8 آوریل 2017

ترکیب‌بندی و ویژگی های شیمیایی قیر

ترکیب‌بندی و ویژگی های شیمیایی قیر
Share

ترکیب‌بندی و ویژگی های شیمیایی قیر

معمولاً ترکیب‌بندی شیمیایی قیرها مشابه می‌باشد ولی بسته به نوع نفت خام و فرآیندهای مورداستفاده در طول پالایش و ترکیب قیر، تفاوت‌های اندکی در آن‌ها وجود دارد. قیر را می‌توان به‌عنوان مخلوط پیچیده‌ای از هیدروکربن‌ها که دارای تعداد زیادی ترکیبات شیمیایی مختلف با وزن مولکولی نسبتاً بالا هستند توصیف کرد. تردیدهای فراوانی در مورد توزیع وزن مولکولی قیر وجود دارد. کوچک‌ترین اندازه تقریباً ۳۰۰ دالتون است که به‌وسیله تقطیر نقطه برش در طول فرآیند تولید قیر تبیین شده است. در مورد بزرگ‌ترین اندازه تاکنون نتیجه‌گیری صورت نگرفته است. تحقیقات پیشین نشان می‌داد که مولکول‌هایی با وزن ۱۰۰۰۰ دالتون نیز وجود دارند، این در حالی است که برخی مطالعات نشان می‌دهد که در صورت وجود، تنها چند مورد معدود مولکول بزرگ‌تر از ۱۵۰۰ دالتون در قیر حضورداشته باشد.

مولکول‌های موجود در قیر ترکیبی از آلکان ها، سیکلوآلکان ها، آروماتیک‌ها و مولکول‌های گوناگون شامل سولفور، اکسیژن، نیتروژن و فلزات است. آنالیز عنصری معمول قیر در جدول زیر ارائه‌شده است.

آنالیز عنصری قیر

عملکرد قیر تابعی از چگونگی واکنش مولکولی بین مولکول‌های قیر باهم و یا بین مولکول‌های قیر و مواد دیگر است. مقدار سولفور، اکسیژن، نیتروژن و فلزات در برخی از مولکول‌ها آن‌ها راکمی قطبی می‌کند. اهمیت مولکول‌های حاوی هتراتم ها در شیمی قیر در توانایی تشکیل ارتباطات مولکولی است که به‌شدت خصوصیات فیزیکی و عملکرد قیر را تحت تأثیر قرار می‌دهند. مقدار و ویژگی اجزاء حاوی ترکیبات هتراتم می‌تواند در قیرهای به‌دست‌آمده از منابع مختلف، متفاوت باشد.

مقدار سولفور ممکن است در حدود ۷-۱ درصد وزنی قیر بوده و می‌تواند شامل ترکیبات سولفور متفاوت مانند تیوفن ها و سولفیدها باشد. تحقیقات نشان می‌دهد که هتراتم ها، سولفور و نیتروژن تا حد زیادی در پیکربندی حلقه‌های پایدار حضور دارند. اگرچه ترکیبات نیتروژن شایع نیستند ولی پیرول، انیدول و گروه‌های کربازول در برخی از قیرها یافت شده‌اند. اساساً اکسیژن در گروه‌های عاملی مانند کربوکسیلیک اسیدها و استرها حضور دارند. به‌طورکلی فلزات نیز در ساختارهای پورفیرین مانند ظاهر می‌شوند.

ویژگی‌های شیمایی قیر

قیر یک ماده ویسکوالاستیک است، بنابراین قطبیت شیمیایی یک ویژگی مهم برای اندازه‌گیری است. بیش‌تر ترکیبات قطبی اجزاء ساختاری ایجاد می‌کنند که خصوصیات نرمی را به قیر می‌دهند. درحالی‌که ترکیبات قطبی کم‌تر انعطاف‌پذیری و خاصیت دمایی پایین را به قیر می‌دهند. ترکیبات قطبی حد واسط در قیر کم‌تر سازگار بوده و بیش‌تر ترکیبات قطبی هستند.

ازآنجاکه قیر شامل طیف پیوسته‌ای از مولکول‌هاست درنتیجه آنالیز انفرادی هریک از ترکیبات غیرعملی است؛ بنابراین امر رایج تقسیم‌بندی قیر به ۴ طیف وسیع اشباع‌ها، آروماتیک‌ها، رزین‌ها و آسفالتن ها است. آسفالتن ها معمولاً با استفاده از حلال جداسازی شده درحالی‌که سه جزء دیگر با استفاده از کروماتوگرافی مشخص می‌شوند.

چندین روش استاندارد برای تفکیک قیر به چهار جزء اصلی و نام‌گذاری اجزاء آن وجود دارد. هنگامی‌که قیر تحت فرآوری بیش‌تر قرار می‌گیرد (مانند اصلاح هوایی و یا اکسیداسیون) آنالیز چهار جزء اصلی آن نشان‌دهنده یک انتقال است که در آن رزین‌ها در حال تبدیل‌شدن به آسفالتن ها و آروماتیک‌ها در حال تبدیل‌شدن به رزین‌ها می‌باشند. به‌طورکلی با افزایش فرآوری، قیر سخت‌تر شده و در مقایسه با قیر در ابتدای فرآوری، خاصیت الاستیک بیش‌تری دارد.

در طول اکسیداسیون، روند اکسیداتیو اولیه تشکیل پیوند کربن-کربن از طریق اکسیداتیو تراکم است. مقدار آسفالتن افزایش‌یافته درحالی‌که مقدار نفتنیک ها و آروماتیک‌های قطبی کاهش می‌یابد. درنتیجه‌ی افزایش غلظت آسفالتن فراتر از یک نقطه خاص در دمای محیط خاصیت جریان قیر اصلاح‌شده تولیدی از رفتار ویسکوالاستیک به نزدیکی رفتار الاستیک خالص تبدیل می‌شود.

اکسیژنی که در دمیدن هوا به قیر اضافه می‌شود به نظر می‌رسد که در گروه‌های عاملی هیدروکسیل، پراکسید و کربنیل قرار می‌گیرند. مقدار کمی از ترکیبات فرار قیر در طول فرآیند اکسیداسیون خارج می‌شود. درنتیجه این واکنش‌ها مقدار هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه‌ای در قیر کاهش می‌یابد.


برای مشاهده ادامه مطالب این فصل برروی لینک زیر کلیک کنید:

انواع گروه‌های عامل دار موجود در قیر و ساختار آن ها

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *