امولسیون های قیر

معمولاً برای اینکه بتوان از قیر استفاده کرد نیاز است که این ماده ویسکوز را به مایع روان تبدیل کرد. در اصل سه روش برای تبدیل قیر با ویسکوزیته بالا به یک مایع با ویسکوزیته پایین وجود دارد:

• حرارت دادن

• استفاده از یک حلال و حل کردن قیر در آن

• امولسیون کردن قیر

امولسیون قیر یک سیستم دوفازی شامل قیر، آب و یک یا چند افزودنی برای کمک به تشکیل و پایداری و اصلاح خواص امولسیون است. قیر به صورت ذرات گسسته در سراسر فاز آب با قطر 0.1 تا 50 میکرومتر بوسیله بار الکترواستاتیک پخش و این بار بوسیله امولسی فایر پایدار شده است.

امولسیون های قیر به چهار کلاس تقسیم می شود؛ که دو کلاس اول تاکنون بیشترین استفاده را داشته اند:

• امولسیون های کاتیونی

• امولسیون های آنیونی

• امولسیون های غیر یونی

• امولسیون های تثبیت شده با رس (clay stabilized emulsions)

اصطلاحات کاتیونی و آنیونی از بار الکتریکی ذرات قیر گرفته شده است. این سیستم شناسایی از یک قانون اساسی الکتریسیته (دفع بارهای هم نام، جذب بارهای ناهمنام) مشتق شده است. اگر یک پتانسیل الکتریکی بین دو الکترود غوطه ور در یک امولسیون حاوی ذرات قیر با بار منفی به‌کاربرده بشود این ذرات به سمت آند مهاجرت می کنند. در چنین حالتی امولسیون را آنیونی می گویند. برعکس، در سیستم حاوی ذرات قیر با بار مثبت ذرات به سمت کاتد مهاجرت می کنند و سیستم را کاتیونی می گویند. ذرات قیر در امولسیون غیر یونی خنثی هستند و بنابراین به سمت هیچ یک از الکترود ها مهاجرت نمی کنند. این نوع امولسیون ها به ندرت در بزرگ را ه ها استفاده می شوند.

امولسیون های پایدار شده با رس، بجای استفاده در جاده سازی در صنعت استفاده می شوند. در این مواد امولسی فایرها پودرهای رس طبیعی یا فرآوری شده و یا بنتونیت با سایزهای خیلی کمتر از سایز ذرات قیر در امولسیون هستند. اگرچه ذرات قیر ممکن است حامل مقداری بار ضعیف باشند، مکانیسم اولیه که مانع تراکم می شود شامل حفاظت مکانیکی سطح ذرات قیر بوسیله پودرها است و ساختار تیکسوتروپ (thixotropic) امولسیون که مانع حرکت ذرات قیر می شود.

در سال 1906 اولین پتنت درزمینهٔ استفاده از قیرهای پخش شده در آب منتشر شد. در ابتدا تلاش هایی برای تولید امولسیون توسط وسایل مکانیکی ضعیف انجام شد. به هرحال بعد از مدتی مشخص شد عملیات مکانیکی به تنهایی کافی نیست و امروزه از امولسی فایرها استفاده می شود. ابتدا، اسیدهای آلی طبیعی در قیر بوسیله اضافه کردن سدیم یا پتاسیم هیدروکسید به فاز آبی استفاده می‌شد. واکنش های بعدی یک صابون آنیونی را ایجاد می کند که امولسیون را پایدار می کند. تعداد زیادی از اسیدهای شیمیایی برای افزایش پایداری قیرهای امولسیون آنیونی استفاده می شود. شامل باقی مانده تبخیر اسیدهای چرب، رزین اسیدها (rosin acids)، هیدروکسی استاریک اسید و لیگنین سولفونات ها (Lingnin Sulphonates) که همه می توانند قبل از تولید امولسیون با قیر مخلوط بشوند و یا در فاز آبی قلیایی حل بشوند.

از اوایل سال های 1950 استفاده از امولسی فایرهای کاتیونی به دلیل سازگاری آن ها با بسیاری از سطوح جامد به طور ویژه گسترش یافت و این یک خاصیت مهم در صنعت راه سازی است زیرا در این صنعت فاکتور چسبندگی بسیار ضروری است. امولسی فایرهای کاتیونی که بیشتر استفاده می شوند شامل آمین ها (amines)، امیدآمین ها (amidoanimes) و امیدازولیوم ها (imidazolines) هستند.