برای ما ایرانی‌ها که کشورمان یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان نفت در دنیا است، واژه‌هایی مانند برج تقطیر و برش‌های نفتی آشنا هستند. پالایشگاه نفت آبادان، با بیش از 100 سال قدمت، اولین پالایشگاه نفت خاورمیانه محسوب می‌شود. یکی از محصولات مهم و پرکاربرد این پالایشگاه‌ها، قیر است که در ته‌مانده برج تقطیر (Vacuum bottom) به دست می‌آید. قیر ماده‌ای ویسکوز و چسبنده با رنگ مشکی یا قهوه‌ای است که به دلیل خواص ضدآب و چسبندگی خود، از هزاران سال پیش در عایق‌سازی و ساختمان‌سازی استفاده شده است. با این وجود، قیر در کاربردهای مهندسی معاصر دارای محدودیت‌هایی است؛ به‌ویژه اینکه در دماهای پایین شکننده و در دماهای بالا نرم و روان می‌شود. این محدودیت‌ها باعث شده است که مهندسان به دنبال بهبود خواص قیر باشند. یکی از بهترین راهکارها برای این کار، تولید قیر اصلاح شده با پلیمر است.
ساختار و اجزای قیر
قیر ماده‌ای پیچیده از هیدروکربن‌ها و غیرهیدروکربن‌ها است. ساختار هیدروکربنی آن شامل پارافین‌ها، نفتنیک‌ها و آروماتیک‌ها بوده و در کنار آنها عناصری مانند گوگرد، اکسیژن، و نیتروژن نیز وجود دارد. عناصر تشکیل‌دهنده گریدهای مختلف قیر عبارتند از:
- کربن: 82 تا 85 درصد
- هیدروژن: 8 تا 11 درصد
- گوگرد: 0 تا 6 درصد
- اکسیژن: 0 تا 1.5 درصد
- نیتروژن: 0 تا 1 درصد
در برخی نمونه‌ها نیز ردپای فلزاتی مانند نیکل، آهن، وانادیوم، کلسیم و منیزیم مشاهده می‌شود.
نقش پلیمرها در بهبود خواص قیر
در دهه هشتاد میلادی، شباهت ساختار هیدروکربنی قیر با پلیمرها، زمینه‌ساز ورود پلیمرها به دنیای قیر شد. پلیمرها با ساختار کنترل‌شده می‌توانند خواص قیر را بهبود بخشند؛ به‌طوری که در سرما شکننده نشود و در گرما از نرم شدن بیش از حد جلوگیری کند.
از پلیمرهای پرکاربرد در قیر پلیمری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن
- EVA
- SBS، SEBS، SEPS
- SBR و SIS
علاوه بر پلیمرهای ذکر شده، استفاده از پلاستیک‌های بازیافتی و قطعات لاستیکی نیز برای تولید قیرهای اصلاح‌شده مورد توجه قرار گرفته است.
نکات مهم در اصلاح قیر با پلیمر
یکی از چالش‌های اصلی در تولید قیر مهندسی، ناسازگاری قیر و پلیمر است. کیفیت اختلاط این دو جزء، نقشی اساسی در بهبود خواص قیر دارد. برای دستیابی به بهترین نتیجه، باید:
- گرید قیر و ساختار آن که وابسته به نفت خام مورد استفاده و شرایط تولید است، مشخص شود.
- پلیمر مناسب بر اساس خواص مورد نظر انتخاب شود.
- درصد بهینه‌ای از پلیمر به قیر اضافه گردد.
- خواص قیر اصلاح شده با استانداردهای مهندسی ارزیابی شود.
کاربردهای قیر اصلاح شده
امروزه، قیر اصلاح شده با پلیمر در راه‌سازی، عایق‌سازی ساختمان‌ها، و پروژه‌های بزرگ مهندسی کاربرد گسترده‌ای دارد. این فناوری علاوه بر افزایش عمر مفید راه‌ها و ساختمان‌ها، تأثیر چشمگیری در کاهش هزینه‌های نگهداری و تعمیرات دارد.
