاهش را در*پس از پیرشدگی مشاهده می‌کنیم که آن را می‌توان به تخریب کوپلیمر SBS بعد از پیرشدگی که منجر به نرم‌تر شدن PMB می‌شود نسبت داد. این پدیده برای PMB-BS7 آشکار نیست که در آن شبکه پلیمری بر رفتار رئولوژیکی PMB در همان درجه حرارت مشاهده‌شده برای PMB-AS7، تسلط ندارد.

تغییرات در زاویه فازی پس از پیرشدگی RTFOT و PAV مشابه قیر اصلاح‌نشده (کاهش در زاویه فازی) در دامنه حرارتی 10 تا 35 درجه سانتی‌گراد است. این دامنه حرارتی متناظر با شرایطی است که در آن قیر پایه غالب بوده و بنابراین این همبستگی و یکسانی با رفتار نشان داده‌شده برای قیر اصلاح‌نشده قابل پیش‌بینی بود. در دامنه حرارتی بزرگ‌تر از 40 درجه سانتی‌گراد که در آن شبکه پلیمر SBS غالب است، تغییرات پس از پیرشدگی RTFOT و PAV نسبت به آنچه در آزمایش با قیر اصلاح‌نشده به‌دست‌آمده بود، متفاوت است. بازهم رفتار رئولوژیکی گروه A PMBS از گروه B، به‌خصوص در دماهای بالاتر از 40 درجه سانتی‌گراد، متفاوت است. در این دمای سرویس بالا، یک افزایش در زاویه فازی پس از پیرشدگی RTFOT و PAV نشان‌دهنده پاسخ ویسکوز تر برای PMB-AS7 است. این افزایش در ویسکوزیته به نسبت پاسخ الاستیک پس از پیرشدگی (که در آن شبکه پلیمری تخریب‌شده است) برای PMB-BS7 آشکار نیست. اگرچه زاویه فازی به‌آرامی پس از RTFOT در دماهای بالاتر از 65 درجه سانتی‌گراد افزایش می‌یابد.

خصوصیات رئولوژیکی پلیمر استایرن

شکل 10   طرح ایزوکرونال در 0/02 هرتز برای PMB-AS7 و PMB-BS7 پیر نشده و پیر شده به روش RTFOT و PAV

2- سیاه نمودار رئولوژیکی

تغییرات در ویژگی‌های رئولوژیکی PMB-AS7 و PMB-BS7 پس از پیرشدگی به‌صورت سیاه نمودار در شکل شماره 11 ارائه‌شده است. برای گروه A PMB، رفتار رئولوژیکی را می‌توان به دو ناحیه بالا و پایین مقدار مدول پیچیده104 Paتقسیم کرد. در مقادیر سختی بالا، متناظر با آزمون‌های دماپایین و فرکانس بالا، منحنی سیاه نمودار یک تغییر جهت به سمت زاویه فازی پایین را نشان می‌دهد و مشخص‌کننده سخت شدگی (پیرشدگی) PMB است. این پدیده شبیه به اثر سخت شدگی مشاهده‌شده برای قیر نفوذی است.

خصوصیات رئولوژیکی پلیمر استایرن

شکل 11   سیاه نمودار PMB-AS7 و PMB-BS7 پیر نشده و پیر شده به روش RTFOT و PAV

ناحیه دوم زیر مقدار مدول پیچیده104 Pa، یک تغییر جهت منحنی مخالف زاویه فازی بالاتر را نسبت به زاویه فازی پایین‌تر نشان داده که نشان‌دهنده تغییرات به سمت ویسکوزیته بیش‌تر پس از پیرشدگی است. این تغییر به سمت پاسخ ویسکوز تر پس از پیرشدگی را می‌توان به تخریب کوپلیمر SBS در طول پیرشدگی نسبت داد. اگر یک‌بار دیگر به تغییرات ویژگی‌های رئولوژیکی ارائه‌شده در شکل 11 توجه کنید، مشاهده می‌کنید که این تغییرات مانند آنچه برای گروه A PMB مشاهده‌شده، نیست. بااین‌حال، یک تغییر به سمت زاویه فازی بالاتر، مانند آنچه برای PMB-AS7 مشاهده‌شده در مقادیر*کم‌تر از 103 Pa وجود دارد.


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

خصوصیات رئولوژیکی پلیمر استایرن بوتا دی ان استایرن (SBS) اصلاح‌کننده قیر-بخش هشتم


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

خصوصیات رئولوژیکی پلیمر استایرن بوتا دی ان استایرن (SBS) اصلاح‌کننده قیر

خصوصیات رئولوژیکی پلیمر استایرن بوتا دی ان استایرن (SBS) اصلاح‌کننده قیر-بخش هفتم
5 (100%) 12 votes

خصوصیات رئولوژیکی پلیمر استایرن بوتا دی ان استایرن (SBS) اصلاح‌کننده قیر-بخش اول

Share

خصوصیات رئولوژیکی پلیمر استایرن بوتا دی ان استایرن (SBS) اصلاح‌کننده قیر-بخش اول

مقدمه

استفاده از پلیمر مصنوعی برای اصلاح عملکرد بایندرهای قیری مرسوم به اوایل دهه 1970 میلادی برمی‌گردد. در این‌گونه از بایندر ها متعاقباً حساسیت دمایی کاهش‌یافته، چسبندگی افزوده‌شده و خواص رئولوژیکی اصلاح شده است. در سطح جهانی، حدود 75 درصد از بایندرهای اصلاح‌شده را می‌توان در کلاس الاستومری، 15 درصد را در کلاس پلاستومری و باقیمانده آن‌که در حدود 10 درصد است را در کلاس لاستیک (Rubber) طبقه‌بندی کرد. در داخل گروه الاستومری کوپلیمرهای بلوکی استایرن پتانسیل بالایی را از خود در هنگام ترکیب با قیر نشان می‌دهند. مثال‌های دیگر از الاستومرهای استفاده‌شده در اصلاح قیر شامل لاستیک طبیعی، پلی بوتادین، پلی ایزوپرن، کوپلیمر ایزوبوتن ایزوپرن، پلی کلروپن و استایرن بوتادی ان رابر است.

کوپلیمرهای بلوکی استایرن معمولاً لاستیک ترموپلاستیک نامیده شده، دارای قابلیت ترکیب با هر دو خواص ترموپلاستیک و لاستیک است و می‌تواند توسط عمل پلیمریزاسیون پیوسته استایرن بوتادی ان استایرن (SBS) تولید شود. روش دیگر پلیمریزاسیون پیوسته استایرن و بلوک میانی مونومرهایی بوتادی ان به دنبال یک واکنش با عامل جفت کننده است. ساختار کوپلیمر استایرن بوتادی ان استایرن (SBS) شامل زنجیره‌های سه بلوکی SBS دارای مورفولوژی دوفازی حوزه بلوک پلی استایرن کروی با ماتریکسی از پلی بوتادی ان است.

کوپلیمرهای استایرن بوتادی ان استایرن (SBS)، استحکام و الاستیسیته خود را از پیوند فیزیکی مولکول‌ها در یک شبکه سه‌بعدی به دست می‌آورند. تأثیر این اتصالات عرضی کاهش سریع دمای اتصال شیشه‌ای پلی استایرن (تقریباً 100 درجه سانتی‌گراد) است.

هنگامی‌که SBS با قیر ترکیب می‌شود، فاز الاستومری کوپلیمر SBS مالتن های قیر را جذب کرده و تا 9 برابر حجم اولیه خود متورم می‌شوند. شبکه پلیمری پیوسته در سرتاسر قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) تشکیل‌شده و باعث بهبود چشمگیر خواص قیر می‌شود. ازآنجاکه لاستیک‌های ترموپلاستیک وزن مولکولی شبیه و یا بیش‌تر از آسفالتن دارند، اگر چنانچه مقدار کافی مالتن در دسترس نباشد احتمال جدایش فازی وجود دارد. جدایش فازی نشانه‌ای از ناسازگاری قیر پایه و پلیمر است. سازگاری ترکیب قیر-SBS می‌تواند از طریق افزودن روغن‌های آروماتیک بهبود یابد. با این حال، مقدار بالای آروماتیک در ترکیب باعث انحلال بلوک‌های پلی استایرن و از بین بردن فواید کوپلیمر SBS می‌شود.

