پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش پنجم
پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش پنجم
پلاستومرها
پلی اولفین به‌عنوان دسته مهمی از پلاستومرها و یکی از نخستین اصلاح‌کننده‌های مورداستفاده برای قیر می‌باشد. مواد مختلف پلی اولفین شامل، پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE)، پلی‌اتیلن با چگالی پایین (LDPE)، پلی‌اتیلن‌های خطی با چگالی پایین (LLDPE)و IPP و APP با توجه به هزینه‌های نسبتاً پایین و مزایای آن برای کاربری در اصلاح قیر مورداستفاده قرارگرفته‌اند. ساختارهای معمولی پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن‌های رایج در شکل شماره ۳ ارائه‌شده است. بعد از افزودن مواد پلی اولفین، آن‌ها معمولاً توسط اجزاء و ترکیبات سبک قیر متورم شده و یک ساختار دوفازی شامل فاز پلی اولفین (فاز پراکنده) در ماتریکس قیر (فاز پیوسته) تشکیل می‌شود. با افزایش غلظت پلی اولفین، وارونگی فازی در قیر اصلاح‌شده پلیمری رخ می‌دهد. دو فاز پیوسته و درهم‌تنیده برای قیر اصلاح‌شده توسط پلی اولفین ایدئال و مناسب بوده و تا حدی می‌تواند خواص قیر را بهبود بخشد. این مواد مورداستفاده معمولاً منجر به افزایش سختی و بهبود مقاومت در برابر شیار شدگی در قیر اصلاح‌شده می‌شوند. اگرچه آن‌ها ازنظر خواص و ساختار شیمیایی کاملاً متفاوت می‌باشند.
شکل ۳ ساختار پلی‌پروپیلن (PP) و پلی‌اتیلن (PE)
به‌هرحال، این مواد پلی اولفین استفاده‌شده درزمینه بهبود چشمگیر الاستیسیته قیر ناموفق بوده‌اند. علاوه بر این، زنجیره‌های طویل منظم این مواد پلی اولفین، گرایش بالایی به متبلور شدن در این مواد ایجاد کرده که منجر به عدم واکنش بین قیر و پلی اولفین شده که درنتیجه باعث بی‌ثباتی قیر اصلاح‌شده می‌شود. از این گذشته، برخی از پژوهشگران ادعا کردند که سازگاری بین پلی اولفین با قیر به علت طبیعت غیرخطی مواد استفاده‌شده بسیار ضعیف است. به‌عنوان یک نتیجه‌گیری، بهبود اندک در قابلیت ارتجاعی و مشکلات بالقوه ثبات ذخیره‌سازی پلی اولفین اصلاح‌کننده قیر، به‌کارگیری پلی اولفین را به‌عنوان مواد اصلاح‌کننده محدود کرده است، درحالی‌که این مواد در تولید غشاء نفوذناپذیر عمومیت دارند.
بیش‌تر پلاستومرهای مورداستفاده در اصلاح قیر کوپلیمرهای اتیلن، مانند اتیلن ونیل استات (EVA) و اتیلن بوتیل اکریلات (EBA) است. در اینجا به دلیل ساختار شیمیایی مشابه، اتیلن ونیل استات به‌عنوان مثالی از کوپلیمرهای اتیلن موردبحث قرارگرفته است. همان‌طور که در شکل شماره ۴ نشان داده‌شده، کوپلیمر اتیلن ونیل استات (EVA) از زنجیره‌های تصادفی اتیلن ونیل استات تشکیل‌شده است. در مقایسه با پلی‌اتیلن (PE)، حضور گروه‌های استات قطبی به‌عنوان شاخه‌های کوتاه در EVA، باعث اختلال در ریزساختارهای بلوری بخش غنی اتیلن شده، درجه تبلور را کاهش و قطبیت پلیمر را افزایش می‌دهد. در مورد هر دو این مواد، محققین بر این باورند که باعث بهبودی پایداری ذخیره‌سازی قیر اصلاح‌شده می‌شوند. به‌هرحال، خصوصیات کوپلیمر اتیلن ونیل استات (EVA) در ارتباط نزدیک با مقدار ونیل استات است. هنگامی‌که مقدار ونیل استات کم باشد، درجه تبلور بالا بوده و خواص اتیلن ونیل استات (EVA) بسیار شبیه به پلی‌اتیلن با چگالی پایین (LDPE) است. در هنگام افزایش مقدار ونیل استات، اتیلن ونیل استات (EVA) تمایل به ارائه یک ریزساختار دوفازی با فاز بلوری شبیه پلی‌اتیلن و فاز بی‌شکل غنی از ونیل استات لاستیکی دارد. درجه تبلور هنگامی‌که اتیلن ونیل استات (EVA) به‌عنوان اصلاح‌کننده قیر مورداستفاده قرار می‌گیرد باید به‌دقت کنترل شود؛ زیرا درجه تبلوری که مقدار آن نه خیلی کم (منجر به ایجاد اختلال) و نه بیش‌ازحد بالا باشد (که باعث کاهش واکنش‌پذیری با قیر می‌شود) به‌عنوان درجه مناسب تبلور برای قیر اصلاح‌شده مناسب است.
شکل ۴ ساختار اتیلن ونیل استات (EVA)
پس از افزودن کوپلیمر EVA به قیر، معمولاً ترکیبات سبک قیر کوپلیمر را متورم می‌کنند. در غلظت‌های پایین اتیلن ونیل استات (EVA)، فاز پراکنده غنی از EVA می‌تواند با فاز پیوسته غنی از قیر مشاهده شود. درنتیجه افزایش غلظت اتیلن ونیل استات (EVA)، وارونگی فازی در قیر اصلاح‌شده رخ‌داده و فاز غنی از EVA تبدیل به فاز پیوسته می‌شود. فرآیند وارونگی فازی در قیر اصلاح‌شده با EVA توسط تصاویر فلورسنت در شکل شماره ۵ ارائه‌شده است. اگر دو فاز پیوسته درهم‌تنیده در قیر اصلاح‌شده تشکیل شود، خصوصیات قیر می‌تواند تا حد زیادی بهبود یابد. اتیلن ونیل استات (EVA) به شکل یک شبکه سفت‌وسخت در قیر اصلاح‌شده برای مقاومت در برابر تغییر شکل یافت می‌شود و به معنی آن است که اتیلن ونیل استات (EVA) اصلاح‌کننده قیر، مقاومت در برابر شیار شدگی در دماهای بالا را بهبود می‌بخشد.
شکل ۵ تصاویر فلورسنت قیر اصلاح‌شده با اتیلن ونیل استات (EVA) در مقادیر مختلف از آن (برحسب درصد وزنی)
اگرچه برخی از خواص قیر توسط اصلاح با اتیلن ونیل استات (EVA) بهبود می‌یابد اما وجود برخی از مشکلات باعث ایجاد محدودیت در کاربرد آن می‌شود. یکی از محدودیت‌های بزرگ این واقعیت است که اتیلن ونیل استات (EVA) با توجه به ماهیت پلاستومری که دارد به‌اندازه کافی نمی‌تواند برگشت‌پذیری الاستیک قیر را بهبود بخشد. علاوه بر این، دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) کوپلیمر اتیلن ونیل استات (EVA)، به‌شدت به مقدار ونیل استات وابسته بوده که مقدار کم آن برای بهبود خواص قیر در دماهای پایین کافی نیست. گزارش‌شده که دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) کوپلیمر اتیلن ونیل استات (EVA) با ۲۸/۴ درصد وزنی ونیل استات برابر با ۱۹/۹- درجه سانتی گراد است که این مقدار کاملاً نزدیک به دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) برخی از قیرهای پایه است. درنتیجه، قابلیت EVA در بهبود خواص قیر در دمای پایین نسبتاً محدود است (مخصوصاً در غلظت‌های بالای EVA). طبق تحقیقات انجام‌گرفته توسط Ameri و همکاران، مقاومت قیر در برابر شکست در دمای پایین تا حدی با افزودن ۲ درصد وزنی و یا ۴ درصد وزنی اتیلن ونیل استات (EVA) افزوده می‌شود. این در حالی است که مقاومت در برابر شکست در دماهای پایین با افزودن ۶ درصد وزنی اتیلن ونیل استات (EVA) کاهش می‌یابد. در مقابل، اگرچه اتیلن بوتیل اکریلات (EBA) می‌تواند منجر به بی‌ثباتی ذخیره‌سازی قیر اصلاح‌شده شود ولی دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) آن بسیار کم‌تر از اتیلن ونیل استات با همان مقدار کومونومر (ونیل استات و یا بوتیل اکریلات) است. گزارش‌شده که دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) کوپلیمر اتیلن بوتیل اکریلات (EBA) با ۳۳/۹ درصد وزنی بوتیل اکریلات برابر با ۴۵/۹- درجه سانتی گراد است که منجر به ایجاد مقاومت بیشینه در برابر شکستگی در دماهای پایین در قیر اصلاح‌شده با اتیلن بوتیل اکریلات می‌شود. علاوه بر این، دمای ذوب بخش غنی از اتیلن در کوپلیمر اتیلن ونیل استات (EVA) بسیار کم‌تر از دمای معمول آماده‌سازی قیر اصلاح‌شده است. آن دامنه‌های بلورین سفت‌وسخت می‌تواند تا حدی با به‌کارگیری نیروی برشی در طول آماده‌سازی شکسته شوند. به‌منظور آماده‌سازی قیر اصلاح‌شده ایدئال با کوپلیمر اتیلن ونیل استات، Airey پیشنهاد کرد که درجه حرارت بیشینه در حدود ۵۵ درجه سانتی گراد محدود شود. بااین‌حال، آن بخش غنی اتیلن هنوز هم می‌تواند ذوب‌شده و تااندازه‌ای توسط نیروی برشی در هنگام اختلاط اتیلن ونیل استات اصلاح‌کننده قیر با ذرات معدنی، شکسته شود زیرا دمای معمول اختلاط اغلب بیش‌تر از دمای ذوب بخش غنی اتیلن است.
برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:
پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش ششم
برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:
