همه چیز در مورد قیر امولسیونی

کامل‌ترین مقاله در مورد قیر امولسیونی

برای اینکه بدانیم قیر محلول چیست باید علت استفاده از حالات مختلف قیر را بدانیم. معمولاً برای اینکه بتوان از قیر استفاده کرد نیاز است که این ماده ویسکوز را به مایع روان تبدیل کرد. در اصل سه روش برای تبدیل قیر با ویسکوزیته بالا به یک مایع با ویسکوزیته پایین وجود دارد:

• 1-    حرارت دادن

  

• 2-    استفاده از یک حلال و حل کردن قیر در آن
• 3-    امولسیون کردن قیر

انواع قیر امولسیونی

امولسیون قیر یا قیرابه یک سیستم دوفازی شامل قیر، آب و یک یا چند افزودنی برای کمک به تشکیل و پایداری و اصلاح خواص امولسیون است. قیر به صورت ذرات گسسته در سراسر فاز آب با قطر  1/0 تا 50  میکرومتر به وسیله بار الکترواستاتیک پخش و این بار به وسیله امولسیفایر پایدار شده است. قیر امولسیونی به چهار گروه تقسیم می شود؛ که دو گروه اول تاکنون بیشترین استفاده را داشته اند:

• 1-    قیر امولسیونی کاتیونی
• 2-    قیر امولسیونی آنیونی
• 3-    قیر امولسیونی غیر یونی
• 4-    قیر امولسیونی تثبیت شده با رس ( Clay Stabilized Emulsions  )

اصطلاحات کاتیونی و آنیونی از بار الکتریکی ذرات قیر گرفته شده است. این سیستم شناسایی از یک قانون اساسی الکتریسیته (دفع بارهای هم نام، جهب بارهای ناهمنام) مشتق شده است. اگر یک پتانسیل الکتریکی بین دو الکترود غوطه ور در یک امولسیون حاوی ذرات قیر با بار منفی به کاربرده بشود این ذرات به سمت آند مهاجرت می کنند. در چنین حالتی امولسیون را آنیونی می گویند. فرق بین قیر امولسیونی آنیونی با کاتیونی در این است که برعکس، در سیستم حاوی ذرات قیر با بار مثبت ذرات به سمت کاتد مهاجرت می کنند و سیستم را کاتیونی می گویند .ذرات قیر در قیر امولسیونی نانیونیک با قیر امولسیونی غیر یونی خنثی هستند و بنابراین به سمت هیچ یک از الکترودها مهاجرت نمی کنند. این نوع امولسیون ها به ندرت در بزرگراهها استفاده می شوند.

امولسیون های پایدار شده با رس، بجای استفاده در جاده سازی در صنعت استفاده می شوند. در این مواد امولسیفایرها پودرهای رس طبیعی یا فرآوری شده و یا بنتونیت با سایزهای خیلی کمتر از سایز ذرات قیر در امولسیون هستند. اگرچه ذرات قیر ممکن است حامل مقداری بار ضعیف باشند، مکانیسم اولیه که مانع تراکم می شود شامل حفاظت مکانیکی سطح  ذرات قیر به وسیله پودرها و ساختار تیکسوتروپ ( Thixotropic ) امولسیون که مانع حرکت ذرات قیر می شود، است.

در سال  1906 اولین ثبت اختراع درزمینه استفاده از قیرهای پخش شده در آب  یا  قیر محلول در آب منتشر شد. در ابتدا تلاش هایی برای تولید امولسیون توسط وسایل مکانیکی ضعیف انجام شد. به هرحال بعد از مدتی مشخص شد عملیات مکانیکی به تنهایی کافی نیست و امروزه از امولسیفایرها استفاده می شود .ابتدا، اسیدهای آلی طبیعی در قیر به وسیله اضافه کردن سدیم یا پتاسیم هیدروکسید به فاز آبی استفاده می شد. واکنشهای بعدی یک صابون آنیونی را ایجاد می کند که امولسیون را پایدار می کند. تعداد زیادی از اسیدهای شیمیایی برای افزایش پایداری قیر امولسیونی آنیونی استفاده می شود. شامل باقیمانده تبخیر اسیدهای چرب، رزین اسیییدها ( Rosin Acids )، هیدروکسی استاریک اسید و لیگنین سییولفوناتها (Lingnin Sulphonates) که همه می توانند قبل از تولید امولسییون با قیر مخلوط بشوند و یا در فاز آبی قلیایی حل بشوند.

