Влияние химического состава и структуры окисленных битумов на пластические свойства битумполимерных систем

• Автор: Охотникова, Екатерина Сергеевна
• Шифр специальности: 02.00.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Введение
1 Современные представления о физикохимических свойствах и структуре битумных и битумполимерных систем
1.1 Состояние изученности химического состава окисленных битумов и его влияние на формирование физикохимических свойств битумных вяжущих

1.1.1 Состав и физикохимические характеристики компонентов битума

1.1.1.1 Характеристика мальтеновых компонентов битума

1.1.1.2 Современные представления о структуре молекул асфальтенов

1.1.2 Влияние состава битума на его эксплуатационные свойства

1.2 Современные представления о структуре битумных вяжущих

1.2.1 Развитие представлений о структуре технических битумов на основании данных современных методов физикохимического анализа

1.3 Физикохимические характеристики и структура

модифицированных битумных вяжущих

1.3.1 Классификация полимерных модификаторов
1.3.2 Структура битумполимерных композиций
1.3.3 Совместимость битума и полимера
2 Экспериментальная часть
2.1 Объекты исследования
2.2 Методы исследования
3 Изучение факторов, определяющих технологические характеристики и структуру окисленных битумов
3.1. Влияние состава окисленных битумов на их технологические
характеристики
3.2 Идентификация типа дисперсной структуры битумов по их реологическому поведению
3.3 Изучение особенностей состава дисперсионной среды окисленных битумов
3.4 Изучение структурных особенностей дисперсной фазы окисленных битумов
3.5 Исследование особенностей химического состава и структуры битума БНД производства ТАИФ НК
4 Изучение процессов совмещения битумов со полиолефиновыми термопластами
4.1 Обоснование состава смесевого полиолефинового термоэластопласга, применяемого для получения битум полимерных композиций
4.2 Влияние структуры битума на его совместимость со смесовым 0 иолиолефиновым термоэластопластом
5 Оптимизация состава битумполимерных композиций, на основе 9 битумов различного дисперсного строения
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПРИЛОЖЕНИЕ А Информационное
ПРИЛОЖЕНИЕ В Экспериментальный материал ПРИЛОЖЕНИЕ С Справки об использовании материалов диссертационной работы
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ККНА критическая концентрация наноагрегирования
ССЕ сложная структурная единица
НДС нефтяная дисперсная система
ДСК дифференциальная сканирующая калориметрия
МДСК модульная дифференциальная сканирующая калориметрия
ФМ флуоресцентная микроскопия
СЭМ сканирующая электронная микроскопия
К Л СМ конфокальная лазерносканирующая микроскопия
АСМ атомная силовая микроскопия
СКЭП синтетический каучук на основе этилена и пропилена
СКЭПТ тройной синтетический каучук на основе этилена, пропилена
диенового углеводорода
ЭВ А этиленвинилацетат
ЭБА этиленбутилакрилат
СБС сополимер стирола и дивинила
СИ С сополимер стирола и изопрена
СЭБС тройной сополимер стирола, этилена и бутилена
БПС битумполимерная система
ГЛБ гидрофильнолипофильный баланс
БН битум нефтяной
БНД битум нефтяной дорожный
БНК битум нефтяной кровельный
ПЭ полиэтилен
ПП полипропилен
ИП индекс пенетрации
Ткиш температура размягчения по методу кольцо и шар, С уг скорости сдвига, с1 ц динамическая вязкость, Пз
динамическая вязкость неразрушенной структуры, Пз Лтт динамическая вязкость разрушенной структуры, Пз тг напряжение сдвига, динсм2 то предельное напряжение сдвига, динсм2 ИТ индекс текучести
Накт энергия активации вязкого течения, кДжмоль ГЖХ газожидкостная хроматография
показатель углеводородного состава, характеризующий соотношение легких и тяжелых парафиновых углеводородов нормального строения ЕпСп2ЛСС.
ЭПР электронный парамагнитный резонанс
I содержание стабильных свободных радикалов,
IV2 содержание ванадилпорфириновых комплексов,
ПТР показатель текучести расплава
i значения потерь массы на первой стадии термоокислительной деструкции 0С, мае.
Дт2 значения потерь массы на второй стадии термоокислительной деструкции С , мае.
Дшз значения потерь массы на третьей стадии термоокислительной деструкции С , мае.
Т3,г температура зольгель перехода, С
Тн температура перехода в ньютоновское течение, С
ММР молекулярно массовое распределение
ОТЭП смесевые олефиновые термоэластопласты
ПН парафинонафтеновьте углеводороды
МЦА моноциклоароматические углеводороды
БЦА бициклоароматические углеводороды
ПЦА полициклоароматические углеводороды
Тплав температура плавления, С
АН энтальпия плавления, Джг
ВВЕДЕНИЕ


