نکات مهم در فرایند تولید قیر پلیمری با پمپ هموژن

تولید قیر پلیمری در ساختار راه های آسفالتی جزئی مهم و تعیین کننده است و در عایق کاری بام نیز به طور گسترده ای استفاده می شود. مخلوط آسفالتی از سنگدانه، قیر پلیمری و فضاهای خالی تشکیل می شود که حدود ۹۶-۹۴ درصد سنگدانه و ۶-۴ درصد آنرا قیر شامل می شود.

امروزه راه های مدرن که عمدتا آسفالتی هستند، می توانند در برابر شرایط متغیر آب و هوایی و بار سنگین ترافیکی مقامت کنند که نتیجه پیشرفت های قابل توجه در فناوری ساخت جاده هاست. این پیشرفت حاصل توجه به جنبه های فنی در طراحی ساختار، فرمولبندی، انتخاب مواد، تجهیزات و نحوه اعمال آنهاست.

خانواده پلیمرها یکی از مهم ترین اصلاح کننده های قیر هستند. پلیمرها بسته به نوعشان آثار مثبتی بر روی خواص عملکرد تولید قیر پلیمری خواهند داشت  قیر پلیمری در دماهای بالا و پایین قابلیت بالایی دارد از جمله مقاومت در برابر شیار شدن و ترک های گرمایی.

اصلاح خواص قیر و تولید قیر پلیمری، باعث افزایش سطح کیفی و بالا رفتن عمر مفید آن تا ۲۵%(بین ۲ تا ۱۰ سال) شده و در نتیجه هزینه های نگهداری و پوشش دادن مخلوط های آسفالتی به طرز محسوس کاهش خواهد یافت. 

انواع اصلاح کننده ها در تولید قیر پلیمری:

انواع اصلاح کننده های قیر و تولید قیر پلیمری به شرح زیر است:

اصلاح قیر با پلی الفین ها: 

قیر در دماهای پایین شکننده است به همین جهت برای اصلاح این مشکل و تولید قیر پلیمری از پلیمرهایی که Tg پایین تری دارند در ساختار قیر استفاده می شود. چون اکثر پلی الفینها دارای Tg پایینی هستند، مخلوط قیر و پلی الفین ها در دماهای پایین کرنش های بیشتری را تحمل می کند. 

از آنجایی که این مخلوط در واقع یک مخلوط دو فازی است هر چه اندازه ذرات پراکنده پلی الفینی در قیر پلیمری ریزتر باشد مقاومت بیشتری در برابر رشد ترک از خود نشان می دهد، و با درشت تر شدن ذرات پراکنده پلی الفینی این مقاومت کاهش می یابد. به بیان دیگر هر چه فاصله بین ذرات پلیمری بیشتر و اندازه ذرات درشت تر باشد، رفتار شکننده بیشتر مشاهده می شود.

بنابر این یکی از نکات ضروری در اصلاح قیر به وسیله پلی الفین ها آن است که از تجهیزات اختلاط مناسبی استفاده شود که اندازه ذرات پلیمر در داخل ماتریس قیر را تا جای ممکن ریز کند. 

اصلاح قیر و تولید قیر پلیمری با ترموپلاستیک الاستومرها: 

 در تولید قیر پلیمری گروه دیگری از پلیمرها تحت عنوان ترموپلاستیک الاستومرها هستند که باعث بهبود خواص قیر پلیمری در دماهای پایین می شوند. در واقع این گروه از پلیمرها مشکلات موجود در اختلاط الاستومرها و ترموپلاستیک ها با قیر را ندارند.

ترموپلاستیک ها در هنگام فرایند و اختلاط با قیر خوش رفتار هستند اما در بهره برداری خواص الاستیک مناسبی ندارند. از طرف دیگر الاستومرها در شرایط بهره برداری ایده آل ند اما در زمان اختلاط و شکل دهی ویسکوزیته بالایی دارند و کار را سخت می کنند. در ترموپلاستیک الاستومرها این مشکلات مرتفع شده است.

مهم ترین اعضای خانواده ترموپلاستیک الاستومرها استایرن-بوتادی ان (SB)، استایرن-بوتادی ان-استایرن (SBS)، استایرن-ایزوپرن-استایرن (SIS) و … است. زنجیرهای استایرن رفتار ترموپلاستیک و زنجیرهای بوتادی ان باعث ایجاد خواص ویسکولاستیک در محصول می شوند. 

 اصلاح قیر با استایرن بوتادی ان استایرن (SBS)

متاسفانه هنگام ذخیره سازی در دماهای بالا SBS تمایل به جدا شدن از قیر دارد، همین جدا شدن فاز پلیمر از قیر در مخزن های ذخیره سازی باعث ایجاد مشکل در پمپاژ می شود. از این رو نیاز است تا جای ممکن SBS با قیر سازگار شود. از آنجایی که هر چه درصد استایرن در بلوکهای کوپلیمری بیشتر باشد ناسازگاری SBS با قیر بیشتر می شود، بنابر این در کاربردهای اصلاح قیر معمولا از گریدهایی استفاده می شود که استایرن بین ۲۰ تا ۳۰ درصد وزن کل پلیمر را تشکیل دهد.

