اصلاح شده پلیمری در ایران با کیفیت و با دوام
قیر یک محصول فرعی تقطیر جز به‌جز نفت خام است ولی به‌صورت انباشت‌های طبیعی هم یافت می‌شود.قیر ترکیب منحصربه‌فردی از ترکیبات آلی آب‌گریز با خصوصیات چسبندگی است که بیش از ۵۰۰۰ سال است که به‌طور مؤثر مورداستفاده بشریت قرارگرفته است.قیر یک ماده گرمانرم(ترموپلاستیک)ارزان‌قیمت بوده که به‌طور گسترده در عایق سازی پشت‌بام‌ها و ساخت جاده‌ها و پیاده‌روها کاربرد دارد.به‌هرحال قیر در محیط‌های سرد حالت شکننده و در محیط‌های گرم به‌آسانی نرم می‌شود.یکی از چندین روش مؤثر برای بهبود خواص قیر،استفاده از پلیمر در ترکیب آن و تولید قیر اصلاح‌شده پلیمری(PmB) است.
در این مطلب به معرفی ساختار و خصوصیات قیر و قیر اصلاح شده پرداخته و یک مرور کوتاهی بر مقالات منتشرشده در مورد PmB خواهیم کرد.
قیر بر اساس تعریف موسسه استاندارد انگلیس، یک مایع ویسکوز و یا یک ماده جامد است که اساساً شامل هیدروکربن‌ها و مشتقات آن بوده که در تری‌کلرواتیلین محلول و به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای غیر فرار است، در صورت افزایش دما به‌تدریج نرم شده، به رنگ تیره یا قهوه‌ای بوده و دارای خواص چسبندگی و ضدآبی است که هم از پالایش نفت خام به دست می‌آید و هم به‌صورت انباشت‌های طبیعی یافت می‌شود. بشریت برای هزاران سال است که از قیر استفاده می‌کند. در کتاب‌های مقدس اشارات زیادی در مورد قیر وجود دارد (مانند استفاده حضرت نوح از این ماده برای عایق سازی کشتی خود در برابر آب).
نام دیگر قیر Pitch است که معادل لاتین واژه Gwitu-men بوده که به‌مرورزمان کوتاه و به واژه Bitumen تبدیل‌شده و سپس از واژگان زبان فرانسوی وارد واژگان انگلیسی شده است. همچنین در این کتاب‌ها به این موضوع اشاره‌شده که برای ساخت برج‌های بابل از آجر با ملات قیر استفاده‌شده است (Whiteoak,1990). برای بیش از ۵۰۰۰ سال از قیر به‌عنوان ماده‌ای برای عایق‌کاری و ضدآب کردن و عامل چسباننده استفاده‌شده است(Abraham,1945).اولین استفاده ثبت‌شده از قیر در عهد باستان توسط سومری‌ها در ۳۸۰۰ سال قبل از میلاد و همچنین استفاده مصریان از آن در طول مراحل مومیایی کردن اجساد بوده است (Volke,1993-Chirife et al,1991).
همان‌طور که اشاره شد، قیر هم به‌صورت طبیعی یافت شده و هم ماده اولیه تولید آن پس از مراحل پالایش نفت خام در ته برج‌های تقطیر باقی می‌ماند. از قرن بیستم تقاضا برای استفاده از قیر افزایش یافت که این مقدار تقاضا بیشتر از منابع قیر طبیعی زمین بود.قیر طبیعی ممکن است در مجاورت ذخایر زیرزمینی نفت خام حضورداشته باشد و در مناطقی که گسل‌های زمین‌شناسی رخ‌داده باشد امکان نشت آن در سطح وجود دارد.مقدار و ماهیت این مواد طبیعی به تعداد و نوع فرایندهای طبیعی که منجر به اصلاح خصوصیات این مواد شده است بستگی دارد.
نفت خام از بقایای اجساد موجودات ارگانیک دریایی و گیاهان نباتی که به‌وسیله گل‌ولای و قطعات سنگی در کف بستر اقیانوس دفن شده‌اند تشکیل‌شده است.بعد از میلیون‌ها سال مواد ارگانیک و گل‌ولای دارای صدها متر ضخامت شده و وزن زیاد لایه‌های بالایی لایه‌های زیرین را تحت‌فشار قرار داده و باعث ایجاد سنگ رسوبی می‌شود.تبدیل مواد ارگانیک و بقایای گیاهان نباتی به هیدروکربن‌های نفت خام درنتیجه اثر توأمان حرارت پوسته زمین و فشار وارده بر اثر وزن لایه‌های رسوبی بالایی و با کمک فعالیت‌های باکتریایی و بمباران‌های رادیواکتیو انجام می‌پذیرد.
به‌طورکلی چهار منطقه اصلی تولیدکننده نفت در کره زمین وجود دارد:
ایالات‌متحده آمریکا،روسیه،خاورمیانه و کشورهای اطراف دریای کارائیب.
قیر از تقطیر جز به‌جز نفت خام در دمای ۳۰۰ الی ۳۵۰ درجه سانتی گراد به دست می‌آید.شکل ۱-۱ یک نمونه شماتیک از مراحل تقطیر را نشان می‌دهد.در ابتدا بخش‌های بزرگ‌تر مانند پروپان و بوتان و پس‌ازآن نفتا،نفت سفید و گازوئیل جداسازی می‌شود.ته‌نشین باقیمانده در برج ماده ایست بنام وکیوم باتوم که برای تولیدگرید های مختلف قیر مورداستفاده قرار می‌گیرد.اضافه شدن اکسیژن و استفاده از حرارت و فشار و اینکه چه مقدار اکسیژن به سیستم دمیده شود باعث تولید گریدهای مختلف قیر می‌شود.در انگلستان قیر معمولاً در چهار رده دسته‌بندی می‌شود:
- قیرهای Penetration Grade : بر اساس نتیجه آزمایش درجه نفوذ و نقطه نرمی دسته‌بندی می‌شوند.
- قیرهای Cutback Grade : بر اساس ویسکوزیته دسته‌بندی می‌شوند.
- قیرهای Hard Grade : بر اساس آزمایش میزان نفوذ و نقطه نرمی دسته‌بندی می‌شوند.
- قیرهای Oxidised Grade : بر اساس آزمایش میزان نفوذ و نقطه نرمی و بر اساس معیارهای حلالیت دسته‌بندی می‌شوند.
خطوط مستقیم نشان‌دهنده اجزای آروماتیک و خطوط زیگزاگ نشان‌دهنده اجزای اشباع می‌باشد.
| G: Intra-cluster | A: Crystallite |
| H: Inter-cluster | B: Chain bundle |
| I: Resin | C: Particle |
| J: Single Layer | D: Micelle |
| K: Petroporphyrin | E: Week link |
| L: Metal | F: Gap & hole |
قیر یک مخلوط پیچیده‌ای از مولکول‌های سنگین هیدروکربنی و غیر هیدروکربنی است که می‌تواند به بخش‌هایی شامل آسفالتن ها،زرین‌ها،آروماتیک‌ها و پارافین‌ها تفکیک شود(Tranler,1936).
سه دسته از هیدروکربن‌ها در قیر وجود دارند،پارافینیک ها،نفتینیک ها و آروماتیک ها.مواد غیر هیدروکربن موجود در قیر دارای اتم‌های هتروسیلیک شامل سولفور، نیتروژن و اکسیژن هستند.
آنالیز عنصری قیر تولیدشده از منابع مختلف نفت خام نشان می‌دهد که بیشتر قیرها شامل عناصر زیر است :
کربن ۸۵-۸۲ درصد
هیدروژن ۱۱-۸ درصد
سولفور ۶-۰ درصد
اکسیژن ۱/۵-۰ درصد
نیتروژن ۱-۰ درصد
اثر مقادیری از فلزات و عناصر دیگر شامل نیکل،آهن،وانادیوم،کلسیم،منیزیم و کروم نیز در قیر یافت شده است.مولکول‌های آسفالتین شامل ورقه مسطح از سیستم‌های آروماتیک غلیظ شده است که به‌وسیله سولفور،اتر،زنجیره‌های آلیفاتیک و یا حلقه‌های نفتیک به‌هم‌پیوسته می‌باشند.شکاف‌ها و حفره‌ها در سیستم‌های آروماتیک با اتم‌های هیدروسیلیک به‌وسیله فلزات واسطه مانند وانادیوم،نیکل و آهن که به‌احتمال‌زیاد ناشی از هجوم ردیکال های آزاد است هماهنگ می‌شوند.
در مقایسه با آسفالتن ها، رزین‌ها کوچک تر و با وزن مولکولی بسیار کمتر در نظر گرفته‌شده‌اند. رزین‌ها شامل ترکیبات آروماتیک هستند که جایگزین آلکیل های دیگر شده و توسط تعداد بیشتری از زنجیره‌های جانبی به حلقه آسفالتن ها متصل می‌شوند ترکیبات اشباع و خصوصیات آروماتیک رزین‌ها باعث تثبیت ساختار کلوئیدی آسفالتن ها می‌شود. و درواقع رزین‌ها باعث بهبود عملکرد آسفالتن ها هستند.
ازلحاظ ساختاری آروماتیک‌ها شامل هسته بزرگ‌تری از نفتنیک-آروماتیک ها با سهم بیشتری از زنجیره‌های جانبی نسبت به رزین‌ها است. آلکیل نفتین ها غالب بوده و زنجیره‌های مستقیم آلکان ها به‌ندرت وجود دارد.
پارافین‌ها شامل هیدروکربن‌های آلیفاتیک مستقیم و شاخه‌ای است.میانگین وزن مولکولی پارافین‌ها شبیه به آروماتیک‌هاست و ترکیبات مومی (WAX) و غیر مومی در ساختار آن مشاهده می‌شود.
همان‌طور که در بالا اشاره شد قیر یک سیستم کلوئیدی است که از چهار جزء اصلی تشکیلی شده است. مشخصات فیزیکی قیر مستقیماً به مقدار آسفالتن ها و اندازه ساختارهای میسل که به‌نوبه خود وابسته به درجه جذب رزین‌ها است، مربوط می‌شود.
مواد طبیعی دیگری مانند نمک‌های معدنی از زنجیره طولانی کربوکسیلیک اسیدها ، آلکن ها ، مرکاپتن ها و دیگر ترکیبات مانند پورفین ها به مقدار بسیار کم در اجزای آسفالتن ها و رزین‌ها وجود دارد. این مواد نقش تأثیرگذاری بر خصوصیات قیر دارند. این مسئله اثبات‌شده است که رئولوژی قیر رابطه مستقیمی با مقدار چهار بخش اصلی تشکیل‌دهنده قیر به‌ویژه مقدار آسفالتن ها دارد (سیمپسون و همکاران ۱۹۶۱).
نئومن و رحیمیان در سال ۱۹۹۲ رئولوژی ساختارهای کلوئیدی قیر را موردمطالعه قرار داده و به این نتیجه رسیدند که خصوصیات رئولوژی به غلظت بستگی دارد.
همان‌طور که گفته شد، دو خصوصیت سودمند قیر ویژگی چسبندگی و ضد آب بودن آن است. Khudyakova و همکاران ماهیت شیمیایی خصوصیت چسبندگی قیر را موردبررسی قرار داده و به این نتیجه رسیدند که چسبندگی بین قیر و مواد معدنی در درجه اول به ترکیبات شیمیایی رزین‌ها،آروماتیک‌ها و ترکیبات اشباع و در درجه دوم به غلظت ترکیبات قطبی که قابلیت پیوند با مواد معدنی اسیدی که توسط آب از بین نمی‌روند،بستگی دارد.
عوامل چسبندگی مانند آلکیل پروپیلین دی آمیدها به مخلوط قیر-مواد معدنی اضافه‌شده تا از گسستگی بین مواد جلوگیری کنند (مخصوصاً در شرایط مرطوب)Donbavand.
در سال ۱۹۸۴ از آزمایش وزن سنجی حرارتی(Thermogravimetry) برای تشخیص و شناسایی عوامل چسبندگی در مخلوط قیر استفاده کرد.جزئیات بیشتر و گسترده‌تری از ساختار کلوئیدی و خصوصیات قیر را می‌توان از بررسی‌ها و مطالعات به‌عمل‌آمده توسط Lesueur به دست آورد.
بررسی قیر اصلاح شده با پودر لاستیک
استفاده از پودر لاستیک از تایرهای پایان عمر در مخلوط های آسفالتی به عنوان یک گزینه بسیار جالب در اصلاح قیرها برای به دست آوردن مخلوط های آسفالتی با کیفیت بالاتر و در عین حال، حل یک مشکل زیست محیطی ثابت شده است. ترکیب پودر لاستیک در یک مخلوط قیری خواص رئولوژیکی آن را اصلاح می کند و عملکرد آن را به عنوان یک ماده جاده بهبود می بخشد.
مقاومت بیشتر در برابر ترک، هم به دلیل خستگی و هم به دلیل انعکاس، حساسیت حرارتی کمتر، مقاومت بهتر در برابر شیارها و مقاومت بیشتر در برابر پیری از جمله پیشرفت هایی است که آنها در مخلوط های آسفالتی ایجاد می کنند. علاوه بر این تضاد با خط کشی های جاده بیشتر طول می کشد، زیرا رنگ سیاه دوام بیشتری دارد و برای ساخت و نصب مخلوط ها از همان ابزاری که برای مخلوط های معمولی استفاده می شود استفاده می شود. در ادامه درباره قیر اصلاح شده با پودر لاستیک توضیح بیشتری می دهیم.
روش های استفاده از پودر لاستیک در مواد قیری عبارتند از:
۱- راه خشک
پودر لاستیک به همراه قیر و سنگدانه ها مستقیماً به مخلوط کن در کارخانه تولید مخلوط آسفالت وارد می شود. گرد و غبار لاستیک تا حدی به عنوان یک سنگدانه عمل می کند، اما ذرات ریزتر با قیر تعامل دارند و خواص آن را تغییر می دهند. در نهایت می توان به کمک پودر لاستیک، قیر اصلاح شده را تولید کرد.
۲- مسیر مرطوب
آنها با افزودن پودر لاستیک به چسب آسفالت ساخته می شوند که بعداً در مخلوط استفاده می شود. قیر حاصل چسبناک تر است و به زمان واکنشی نیاز دارد که اغلب هضم یا بلوغ نامیده می شود. به طور کلی انواع زیر متمایز می شوند:
- قیر تقویت شده با لاستیک (BC) که دارای ویژگی های بهتری نسبت به قیرهای آسفالتی با درصد گرد و غبار لاستیک کمتر از 10-12 درصد است. آنها با استاندارد EN 12591 مطابقت دارند.
- قیر اصلاح شده با لاستیک (BMC)، با خواص تجربی مشابه (به جز شکل پذیری) با قیرهای اصلاح شده پلیمری و با کمتر از 15 درصد گرد و غبار تایر. آنها باید با استاندارد EN 14023 مطابقت داشته باشند.
- قیرهای با ویسکوزیته بالا (BMAVC) با نسبتی در حدود 20 درصد. آنها در محل تولید می شوند و مستقیماً به مخلوط کن کارخانه آسفالت تغذیه می شوند.
مزایا
جدا از مزایای زیست محیطی که با تمام تکنیک ها مشترک است، مزایای اصلی مسیر مرطوب عبارتند از:
– می توان آن را مستقیماً “آماده برای استفاده” به تولید کنندگان مخلوط آسفالت به عنوان قیر معمولی یا اصلاح شده پلیمری عرضه کرد.