Авторами данных работ предлагается исключить из ГОСТ такие показатели, как пенетрация и дуктильность при О С, индекс пенетрации, так как они являются избыточными и зачастую дают противоречивую характеристику материала. Для того чтобы стандарт на битумы учитывал весь комплекс физикомеханических и химических свойств вяжущего предлагается включить в него следующие показатели растворимость, которая позволяет оценить присутствие в битумах, полученных окислением, карбенов и карбоидов кинематическая вязкость при 5 С, характеризующая поведение битума при его смешении с минеральной фазой в процессе приготовления асфальтобетона динамическая вязкость при С, которая позволяет оценить малакометрические характеристики хорошо коррелирует с температурой размягчения и пенетрацией и деформационную устойчивость битума. Следует отметить, что целесообразность перехода от эмпирических показателей к фундаментальным обосновывается повышением точности оценки качества битумов 9, , а также необходимостью разработки научнообоснованных требований к вяжущим материалам . Битум представляет собой сложную смесь углеводородов с числом углеродных атомов от С до С0 и количеством возможных изомеров превышающих , это создает определнные трудности при идентификации индивидуальных углеводородов, входящих в его состав. Поэтому состав битума обычно определяется в результате его разделения с использованием хроматографических методов на группы химических соединений, называемых в литературе масла в зарубежных стандартах насыщенные и ароматические углеводороды, смолы и асфальтены , . Следует отметить, что состав и физикохимические характеристики компонентов битума существенно зависят от используемой методики разделения , . Масляные компоненты битумов являются наиболее изученными. Они характеризуются наименьшей молекулярной массой 0 0 у. В соответствии с наиболее распространенным и принятым для анализа битумов методом адсорбционной жидкостной хроматографии углеводороды подразделяются на парафинонафтеновые, моно, би и полициклоароматические. В состав парафинонафтсновых компонентов битума входят углеводороды нормального и изостроения с числом углеродных атомов до и гибридные соединения, содержащие от 1 до 6 нафтеновых циклов, связанных слабо разветвленными алифатическими цепочкам, содержащими до атомов углерода . Оми имеют очень низкую температуру стеклования С и плотность при С порядка 0,9 гсм3. Значение параметра растворимости парафинонафтеновых соединений составляет ,5 МПа0,5 1, . Моноциклические ароматические компоненты битума представляют собой гибридные структуры, которые содержат бензольное кольцо, сопряженное с насыщенным окружением, представляющим нафтеновую полициклическую систему от 1 до циклов с алкильными заместителями , с числом атомов углерода от 1 до . Основными структурными элементами би и полициклических углеводородов являются двух и трехъядерные конденсированные ароматические системы, сопряженные с нафтеновыми циклами . В общем, ароматические соединения имеют температуру стеклования порядка С, плотность при С близкую к 1 гсм3 и параметр растворимости равный ,2 МПа 1, . Следует отмстить, что специфическими особенностями всех углеводородов масляных компонентов, за исключением налкановых, является наличие в молекулах развитых алициклических систем, малая длина и высокая степень развствленности алифатических фрагментов . В работе показано, что масла при достаточно низкой температуре обладают свойствами коллоидной дисперсной системы, такими как структурная вязкость, тиксотропия, статическая упругость сдвига, которые проявляются наиболее сильно в области температуры помутнения и связаны с присутствием твердых парафинов. Твердые парафины в битумах представляют собой сложную смесь углеводородов, таких как налканы с числом атомов углерода от С до С, изоалканы, циклоалканы, а также ароматических соединений с возможным числом атомов углерода больше С. Соотношение этих классов соединений существенно зависит от происхождения битумного сырья . Твердые парафины можно разделить на 3 группы макрокристаллические, микрокристаллические и аморфные рисунок 1. Макрокристаллические парафины в битумах состоят преимущественно из налканов с числом атомов углерода порядка .