اگرچه تحقیقات قابل‌توجهی در این زمینه انجام‌گرفته است، اما به علت ماهیت پیچیده و سیستم واکنش قیر-پلیمر، این شناخت هنوز هم کامل و جامع نشده است. این مقاله ارزیابی آزمایشگاهی از ویژگی‌های رئولوژیکی تعدادی از قیرهای پایه پیر نشده و پیر شده آزمایشگاهی و هم‌چنین قیر اصلاح‌شده پلیمری با استایرن بوتادی ان استایرن (SBS) را باهدف اولیه تعیین تفاوت‌ها در رفتار رئولوژیکی قیر اصلاح‌شده با پلیمر استایرن بوتادی ان استایرن (PMBs) تهیه‌شده از دو نوع قیر با ترکیب‌بندی متفاوت را ارائه می‌کند. در این پژوهش قیر اصلاح‌شده با SBS توسط اختلاط آزمایشگاهی دو نوع قیر پایه با کوپلیمر استایرن بوتادی ان استایرن خطی در سه مقدار متفاوت از پلیمر آماده شد. تأثیر منشأ قیر، مقدار پلیمر، سازگاری سیستم قیر-پلیمر و پیرشدگی در خواص رئولوژیکی (ویسکوالاستیک) PMBs با استفاده از آزمون‌های متداول بررسی رفتار رئولوژیکی بایندر و هم‌چنین آنالیز مکانیکی دینامیکی تعیین شد.


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

خصوصیات رئولوژیکی پلیمر استایرن بوتا دی ان استایرن (SBS) اصلاح‌کننده قیر-بخش دوم


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

خصوصیات رئولوژیکی پلیمر استایرن بوتا دی ان استایرن (SBS) اصلاح‌کننده قیر

خصوصیات رئولوژیکی پلیمر استایرن بوتا دی ان استایرن (SBS) اصلاح‌کننده قیر-بخش اول
5 (100%) 7 votes

خواص مهندسی مخلوط‌های SMA حاوی پلیمر و RGP-بخش اول

Share

خواص مهندسی مخلوط‌های SMA حاوی پلیمر و RGP-بخش اول

مقدمه

مواد قیری پالایش‌شده برای چندین دهه است که به‌طور موفقیت‌آمیزی در بسیاری از بزرگراه‌ها و باند فرودگاه‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند. در سال‌های اخیر، افزایش تعداد بارهای ترافیکی و وزن کشنده‌های سنگین و افزایش فشار تایر خودروها باعث افزایش خسارات وارده بر آسفالت و روسازی‌ها شده است. درنتیجه، به موادی با خواص بهتر برای کاهش مشکلات آسفالت نیاز داریم. اصلاح پلیمری توانایی غلبه بر ضعف‌های قیر و بهبود عملکرد مخلوط آسفالت را دارد. افزودنی‌های اصلاح‌کننده مختلف وجود دارند که در حال حاضر در زمینه اصلاح قیر کاربرد دارند. این اصلاح‌کننده‌ها شامل خرده تایرها (CR)، استایرن بوتادین استایرن (SBS) و استایرن بوتادین رابر (SBR) هستند (Ahmadzade،Tigdemir و 2007Kalyoncuoglu). خرده تایرها (CR) که از تایرهای ضایعاتی به دست می‌آیند برای چهار دهه است که به‌طور گسترده در ساخت‌وسازهای صنعتی و به‌خصوص در صنعت آسفالت به‌کاربرده می‌شوند (Xiao و 2009Amirkhanian). به‌طور مثال خرده تایرها (CR) می‌تواند به‌عنوان اصلاح‌کننده قیر برای کاهش هزینه‌های ساخت و هم‌چنین کاهش مصرف انرژی مورداستفاده قرار گیرد. هم‌چنین این روش باعث کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی به علت بازیافت و استفاده از لاستیک‌های ضایعاتی می‌شود. علاوه بر این، ترکیب خرده تایر (CR) و قیر می‌تواند باعث افزایش عملکرد و خواص مهندسی مخلوط آسفالت شود (Chiu و 2007Lu). به دلیل تمامی موارد ذکرشده در بالا، امروزه اصلاح قیر با استفاده از خرده تایر (CR)، یک روش معمول در ساخت‌وسازهای صنعتی است. به‌هرحال، استفاده از ترکیب کردن خرده تایر و دیگر مواد بازیافتی با قیر برای افزایش کارایی قیر اصلاح‌شده و مخلوط آسفالت در نظر گرفته می‌شود.