از اوایل سالهای 1950 استفاده از امولسیفایرهای کاتیونی به دلیل سازگاری آنها با بسیاری از سطوح جامد به طور ویژه گسترش یافت و این یک خاصیت مهم در صنعت راه سازی و عایق ضد رطوبت  است زیرا در این صنعت فاکتور چسبندگی بسیار ضروری است. امولسیفایرهای کاتیونی که بیشتر استفاده می شوند شامل آمین ها  ( Amines )امید و آمینها ( AmidoAmines ) و امیدازولیومها (Amidazolines ) هستند.

امولسیفایر چیست؟

امولسیفایر در قیر امولسیونی استفاده می شود و باعث خواصی به شرح زیر می گردد:

خواص امولسیفایر

• ·       با کاهش کشش سطحی بین آب و قیر باعث آسان شدن تشکیل امولسیون می گردد.
• ·       تعیین می کند امولسیون تشکیل شده از نوع آب در روغن و یا روغن در آب باشد.
• ·       به وسیله جلوگیری از انعقاد قطره ها باعث پایداری امولسیون می شود
• ·       تعیین خواص کار آیی امولسیون مانند نرخ تنظیم ( setting rate ) و چسیییبندگی بر عهده امولسیفایر است.

امولسیفایر تنها جزء تشکیل دهنده پر اهمیت در انواع امولسیون های قیر در آب است. برای اینکه این ماده مؤثر باشد باید در آب حل شود و بین خواص آبدوستی ( Hydrophilic ) و چربیدوستی (Lipophilic) آن تعادل برقرار باشد. می توان از یک امولسیفایر یا ترکیبی از امولسیفایرها برای به دست آوردن خواص ویژه استفاده کرد.

در امولسیون، قسمت یونی امولسیفایر روی سطر  قطره های قیر قرار می گیرد در صورتی که زنجیرهای هیدروکربنی خود را به سطر  قیر می پیچانند و با آن پیوند برقرار می کنند.

بیشتر امولسیون هایی که در جهان تولید می شوند از نوع امولسیون های کاتیونی هستند که از انواع مخلوط های زیر تشکل شده اند:

مینوآن ها، دی آمین ها، ترکیبات چهارتایی آمونیوم، آمین های الکوکسی ( Alkoxylated Amiens) ، آمید و آمین ها

بیشتر این ها به طور طبیعی به شکل خنثی استخراج می شوند و نیاز است با یک اسید واکنش بدهند تا در آب حل شده و کاتیونی بشوند؛ بنابراین امولسیون های کاتیونی اسیدی هستند و دارای PH کمتر از 7 میب اشند. معمولاً هیدروکلریک اسید با اتم نیتروژن واکنش می دهد و یون آمونیوم تشکیل می شود.

ترکیبات آمونیوم چهارتایی نیازی به واکنشهای اضافی با اسیدها ندارد و به شکل نمک و محلول در آب هستند ولی برای اصلاح کار آیی امولسیون می توان PH را به وسیله اسید تنظیم کرد. امولسیون های آنیونی بعد از نوع کاتیونی دارای بیشترین کاربرد هستند و معمولاً به وسیله امولسیفایرهای اسیدهای چرب یا سولفونات ها پایدار می شوند. اسیدهای چرب در آب غیر محلول هستند و به وسیله واکنش با قلیا معمولاً سدیم یا پتاسیم هیدروکسید قابل انحلال می شوند.بنابراین امولسیونهای آنیونی قلیایی بوده و دارای PH بیشتر از 7 هستند

سولفونات ها معمولاً از نمک های سدیم محلول در آب به دست می آیند؛ و خنثی کردن بیشتر نیاز نیست و اما مقداری سدیم هیدروکسییید اضافی به منظور تنظیم PH بالاتر از 7 و یونی کردن اسیدهای طبیعی موجود در قیر استفاده می شود.

امولسیفایرهای غیر یونی به مقدار زیادی تولید نمی شوند و معمولاً برای اصلاح خواص امولسیون های کاتیونی و آنیونی استفاده می شوند. معمولاً امولسیفایرهای غیر یونی شامل اسیدهای چر هستند.

تولید قیر امولسیون

بیشتر قیر امولسیونی ها به وسیله آسیاب کلوئیدی پیوسته (Colloid Mill) تولید می شود. این دستگاه شامل یک روتور پر سرعت است با 1000rpm الی 6000rpm  در یک سیم پیچ می چرخد. فضای بین روتور و سیمپیچ معمولاً 0.2mm الی 0.5mm و قابل تنظیم است. قیر داغ و محلول های امولسیفایر به طور جداگانه اما همزمان به داخل آسیاب کلوئیدی پیوسته وارد می شوند. دمای این دو ترکیب برای کنترل فرآیند مهم است.