– قیرهایی به دست می آیند که امکان ساخت مخلوط هایی با ارزش قیر بالاتر و در نتیجه دوام بیشتر را فراهم می کنند.
– یک کارخانه واحد می تواند چندین کارخانه آسفالت را تامین کند
معایب
در مورد معایب قیر لاستیکی، ذکر این نکته ضروری است که در برخی موارد مخلوط قیر و پودر لاستیک می‌تواند ناپایدار باشد و دانه‌های لاستیک رسوب کنند. بنابراین لازم است از ابزارهای لازم برای اطمینان از جابجایی و نگهداری محصول بدون جداسازی استفاده شود و بتوان بین لاستیک های سازگار و ناسازگار تمایز قائل شد. از این نظر مشاهده شده است که می توان برخی از مشخصات فنی مورد نیاز قیرهای لاستیکی را برآورده کرد و البته سازگاری بین اجزای آن را تضمین نمی کند. با این حال، در حال حاضر امکان دستیابی به قیرهای بهبود یافته (BC) و اصلاح شده با لاستیک (BMC) وجود دارد که در ذخیره سازی و حمل و نقل پایدار بوده و در کارخانه هایی مشابه قیرهای اصلاح شده با پلیمر تولید می شوند. این قیرها همگن بوده و به دلیل جداسازی فاز تفاوتی در خواص خود نشان نمی دهند.
توسعه قیرهای لاستیکی
پودر تایر از لاستیک استایرن ولکانیزه و یا لاستیک طبیعی به نسبت 50% تشکیل شده است. از آنجایی که آنها لاستیک های ولکانیزه هستند، پراکندگی آنها در قیر آسفالت گران است و بنابراین باید از دماهای بالا استفاده کرد و گاهی اوقات از کاتالیزورهایی استفاده کرد که پلیمریزاسیون اکسیداتیو لاستیک را فعال کرده و ادغام آن را در قیر تسهیل می کند. لاستیک های کامیون نسبت به لاستیک های سواری، نسبت لاستیک طبیعی بیشتری دارند. این لاستیک نسبت به لاستیک های مصنوعی سازگاری بیشتری دارد و در نتیجه، نتیجه بهتری می دهد.
بسیاری از انواع لاستیک با منشا و گرانولومتری متفاوت آزمایش شده‌اند که نتایج متفاوتی از پایداری و خواص ارائه می‌دهند. بهترین عملکرد برای گرد و غبار به دست آمده از آسیاب محیطی رخ می دهد زیرا این ذره دارای سطح ویژه بالاتری است و بنابراین واکنش پذیرتر است. همچنین مشخص شده است که اندازه ذرات ریز به زمان واکنش کوتاه‌تر و دمای اختلاط کمتری نیاز دارد، اگرچه هزینه آن بیشتر است. در مقابل یک ذره ضخیم تر مقرون به صرفه تر خواهد بود اما نیاز به زمان و انرژی بیشتری برای اصلاح دارد.
خرید و فروش قیر
ما بر تولید کننده قیر، متمرکز شده‌ایم که الزامات پایداری ذخیره‌سازی مورد نیاز در ورق‌های قیر اصلاح شده با پلیمر را برآورده می‌کنند تا به مشتریان خود یک چسب «آماده برای استفاده» را عرضه کنیم که می‌توانند آن را در مخازن خود بدون قیر ذخیره کنند. نیاز به اصلاح، بدون هم زدن و با محدوده ویسکوزیته مناسب برای جابجایی بدون مشکل در کارخانه های تولید مخلوط آسفالت معمولی وجود دارند. خرید و فروش قیر صادراتی با بهترین قیمت و بالاترین کیفیت در مجموعه رنگ افروز فرنام انجام می شود، جهت کسب اطلاعات بیشتر می توانید با کارشناسان ما در ارتباط باشید.