قیر اصلاح‌شده بر پایه پلی اورتان/اوره
در اصلاح کوتاه‌مدت و بلندمدت قیر به‌وسیله پیش پلیمرهای مبتنی بر MDI به نظر می‌رسد که یک فرایند پیچیده‌ای شامل عوامل دیگری که قبلاً در نظر گرفته نمی‌شد وجود داشته باشد(نتایج اصلاح فقط تحت تأثیر یک واکنش بین پیش پلیمر و برخی ترکیبات قیر نیست).
طبق اظهارنظر بالا،آزمایش‌های پخت شامل یک‌لایه نازک از قیر اصلاح‌شده است که تحت شرایط محیطی قرار می‌گیرد.آزمایش‌های اضافی بر روی لایه ضخیم که در یک ظرف درباز قرار داده‌شده است انجام‌شده و از مناطق بالای آن‌که در معرض هوا قرار داشته و قسمت تحتانی آن‌که در مجاورت هوا نبوده نمونه‌برداری شده است.شکل 9-3 نشان‌دهنده وابستگی معمول توابع ویسکوالاستیک خطی (الاستیک،′G،ویسکوز،″G،مدول) در دمای انتخاب‌شده محدوده 20- تا 120 درجه سانتی گراد برای نمونه PMB شامل 8 درصد وزنی MPI-PEG گرفته‌شده از قسمت بالایی و پایینی ظرف است که بایندر به مدت 4 ماه ذخیره‌شده است.ازاین‌پس از این نمونه‌ها به‌عنوان نمونه بالا و نمونه پایین اشاره خواهد شد.برای هر دمای آزمایش منحنی مربوطه ′G و″G،نمونه بالا مقادیر بیشتری نسبت به نمونه پایین نشان می‌دهند.در طیف وسیعی از دماهای موردمطالعه قرارگرفته برای نمونه بالا ′G بالاتر از ″G قرارگرفته است.
نمونه پایین نشان‌دهنده مقادیر بیشتری از مدول الاستیک در دماهای زیر 10 درجه سانتی گراد و رفتار چسبنده غالب در دماهای بالا 80 درجه سانتی گراد است.به‌عنوان یک نتیجه،افزودن پلیمر و فرایند پخت منجر به تولید مواد پیچیده‌تر با افزایش رفتار الاستیک و کاهش حساسیت دمایی می‌شود.
شکل شماره 9-3 وابستگی متداول بین ذخیره‌سازی و کاهش مدول در دمای بین 20- تا 120 درجه سانتی گراد برای قیر اصلاح‌شده با 8 درصد وزنی MDI-PEG ،نمونه‌برداری شده از قسمت بالایی و پایینی ظرف بعد از چهار ماه ذخیره‌سازی تحت شرایط اتاق.اقتباس از Martin-Alfonso و همکاران 2008
ازاین‌رو،قیر اصلاح‌شده در تماس با محیط بیرونی دستخوش تفاوت‌های چشمگیری در رفتار رئولوژیکی آن نسبت به نمونه پایین شده است.رطوبت هوا (و اکسیداسیون قیر) منجر به ترویج واکنش‌های بین‌مولکولی شده،وزن مولکولی ترکیبات قیر را افزوده و باعث افزایش مدول و خاصیت ویسکوالاستیک می‌شود.به نظر می‌رسد اصلاح بلندمدت قیر به واکنش دمایی بین پلیمرهای واکنشی و ترکیبات قیر و شرایط محیطی (احتمالاً به دلیل رطوبت هوا) مربوط باشد.تحت چنین شرایطی آب به‌راحتی در قیر پخش‌شده و واکنش بین گروه‌های NCO–باقیمانده جهت افزایش وزن مولکولی پلیمر-قیر بیش‌تر خواهد شد.
مشخص‌شده که دو نوع واکنش شیمیایی در طول واکش بین مولکول‌های عامل دار NCO و آب رخ می‌دهد.یکی از آن‌ها واکنش ایزوسیانات با آب است که منجر به تولید کربامیک اسید ناپایدار شده که به آمین و دی‌اکسید کربن تجزیه می‌شود.نوع دیگری از واکنش منجر به ایجاد شبکه شده و نتیجه واکنش بین گروه‌های ایزوسیانات با آمین که معمولاً در طول تجزیه کربامیک اسید به وجود آمده،تشکیل اوره آمونیوم است.هر دو نوع واکنش حرارت زا بوده و باعث افزایش ویسکوزیته متوسط به دلیل توسعه شبکه قیر-پلیمر می‌شود (Zang 2002).
بنابراین سازوکار اصلاح شیمیایی از طریق یک مجموعه سه واکنشی ارائه‌شده است(Carrera و همکاران 2010).نخست انتظار می‌رود پلیمر بدون آب MDI اصلاح‌کننده قیر منجر به واکنش بین گروه‌های NCO– پیش پلیمر با گروه‌های عاملی شامل اتم‌های هیدروژن فعال (به‌طور عمدهOH-) حاضر در میسل‌های آسفالتن شود(Mondal-Khakhar2004).این واکنش می‌تواند به‌صورت زیر نوشته شود:
واکنش 1-3 
واکنش 1-3 منجر به تشکیل تعداد زیادی پیوندهای اورتان(نقطه اوج در 1725cm-1 نشان داده‌شده در شکل 10-3) بین پلیمر و گروه‌های اصلی قیر(حاضر در آسفالتن ها،رزین‌ها و آروماتیک‌ها) شود که گهگاه ممکن است باعث پیوند دامنه‌های آسفالتن به یکدیگر شود.این نخستین واکنش در اصلاح کوتاه‌مدت قیر است.
در مرحله دوم،دامنه‌های آسفالتن بزرگ ممکن است حتی با تشکیل پیوندهای اوره بزرگ‌تر شود(نقطه اوج در 1460cm-1 نشان داده‌شده در شکل 10-3).افزایش آب به‌وسیله واکنش با گروه‌های NCO– در این دامنه‌های بزرگ آسفالتن در دسترس می‌باشد.افزایش آب منجر به تجزیه کربامیک اسید ناپایدار به آمین و دی‌اکسید کربن می‌شود(واکنش 2-3).در مرحله نهایی انتظار می‌رود که آمین‌های بسیار واکنش‌پذیر با گروه‌های ایزوسیانات در سمت چپ زنجیره MDI-PPG که قبل از آن با ترکیبات قیر پیوند برقرار کرده‌اند واکنش داده و تشکیل گروه‌های اوره را دهد(واکنش 3-3)(Seguraوهمکاران2005). این مجموعه از واکنش‌ها به‌صورت زیر نوشته می‌شود:
واکنش 2-3 
واکنش 3-3 
شکل شماره 10-3 طیف FTIR که پیوندهای C=O (اورتان/اوره)برای قیر B دست‌نخورده و اصلاح‌شده با 4 درصد وزنی PPG-MDI را قبل و بعد از افزودن آب نشان می‌دهد.اقتباس از Carrera و همکاران 2010
به‌عنوان یک نتیجه،افزودن پلیمر(و واکنش آن با رطوبت هوا)از عوامل گسترش ریزساختارهای جدید(در طول اصلاح بلندمدت قیر)برای ارائه عملکرد رضایت‌بخش‌تر در هنگام افزایش درجه حرارت که احتمالاً به دلیل تشکیل پیوند شیمیایی بین پلیمر و ترکیبات قطبی قیر است می‌باشد.بنابراین آب می‌تواند به‌آرامی در قیر پخش‌شده و با گروه‌های NCo باقیمانده آزاد واکنش داده و منجر به افزایش وزن مولکولی مولکول‌های قیر-پلیمر شود.
این رویکرد ممکن است برای افزایش سرعت اصلاح قیر جهت جلوگیری از اصلاح بلندمدت قیر استفاده شود.همان‌طور که در شکل 11-3 نشان داده می‌شود،به نظر می‌رسد که افزودن آب در طول عملیات مخلوط باعث تحریک افزایش اصلاح کوتاه‌مدت شود مخصوصاً اگر آب در مراحل نزدیک به پایان فرایند تولید اضافه شود.
شکل شماره 11-3 سیر تکاملی با زمان گشتاور نرمال (M/M0 ) در طول فرایندهای مختلف قیر/ MDI-PEG /پیوندهای آب،در 90 درجه سانتی گراد و 60 دور در دقیقه.اقتباس از Martin-Alfonso و همکاران 2008
بر این اساس کنترل دقیق شرایط فرایند در طول واکنش نخست که منجر به تشکیل تعداد زیادی از پیوندهای اورتان بین پلیمر و گروه‌های اصلی قیر می‌شود،از عوامل مهم برای تولید چنین محصولاتی است.این نتیجه پیشنهاد می‌کند که اگر واکنش MDI-PPG و قیر با موفقیت توسط فرایندهای بلندمدت قبل از افزایش آب انجام پذیرد مقدار قابل‌توجه بیشتری قیر اصلاح‌شده را می‌توان به دست آورد.شکل 12-3 نشان‌دهنده سیرتکاملی پارامتر شیارشدگی G*|/sinδ| با درجه حرارت برای قیرهای مختلف اصلاح‌شده با MDI-PPG – آب است.افزودن MDI-PPG و آب باعث افزایش قابل‌توجهی در تولید،افزایش شیارشدگی دمای بحرانی به مقادیر نزدیک یا بالاتر از 90 درجه سانتی گراد شود.چنین افزایشی بیش‌تر برای دوره واکنشی بلندمدت بین قیر و پلیمرهای واکنشی آشکار می‌شود(شکل 12-3).به‌طور مشابه،با افزودن MDI-PPG اصلاح‌کننده قیر B به نظر می‌رسد که تغییرات قابل‌توجهی در درجه نفوذ و درجه حرارت نقطه نرمی بعد از فرایند 24 ساعته رخ‌داده که منجر به تشکیل بایندر قیری سخت‌تر می‌شود.به‌عنوان‌مثال بعد از افزودن 4 درصد وزنی MDI-PPG،درجه نفوذ از 200-150 تا مقدار 70-60 کاهش پیداکرده و درجه حرارت نقطه نرمی تا 64 درجه سانتی گراد افزوده می‌شود(Carrera و همکاران 2010).
شکل شماره 12-3 وابستگی به دمای پارامتر شیارشدگی G*|/sinδ| برای قیر دست‌نخورده و بایندر اصلاح‌شده با MDI-PPG-آب (از قیر C و D) بعد از یک ساعت و 24 ساعت مخلوط در دمای 90 درجه سانتی گراد.اقتباس از Carrera و همکاران 2010
برای مشاهده ادامه مطالب این فصل برروی لینک زیر کلیک کنید:
