پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش یازدهم
پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش یازدهم
عامل دار کردن و استفاده از پلیمرهای واکنشی در قیر اصلاح شده پلیمری
ازنقطه‌نظر اصلاح پلیمری قیر، عامل دار کردن به معنی افزودن شیمیایی گروه‌های عامل دار خاص به پلیمر برای به دست آوردن خصوصیات مشخص برای قیر اصلاح‌شده پلیمری است. این خصوصیات شامل پایداری ذخیره‌سازی خوب، مقاومت عالی در برابر پیرشدگی، چسبندگی قوی به ذرات معدنی، سختی بیشینه در دمای بالا و مقاومت خوب در برابر شکستگی در دمای پایین است. این‌یک راه ممکن برای غلبه بر معایب پلیمرهای اصلاح‌کننده‌ای که در حال حاضر مورداستفاده قرار می‌گیرند بوده و سطح اصلاح پلیمری قیر را در آینده افزایش می‌دهد.
با استفاده از فرآیند عامل دار کردن، ممکن است عملکردهای مختلف و جدیدی از قیرهای اصلاح‌شده پلیمری موجود به‌دست‌آمده و حتی برخی از پلیمرهای اصلاح‌کننده نوینی مانند پلیمرهای واکنشی گسترش و توسعه یابند. در حقیقت، هرچند که این موضوع متداول نیست ولی اشباع کردن نیز می‌تواند به‌عنوان یک نوع عامل دار کردن به‌وسیله افزودن هیدروژن برای اشباع پلیمر در نظر گرفته شود.
اگرچه عملکردهای مختلفی از قیرهای اصلاح‌شده پلیمری موجود ممکن است با استفاده از عامل دار کردن به دست آید، هدف عمده تحقیقات انجام‌گرفته، بهبود سازگاری پلیمر اصلاح‌کننده با قیر است. معمولاً با افزودن گروه‌های عامل دار انتظار می‌رود که واکنش با برخی از ترکیبات قیر به شیوه‌های مختلف مانند تشکیل پیوندهای هیدروژن و یا پیوندهای شیمیایی صورت پذیرد. این امر ممکن است تا حدودی باعث بهبود سازگاری بین پلیمر اصلاح‌کننده و قیر شود. به‌طور مثال Wang و همکاران کوپلیمر استایرن بوتادین استایرن (SBS) عامل دار را به ترتیب توسط افزودن آمینو و گروه‌های کربوکسیلیک اسید آماده کرده و ادعا کردند که این گروه‌های عامل دار می‌تواند سازگاری کوپلیمر استایرن بوتادین استایرن (SBS) با قیر را بدون تأثیرگذاری چشمگیر بر دیگر خصوصیات، بهبود بخشند.
در همین حال، دیگر دانشمندان توانستند با استفاده از پیوندزنی، پلیمرهای اصلاح‌کننده را عامل دار کنند. مالئیک انیدرید (MAH)، متاکریلیک اسید و گلیسیدیل متاکریلات (GMA) که ساختار آن‌ها در شکل شماره ۱۰ ارائه‌شده است، به ترتیب برای پیوندزنی در برخی از پلیمرهای اصلاح‌کننده مورداستفاده قرار گرفت. مشخص شد که تمام این‌ها توانایی بهبود پایداری ذخیره‌سازی قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) و حتی ارتقاء برخی دیگر از خواص مانند دستیابی به مقاومت بیشینه در برابر شیار شدگی رادارند. علاوه بر بهبود سازگاری، تلاش‌های کم‌تری نیز برای به دست آوردن چسبندگی بهتر بین قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) و سنگدانه ها انجام‌گرفته است.
شکل ۱۰ ساختار: (A) مالیئک انیدرید (MAH) و (B) متاکریلیک اسید و (C) گلیسیدیل متاکریلات (GMA)
البته مسائلی نیز در مورد عامل دارهای مورداستفاده برای پلیمرهای اصلاح‌کننده وجود دارد که باید به آن‌ها توجه داشته باشیم. به‌طور مثال، در مورد بهبود پایداری ذخیره‌سازی، فعل‌وانفعالات بیش‌ازحد بین پلیمر اصلاح‌کننده و قیر می‌تواند موجب از بین رفتن ساختار دوفازی قیر اصلاح‌شده پلیمری شده و موجب بلااستفاده شدن محصول شود. علاوه بر این، برخی از پژوهشگران مدعی شدند که پلیمرهای غیراشباع (مانند استایرن بوتادین استایرن) قرار نیست که توسط فرآیند پیوندزنی عامل دار شوند، زیرا احتمالاً باعث ایجاد اتصالات عرضی ناخواسته می‌شوند. البته کوپلیمر استایرن بوتادین استایرن (SBS) پیوندی تهیه‌شده است و در اصلاح قیر توسط برخی از دانشمندان مورداستفاده قرار می‌گیرد.
در توسعه انواع جدید پلیمرهای اصلاح‌کننده، پلیمرهای واکنشی نمونه‌هایی هستند که نمی‌توان آن‌ها را در نظر نگرفت. در اصلاح قیر به‌وسیله پلیمرهای واکنشی، اعتقاد بر این است که این پلیمرها یک واکنش شیمیایی بین برخی از ترکیبات قیر انجام می‌دهند. این نوع پلیمرها شامل پلیمر اتیلن واکنشی و پلیمر مبتنی بر ایزوسیانات است.
پلیمر اتیلن واکنشی عمدتاً به‌عنوان کوپلیمر مبتنی بر اتیلن حاوی حلقه‌های اپوکسی، مانند کوپلیمر اتیلن گلیسیدیل اکریلات (EGA) و ترپلیمرهای تصادفی اتیلن، GMA و یک گروه استر (معمولاً متیل بوتیل و یا بوتیل اکریلات) گزارش‌شده است. برخی از آن‌ها حتی در صنعت نیز مورداستفاده قرار می‌گیرند. ثابت‌شده که آن‌ها معمولاً توانایی بهبود سازگاری پلیمر با قیر را دارند. گروه‌های اکریلات در مولکول‌ها باعث افزایش قطبیت پلیمر شده و حلقه‌های اپوکسی تمایل به واکنش با برخی از گروه‌های عامل دار (مانند گروه کربوکسیلیک اسیدها) در را قیر دارند.
به‌هرحال عوامل زیادی وجود دارد که به‌کارگیری آن‌ها را محدود کرده است. Zanzotto و همکاران گزارش کردند که اصلاح قیر با غلظت کم از کوپلیمر اتیلن گلیسیدیل اکریلات (EGA) محصولی با خواص حرارتی بالا مشابه اصلاح قیر با غلظت زیاد از دیگر پلیمرهای اصلاح‌کننده (مانند SBS و EVA) ایجاد می‌کند. ولی کوپلیمر EGA در زمینه بهبود خواص قیر در دمای پایین ناتوان است. طبق تحقیقات انجام‌گرفته توسط Polacco و همکاران، هنگامی‌که مقدار پلیمر اتیلن واکنشی (در حقیقت ترپلیمرهای تصادفی اتیلن، GMA و گروه های استر که به‌عنوان ترپلیمرهای اتیلن واکنشی نامیده می‌شوند) به مقدار کافی برای اصلاح قیر زیاد باشد، قیر اصلاح‌شده پلیمری به‌دست‌آمده ناپایدار بوده و تمایل به ژله‌ای شدن ناشی از واکنش‌های بین زنجیره‌ای بیش‌ازحد با پلیمر اتیلن واکنشی، در آن وجود دارد. در مقابل، قیر اصلاح‌شده پایدار با پلی‌اتیلن واکنشی فقط می‌تواند در مقدار کم پلیمر (معمولاً ۱/۵ تا ۲/۵ درصد وزنی) به دست آید. در این مقدار پلیمر، وارونگی فازی رخ نداده و خصوصیات مکانیکی قیر بهبود چشمگیری نخواهد داشت. اعتقاد بر این است که پلیمر اتیلن واکنشی برای اصلاح قیر مناسب نیست.
در مورد پلیمرهای مبتنی بر ایزوسیانات، آن‌ها اغلب به‌عنوان پلی‌اتیلن گلیکول (PEG) و یا پلی‌پروپیلن گلیکول (PPG) با وزن مولکولی کم، عامل دار شده توسط گروه ایزوسیانات گزارش‌شده‌اند. مثالی از آن را می‌توان در شکل شماره ۱۱ مشاهده کرد. آن‌ها ثابت کرده‌اند که توانایی بهبود برخی از مشخصات فیزیکی قیر را توسط فعل‌وانفعالات شیمیایی در درجه حرارت بالا را دارند. درنتیجه‌ی به هنگام حضور گروه‌های ایزوسیانات، اعتقاد بر این است که این پلیمرها با گروه‌های هیدروکسیل در قیر واکنش می‌دهند.
به‌عنوان نتیجه‌گیری باید گفت که پلیمرهای مبتنی بر ایزوسیانات توانایی افزایش ویسکوزیته و بهبود پایداری ذخیره‌سازی و مقاومت در برابر شیار شدگی قیر را در دماهای بالا دارند؛ اما آن‌ها در زمینه بهبود خواص قیر در دمای پایین در مقایسه با قیر اصلاح‌شده با استایرن بوتادین استایرن (SBS) ضعیف‌تر هستند. علاوه بر این، واکنش بین پلیمرهای مبتنی بر ایزوسیانات ممکن است منجر به افزایش خطر ژله‌ای شدن در قیر اصلاح‌شده شود. درنتیجه تحقیقات بیش‌تری برای حل مشکلات بالقوه در زمینه اصلاح قیر با استفاده از پلیمرهای مبتنی بر ایزوسیانات موردنیاز است.
شکل ۱۱ ساختار
یک پلیمر مبتنی بر ایزوسیانات: پلی‌اتیلن گلیکول (PEG) عامل دار شده توسط دی فنیل متان دی ایزوسیانات (MDI)
برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:
پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش دوازدهم
برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:
