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