یکی دیگر از جنبه های مثبت کاربرد این پلیمر در تولید قیر پلیمری ویسکوزیته پایین قیر پلیمری در دمای اختلاط است. اما یک نقطه ضعف ذاتی SBS تخریب اکسایشی_حرارتی آن در دماهای بالاست. 

اصلاح قیر با کوپلیمر اتیلن وینیل استات (EVA) 

افزودن EVA به قیر باعث بهبود بسیاری از خواص قیر و تولید قیر پلیمری می شود. این کوپلیمر مشکل حلالیت در قیر ندارد و خواص آن وابسته به جرم مولکولی و درصد وینیل استات است.

 اصلاح قیر با خرده لاستیک بازیافتی:

استفاده از خرده یا پودر لاستیک های بازیافتی در اصلاح قیر و تولید قیر پلیمری به دهه ۱۹۶۰ میلادی باز می گردد. علاوه بر فواید زیست محیطی آن باعث افزایش ۱۰۰ تا ۲۰۰۰ درصدی ویسکوزیته قیر و بهبود خواص قیر پلیمری در دو محدوده دمایی گرم و سرد می شود. 

برخی از مزایای افزودن لاستیک های ضایعاتی به قیر بدین شرح است: 

 اثر فرایند اختلاط بر خواص قیر اصلاح شده:

 یکی از موارد تعیین کننده در میزان اثر بخشی پلیمرها در اصلاح قیر، فرایند اختلاط است. اگر پلیمر به درستی با قیر مخلوط نشود مورفولوژی مخلوط قیر پلیمری نهایی یکنواخت نخواهد بود و اختلاف فاز مشاهده خواهد شد. این بدین معناست که ساختار شبکه ای که باعث ذخیره انرژی تغییر شکل و بازیابی حالت اولیه خصوصا در دماهای بالا می شود، به دست نخواهد آمد.

هموژنایزرهای برشی نقشی حیاتی در تولید قیر پلیمری دارند، چون براحتی ذرات جامد و مایع را در فاز قیر پراکنده می کنند. هموژنایزرهای برش بالای مورد استفاده در تولید قیرهای پلیمری، دارای یک روتور و یک استاتور هستند. شرکت فناوران صادق اسپادانا پمپ هموژنی طراحی کرده است که با آن قیر پلیمری اصلاح شده با کیفیت می توان تولید کرد.

عملکرد پمپ هموژن

 مواد پس از ورود به پمپ هموژنایزر، از فضای بین ردیفهای روتور و استاتور که فاصله بسیار کمی است، عبور می کند. تعداد ردیف های روتور استاتور از 3 تا 15 ردیف، قابل تغییر است. هر چه تعداد ردیفهای روتور و استاتور بیشتر باشد، سیال با یک بار عبور از پمپ، تحت تنش برشی بیشتری قرار می گیرد و به این ترتیب خردشدن و همگن شدن مواد با سرعت و راندمان بیشتری انجام می شود.

فاصله بین هر ردیف روتور و استاتور یک استیج نام دارد. به عنوان مثال، سیال با عبور از یک پمپ دارای 8 ردیف روتور استاتور، 7 مرحله تحت تنش برشی قرار می گیرد و باصطلاح 7 استیج را پشت سر می گذارد و سپس از پمپ خارج می شود. به چنین پمپ هموژنایزری، پمپ هموژنایزر هفت استیجه می گویند.

پمپ هموژن ژاکت دار برای تولید قیر پلیمری

 پمپ های هموژن برای تولید قیر پلیمری، دارای ژاکت آبگرد هم بوده تا قابلیت گرمایش یا سرمایش داشته باشد. در اکثر موارد، این ژاکت جهت گرمایش استفاده می شود. و قبل از شروع فرآیند تولید، دمای ژاکت به دمای ذوب قیر پلیمری می رسد و سپس پمپ روشن می شود. زیرا تولیدکننده نگران است که با استارت کردن پمپی که بخوبی تمیز نشده، احتمال باقی ماندن مخلوط قیر در داخل روتور استاتور وجود داشته باشد و با روشن کردن پمپ، به موتور فشار بیاید.

هر چند که احتمال وقوع این پدیده بسیار کم است اما امکان رخداد خطای انسانی همیشه وجود دارد. چون ممکن است اپراتور دستگاه در شیفت قبل، پمپ و مسیر سیرکولاسیون را بخوبی شستشو نداده باشد و باقی ماندن مقدار کمی مواد در مسیر یا در داخل پمپ، و انجماد آن در دمای محیط، فشار زیادی هنگام راه اندازی به پمپ اعمال نموده و باعث آسیب به پمپ شود.

از آنجایی که مواد با عبور از هموژنایزر، تحت تنش برشی بالایی قرار می گیرند، در داخل پمپ گرم می شود. این گرما باعث می شود دمای سیال در هنگام عبور از پمپ، بیش از حد مورد نیاز بالا برود و احتمال شکست زنجیر پلیمرهای موجود در مخلوط بوجود بیاید. لذا پیشنهاد می شود، پس از راه اندازی دستگاه، گرمایش ژاکت تبدیل به سرمایش توسط آب سرد شود.