استایرن بوتادین استایرن (SBS) یک گروه از الاستومرها ست که خواص الاستیک قیر را بهبود داده و احتمالاً بهترین پلیمر موجود برای اصلاح قیر است. اگرچه با استفاده از آن انعطاف‌پذیری قیر در دمایی پایین افزایش می‌یابد، اما برخی از محققین به کاهش مقاومت قیر در برابر نفوذ در دماهای بالا، هنگام استفاده از این پلیمر اشاره‌کرده‌اند (Gorkem و 2009Sengoz). علاوه بر آن به نظر می‌رسد که مخلوط آسفالت اصلاح‌شده با استفاده از پلیمر بیش‌ترین پتانسیل را برای کاربرد موفقیت‌آمیز در طراحی آسفالت‌های انعطاف‌پذیر دارد. این مزایا باعث افزایش طول عمر مفید و کاهش ضخامت لایه‌های آسفالت و به‌تبع آن کاهش هزینه‌های ساخت و نگهداری آسفالت می‌شود (Al-Hadidy و 2009Tan).


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

خواص مهندسی مخلوط‌های SMA حاوی پلیمر و RGP-بخش دوم


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

خواص مهندسی مخلوط‌های SMA حاوی پلیمر و RGP

خواص مهندسی مخلوط‌های SMA حاوی پلیمر و RGP-بخش اول
Rate this post

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش پانزدهم

Share

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش پانزدهم

بازیافت قیر اصلاح‌شده پلیمری

قابلیت بازیافت قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB)

قیر یکی از مواد ترموپلاستیک کم‌هزینه و مهم است که کاربردهای بسیاری در ساخت‌وساز و مهندسی مواد دارد. به‌هرحال قیر ازلحاظ خصوصیات مکانیکی ضعیف بوده زیرا در دماهای کم سخت و شکننده است و در محیط‌های گرم، نرم و روان می‌شود. یکی از روش‌های بهبود عملکرد قیر ترکیب آن با پلیمرهای مصنوعی و تهیه قیر اصلاح شده پلیمری است. تعداد زیادی از پلیمرها برای اصلاح قیر مورداستفاده قرارگرفته‌اند که شامل پلی‌اتیلن‌ها، پلی الیفین ها، هوموپلیمرها و کوپلیمرهای استایرن، آینومرها، اتیلن وینیل استات ها و کوپلیمرهای اکلیریک، لاستیک(رابر)، مخلوط‌های پلیمری و خیلی مواد دیگر می‌باشد. اخیراً علاقه شدیدی برای استفاده از پلاستیک بازیافتی و یا ضایعات پلاستیکی ازجمله تایرهای لاستیکی برای اصلاح قیر به وجود آمده است.

بیش از سی سال از زمانی که استفاده گسترده از قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) از اواخر سال 1980 میلادی آغاز شد، می‌گذرد. بسیاری از آسفالت‌های ساخته‌شده با قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) در آن سال‌ها به پایان عمر سرویس خود رسیده و نیاز به جمع‌آوری آن‌ها وجود دارد. توسعه بازیافت قیر اصلاح‌شده پلیمری بعد از پایان طول عمرشان یکی از اصول مهم در این زمینه است که با اصل پایداری و تداوم استفاده از قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) مطابقت دارد.

دانشمندان در زمینه قابلیت بازیافت قیر اصلاح‌شده پلیمری تحقیقاتی را انجام داده‌اند. مخصوصاً در مورد قیر اصلاح‌شده با پلیمر استایرن بوتادین استایرن (SBS) که به‌طور گسترده جهت اصلاح قیر مورداستفاده قرارگرفته است. اگرچه در برخی از این پژوهش‌ها به این نتیجه رسیده‌اند که ازلحاظ فنی بازیافت قیر اصلاح‌شده پلیمری مسن به‌وسیله افزودن قیر دست‌نخورده امکان‌پذیر است، ولی در حال حاضر تکنیک‌های بازیافت موجود به‌طور گسترده موردپذیرش قرار نگرفته است.

علاوه بر این، سازوکار پیرشدگی قیر اصلاح‌شده پلیمری و جوان‌سازی آن در حال حاضر به‌خوبی شناخته‌نشده است؛ بنابراین، در آینده تحقیقات بیش‌تری باید در این راستا متمرکز شوند. در مورد توسعه انواع جدید پلیمرهای اصلاح‌کننده، باید مفهوم طراحی پایدار را معرفی کرد. بسیاری از مسائل جاری در مورد نتیجه بازیافت از این واقعیت که خاصیت قابلیت بازیافت در هنگام طراحی اغلب محصولات شرکت نداشته، نشأت می‌گیرد. اگر یک اصلاح‌کننده در ابتدا باقابلیت داشتن بازیافت طراحی شود، منجر به تولید محصولی با ارزیابی بهتر از چرخه طول عمر شده و محبوبیت آن را گسترش می‌دهد.


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

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش شانزدهم


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 پانزدهم
5 (100%) 17 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