ویسکوزیته قیر ورودی به آسیاب کلوئیدی 2 پواز باشد. معمولاً از قیر پن گرید برای ساخت امولسیون قیر استفاده می شود و برای رسیدن به ویسکوزیته ذکر شده باید دما بین 100°C الی 140°C باشد. برای جلوگیری از جوشیدن آب، دمای آب را طوری انتخاب می کنند که دمای مخلوط نهایی کمتر از 90°C شود. وقتی قیر و محلولهای امولسیفایر وارد آسیاب کلوئیدی می شوند، تحت تأثیر نیروی برشی شدیدی قرار می گیرند که باعث میشود قیر به ذرات کوچکی تبدیل شود. ذرات هریک به وسیله امولسیفایر پوشیانده می شود وسطح  قطرات را یک بار الکتریکی فرا می گیرد و نیروی الکترواستاتیک به وجود آمده مانع از تجمع ذرات می شود.

وقتی قیر استفاده شده از نوع پن گرید و نرم نباشد، فرآیند بسیار سخت تر است. دمای بالاتری برای پمپ کردن و پخش شدن قیر در آسیاب لازم است و برای پخش شدن قیر آسیاب باید از نیروی بیشتری استفاده کند و این خود باعث افزایش دمای محصول می شود. برای استفاده از قیرهای با ویسکوزیته بالا به همراه امولسیفایرهای معمولی از آسیاب های تحت فشار استفاده می شود و باعث افزایش خروجی با قیر های معمولی می گردد. امولسیون های با دمای بیشتر از  130°C تحت فشار تولید می شوند و امولسیون تولیدشده باید قبل از ذخیره سازی در تانک های معمولی تا کمتر از  100 درجه سانتیگراد سرد شود.

بجای آسیاب کلوئیدی می توان از مخلوط کن استاتیک (Static Mixer ) استفاده کرد. این مخلوط کن فاقد قطعات محرک است. تنش بالای مورد نیاز برای تولید امولسیون به وسیله پمپ کردن مواد ورودی با سرعت بالا بر روی تیغه های طراحی شده برای ایجاد جریان بسیار نا آرام به وجود می آید. نداشتن قطعه متحرک و از مزایای بارز این نوع مخلوط کن است و از مزایای دیگر این مخلوط کن استاتیک کنترل سایز ذرات قیر و درنتیجه کنترل خواص امولسیون است.

ویژگی های قیر امولسیونی

عمده کاربری قیر امولسیونی جهت ایجاد پوشش در سطح است.؛ بنابراین در اینجا خواصی از امولسیون مورد بررسی قرار می گیرد که برای پوشش دادن سطوح نیاز است. با این وجود اصول ذکرشده کلی و مهمترین خواص قیر امولسیونی به شرح زیر است:

• –        پایداری
• –        ویسکوزیته ( به شکل دقیق تر رئولوژی )
• –        شکنندگی
• –        چسبندگی

از ویژگی های دیگر قیر امولسیونی این است که باید قابل ذخیره سازی باشد، اما در زمان کار باید به سرعت کیور شود و قیر باقیمانده دارای خواص ایدئال ، حمل ونقل و کاربرد پایدار باشد مانند چسبندگی قوی به سطح  جاده و سایر سطوح موردنظر باشد. امولسیون قیر باید دارای ویسکوزیته کم باشد تا کار کردن و کاربرد آن آسان شود و بینظمی اسپری شدن را به حداقل برساند. اما نباید به  شیب ها یا خمیدگی های جاده جریان یابد. ، دلیل بینظمی ها به طورکلی فرض بر این است که وقتی امولسیییون می شکند قیر باقیمانده دقیقاً خواص قیری را دارد که برای ساخت امولسیون استفاده شده است، اما استثنائاتی هم وجود دارد. امولسیفایر استفاده شده ممکن است قیر بازیافت شده را اصلاح کند، به خصوص خواصی که مربوط به سطح  می شود مانند چسبندگی.

امولسیون های پایدار شده با رس ( Clay Stablizized ) می تواند برای تولید فیلم های قیر استفاده بشود، این نوع امولسیییون حتی در دماهای بالا جاری نمی شود و برای پوشش بام و عایق کاری در عایق ضد رطوبت مناسب است. اصلاح کننده ها می توانند به صورت یک امولسیون به قیر امولسیونی اضافه بشوند. هر دو فاز پخش شده، جدا باقی می مانند تا زمانی که امولسیون کیور شود یا به اصطلاح بشکند. بعد ازآن مواد منعقد شده، یک مخلوط یکنواخت در ابعاد میکرون از دو ماده امولسیفای شده قبلی را تشکیل می دهند.

پایداری امولسیون قیر

مخلوط های کلوئیدی یا امولسیون ها به ویژه آنهایی که دارای مقدار قیر کم و ویسکوزیته پایین هستند تمایل به ته نشینی دارند. امولسیون ها در دمای محیط دانسیته قیرهایی که معمولاً برای تولید امولسیون استفاده می شود کمی بیشتر از فاز آبی است. درنتیجه، ذرات قیر تمایل به سقوط در فاز مایع دارند و یک لایه اشباء از قیر در ته و یک لایه کم قیر در قسمت بالای قیر امولسیونی ایجاد می شود.

ته نشینی را می توان به وسیله مساوی کردن دانسیته دو فاز کاهش داد. یک راه برای رسیدن به این هدف افزودن کلسیم کلراید به فاز آبی است. به هرحال ازآنجایی که ضریب گسترش دمایی قیر و فاز آبی یکسان نیست، دانسیته آنها فقط در دماهای مشخصی باهم برابر می شود .ازآنجاییکه ذرات بزرگتر با سرعت می توان ته نشینی را با کاهش اندازه ذرات و یا کاهش رنج  ، بیشتری از ذرات کوچکتر ته نشین می شود، اندازه ذرات حاضر در امولسیون کاهش داد. به علاوه افزایش ویسکوزیته فاز آبی می تواند باعث کاهش ته نشینی گردد. درواقع اگر فاز آبی بتواند رفتار غیر نیوتونی داشته باشد، تهنشنی به طور کامل حذف می شود. علاوه بر گرانش، نیروهای جاذبه و دافعه بین ذرات قیر وجود دارد که به دلیل وجود امولسیفایر است و می تواند باعث کاهش و یا افزایش ته نشینی شود.

ویسکوزیته امولسیون قیر

ازآنجایی که تقریباً همیشه از اسپری برای پاشیدن امولسیون قیر استفاده می شود، ویسکوزیته امولسیون در شرایط اسپری شدن در درجه اول اهمیت قرار دارد و متأسفانه قابل اندازه گیری نیست. امولسیون های دارای غلظت بالا از فاز پخش شونده (قیر) به ندرت مشخصات ویسکوزیته نیوتونی را دارند، به عنوان مثال ویسییکوزیته ظاهری با نرخ برشی که در آن ویسکوزیته اندازه گیری می شود تغییر می کند. به علاوه، نرخ تغییر ویسکوزیته با دما برای امولسیون های مختلف یکسان نیست. وقتی دو امولسیون مختلف باهم مقایسه می شوند، ممکن است یکی از آنها ویسکوزیته کمی و توزیع اسپری بهتری در دمای 85°C داشته باشد درحالی که ویسکوزیته بیشتر و روان آب (Run – off )  کمتری از سط  جاده در دمای 30°C   داشته باشد. اگرچه به دست آوردن اطلاعات بیشتر مشکل است، اندازه گیری ویسکوزیته تک نقطه می تواند گمراه کننده باشد.

سه روش برای افزایش ویسکوزیته امولسیون وجود دارد:

• – به وسیله افزایش غلظت فاز پخش شده (قیر)
• –  به وسیله افزایش ویسکوزیته فاز پیوسته
• –  به وسیله کاهش رنج توزیع اندازه ذرات به وسیله کاهش رنج توزیع اندازه ذرات

سوالات متداول

معیار انتخاب قیر امولسیونی چیست؟

از قیر امولسیونی عمدتا در مصارف راه سازی و ایجاد پوشش روی سطوح استفاده می شود ، به همین منظور باید توجه داشت که نوع سطح و شرایط محیطی اجرا به چه صورت است ، بر اساس در نظر گرفتن عوامل مذکور ، غلظت امولسیون قیر ، قیر اممولسیون کاتیونی ، قیر امولسیون آنیونی ، قیر امولسیون غیر یونی مشخص می شود ، همچنین جهت اجرا باید مشخص نمود که قیر امولسیونی مورد نظر از نوع قیر امولسیونی زود شکن ، قیر امولسیونی در شکن ، قیر اولسیونی کند شکن یا قیر امولسیونی CSS باید مشخص شود.

انواع قیر امولسیونی را نام ببرید

انواع قیر امولسیونی ار اساس ساختار:

• قیر امولسیونی کاتیونی
• قیر امولسیونی آنیونی
• قیر امولسیونی غیر یونی
• قیر امولسیونی تثبیت شده با رس

انواع قیر امولسیونی بر اساس شکست:

• قیر امولسیونی زود شکن
• قیر امولسیونی دیر شکن
• قیر امولسیونی کند شکن

قیر محلول چیست؟

قیر محلول نوعی مخلوط کلوئیدی روغن در آب همگن است که ذرات ریز قیر به کمک امولسیفایر در آب معلق می ماند. و قیر امولسیونی را تشکیل می دهد.

قیر آبه چیست؟

قیرابه نام دیگر قیر امولسیونی است که از حل شده قیر در آب بدست می آید.