اصلاح پلیمری قیر
اصلاح پلیمری قیر
به‌طورکلی پذیرفته‌شده است که پلیمرهای اصلاح‌کننده حساسیت دمایی قیر را بهبود بخشیده و علاوه بر آن باعث بهبود مقاومت در برابر تغییر شکل دائمی، شکست حرارتی و شکست خستگی می‌شود. این بهبودها مبتنی بر این حقیقت است که مقادیر کم پلیمر با قانون و ساختار مناسب می‌تواند رئولوژی قیر استاندارد را دگرگون کند. یک سری از جنبه‌هایی وجود دارد که اثربخشی پلیمر را به‌عنوان یک اصلاح‌کننده تعیین می‌کند. این‌ها شامل تشابه در پارامتر حلالیت است که بدون آن انحلال دو جزء تقریباً غیرممکن است. مزیت دیگری نیز وجود دارد و آن تشکیل ساختار شبکه سه‌بعدی پلیمر با قیر اصلاح‌شده است. درنهایت باید گفت که به پلیمر برای برقراری مجدد ویژگی‌ها بعد از هر چرخه گرمایشی در طول حمل‌ونقل و فرآوری نیاز است.
SBS و EVA پلیمرهایی هستند که شرایط فوق را برآورده کرده، ایجاد شبکه گسترده قوی در قیر می‌کنند که براثر گرمایش ناپدید می‌شوند، انجام فرایند را راحت‌تر کرده و برقراری مجدد ریزساختارها را بعد از سرد شدن ممکن می‌سازد. چنین شبکه‌ای می‌تواند با استفاده از اتصالات عرضی شیمیایی نیز برقرار شود اما این امر می‌تواند به دلیل عدم توانایی در شکست این اتصالات در طول گرمایش برگشت‌ناپذیر باشد. ازاین‌رو اتصالات عرضی برای ممانعت از ایجاد ویسکوزیته بیش‌ازحد بالا در طول فرآوری، کاربرد و درنهایت بازیافت بایندر اصلاح‌شده محدود می‌شوند.
به‌منظور ارزیابی اثر پلیمر اصلاح‌کننده، خواص رئولوژیکی و مکانیکی طیفی از قیرهای اصلاح‌نشده و PMB ها در حالت بایندر خالص و همچنین پس از تثبیت در مخلوط آسفالت باهم مقایسه شده است. سه نوع قیر (قیرهای B،A و C) از منابع مختلف نفت خام برای تولید تعدادی ترکیبات آزمایشگاهی، EVA نیمه بلورین و کوپلیمر های بلوکی SBS اصلاح‌کننده قیر مورداستفاده قرارگرفته است (Airey 2002-2003). هر سه نوع قیر سازگاری مشابه داشته (نفوذپذیری بین ۶۱ تا ۸۱dmm و نقطه نرمی بین ۴۶/۸ تا ۴۸/۸ درجه سانتی گراد) و تفاوت اندک در ترکیب شیمیایی آن‌ها است که در جدول ۱-۸ نشان داده‌شده است. شاخص کلوئیدی (CIs) هر سه نوع قیر به‌منظور تبیین پتانسیل سازگاری آن‌ها با پلیمرهای اصلاح‌کننده محاسبه‌شده است. Serfass و همـکاران (۱۹۹۲) بر این عقیده بودند که هیچ مرز دقیقی بین CI، چه قیر آن سازگار باشد و چه نباشد وجود ندارد. به‌هرحال آنچه روشن است این موضوع است که درصدهای مختلف اجزاء بدان معناست که CIs هر سه نوع قیر تفاوت قابل‌توجهی داشته و به‌ناچار منجر به ایجاد تفاوت در سازگاری و عملکرد رئولوژیکی EVA و SBS اصلاح‌کننده قیر می‌شود. به‌طورکلی، مقدار کمینه CI (به‌طور مثال با درصد بالای آروماتیک‌ها) منجر به سازگاری بیش‌تر سیستم با درجه بالایی از حلالیت برای پلیمرهای EVA و SBS می‌شود.
به‌طورکلی قیرهای اصلاح‌شده پلیمری با EVA15 و SBS در محدوده متغیر محتوای پلیمر از مقدار پلیمر کم در ۳ درصد وزنی تا پلیمر اصلاح‌کننده در ۵ درصد وزنی و درجه بالایی از اصلاح‌کننده در ۷ درصد وزنی تولید می‌شود. PMB ،EVA9 ها توسط مخلوط کردن EVA 20/20 کوپلیمرهای نیمه بلورین حاوی ۲۰ در صد ونیل استات با شاخص جریان مذاب ۲۰ با هر یک از انواع قیرها تولید می‌شود. PMB ،SBS6 ها به‌وسیله مخلوط کردن کوپلیمرهای SBS خطی (با محتوای ۳۱ درصد استایرن) با قیر B و C تولید می‌شود. تمام PMB ها با آسیاب آزمایشگاهی برشی بالا در دمای بین ۱۷۰ و ۱۸۵ درجه سانتی گراد (بسته به ویسکوزیته PMB) تا زمانی که شرایط حلال پایدار به دست آید تهیه می‌شوند.
جدول شماره ۱-۸ آنالیز SARA سه نوع قیر
هنگامی‌که یک پلیمر (الاستومر و یا پلاستومر) با قیر ترکیب می‌شود، جذب بخش مالتن ها (اجزاء روغنی) قیر شده و تا ۹ برابر حجم اولیه متورم می‌شوند (Isacsson و ۱۹۹۵Lu). به‌هرحال قیر و پلیمر ازلحاظ پارامترهای مولکولی بری باقی ماندن در یک‌فاز در دمای محیط خیلی متفاوت می‌باشند. در دمای محیط، تمام ترکیبات PMB شامل بیش از یک‌فاز بوده و هر یک از این فازها خواص متفاوتی نسبت به قیر پایه دارند. به‌طورکلی، عدم تجانس شیمیایی بین دو ترکیب (قیر پایه و پلیمر) منجر به ایجاد حداقل دو فاز مجزا به دنبال اختلاط مکانیکی خواهد شد (Brule 1996). این دو ساختار فازی شامل فاز غنی از پلیمر و فاز غنی از آسفالتن که به‌عنوان فازهای پلیمری و قیری شناخته‌شده‌اند می‌باشد. فاز پلیمری شامل پلیمرهای متورم شده توسط اجزاء سازگار و سبک قیر (به‌طور مثال روغن‌های آروماتیک) است درحالی‌که اجزاء سنگین (عموماً آسفالتن ها) برای تشکیل فاز قیری متراکم می‌شوند. توزیع، پیوستگی و یکنواختی فازهای مختلف تأثیر چشم‌گیری بر عملکرد PMB دارد. علاوه بر این، پایداری این دو فاز برحسب جداییش فازی و یا ناسازگاری نیز باید در طول تولید و ذخیره‌سازی برای اطمینان از عملکرد بهینه محصول حفظ شود.
در غلظت‌های پلیمری مناسب و بالا، شبکه پلیمر دنباله‌دار در سراسر PMB تشکیل‌شده و باعث اصلاح چشم‌گیر خواص قیر می‌شود. ایجاد این فاز پلیمری مداوم و غالب به ماهیت پلیمر این اجازه را می‌دهد که خصوصیات PMB را بر قیر پایه دیکته کرده و منجر به بهبود قابل‌توجهی در عملکرد رئولوژیکی و مکانیکی بایندر شود. در این شرایط محصول تمایل به رفتار پلیمری دارد. یک روش برای شناسایی توسعه و توزیع پلیمرهای مختلف و فازهای قیری روش تصویربرداری میکروسکوپی فلورسنت است (Airey 2003). تصویر میکروسکوپی فلورسنت از مخلوط ۵ درصد وزنی و ۷ درصـد وزنـی SBS با قیر B و C با اسـتفاده از میـکروسـکوپ Leits Medilux با اشعه UV (با طول‌موج بین ۴۲۰ و ۴۹۰ نانومتر) ساطع‌شده از لامپ زنون ۷۵w پرفشار به‌دست‌آمده که در شکل شماره ۱-۸ نشان داده‌شده است. این تصاویر با درشت‌نمایی ×۲۵ تا ×۴۰۰ بسته به ساختار پلیمر گرفته‌شده است (Wegan و ۱۹۹۹Brule ).
تصاویر به‌روشنی تفاوت‌ها را در مورفولوژی SBS پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر به‌عنوان تابعی از نوع قیر پایه و مقدار پلیمر نشان می‌دهد. تصویر میکروسکوپ فلورسنت پلیمر اصلاح‌کننده EVA با قیر B در بزرگنمایی ×۱۰۰ نیز در شکل شماره ۲-۸ به نمایش درآمده است. تصویر فلورسنت تغییر در مورفولوژی PMB ها را به‌عنوان افزایش محتوای پلیمر نشان می‌دهد. تصویر ۳ درصد وزنی پلیمر اصلاح‌کننده EVA یک‌فاز غنی از قیر مداوم را با پراکندگی فاز غنی از پلیمر نشان می‌دهد درحالی‌که تصویر ۷ درصد وزنی پلیمر اصلاح‌کننده EVA یک فاز پلیمری پیوسته را با پراکندگی فاز قیری نشان می‌دهد. تصویر ۵ درصد وزنی پلیمر اصلاح‌کننده EVA یک ساختار فازی درهم‌تنیده نسبتاً پایدار را نشان می‌دهد که هیچ‌کدام از فازها تسلطی بر دیگری ندارد.
مورفولوژی‌های متفاوت مشاهده‌شده در شکل‌های ۱-۸ و ۲-۸ تابعی از پتانسیل تورمی پلیمر (ماهیت پلیمر)، ماهیت قیر پایه (ترکیب‌بندی اجزاء مالتن)، مقدار پلیمر PMB و سازگاری قیر-پلیمر می‌باشد. ماهیت مورفولوژی متفاوت PMB ها به‌ناچار ویژگی‌های مورفولوژی این بایندرهای اصلاح‌شده را تحت تأثیر قرار خواهد داد. PMB هایی که دارای یک‌فاز مداوم غنی از پلیمر هستند معمولاً تولید اصلاح‌کننده‌های نوع پلیمریک کرده و اصلاح‌کننده‌های نوع پرکننده معمولاً در PMB هایی که دارای فاز قیری مداوم هستند دیده می‌شود.
شکل شماره ۱-۸ مورفولوژی پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر SBS
شکل شماره ۲-۸ تصاویر فلورسنت از قیر B اصلاح‌شده با EVA
برای مشاهده ادامه مطالب این فصل برروی لینک زیر کلیک کنید:
آزمون‌های خواص فیزیکی متداول برای قیر اصلاح شده پلیمری