РОЛЬ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИСПЕРСНОСТИ
НЕФТЯНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА БИТУМНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Регулирование дисперсного состава битумов изменением технологических параметров при переработке (окислении) остаточного нефтяного сырья (ОНС) не позволяет получить битумный изоляционный материал (БИМ) с приемлемым уровнем деформационной стойкости к высоким нагрузкам.
В связи с этим научно-практические аспекты создания физико-химических технологий (ФХТ) модификации битумных материалов свидетельствуют о том, что улучшение их свойств возможно путем введения наполнителей необходимого состава и химической природы, обладающие высокими упруго-эластичными свойствами и препятствующие развитию необратимых деформаций в матрице битума, увеличивая тем самым ее механическую прочность, а также определением условий их совмещения с компонентами битумов.
В качестве наполнителей в современном гражданском строительстве используется широкая гамма, как синтетических полимерных материалов, так и порошков, содержащие металлы переменной валентности, оказывающие сиккативирующее влияние вместе с мальтеновой частью битума в процессах окислительной полимеризации БИМ при их эксплуатации. Таким образом, для создания качественных БИМ, соответствующих требуемым нормам ГОСТ, целесообразно выделить следующие основные направления их физико-химической модификации:
Подбор термопластичных пленкообразователей (ТПП), а также полимерных пластификаторов (второй дисперсной фазы) и наполнителей, позволяющих при совмещении с раствором битума в растворителе произвести надмолекулярное структурирование пленкообразующей системы битума;
Определение условий совмещения вводимых модификаторов в органическую матрицу битумного материала (выбранные условия совмещения должны полностью исключать деструкцию, как битума, так и полимера), следствием чего служит наличие высоких значений физико-механических свойств БИМ.
В роли наполнителей БИМ использовались синтезированные на базе продуктов ОАО «Нижнекамскнефтехим» полимеры «СКД» с различным молекулярно-массовым распределением (ММР), технология производства которых не отличается многостадийностью и сложностью воспроизведения.
Ранними исследованиями установлено, что комплекс физико-механических свойств БИМ в существенной степени зависит от дисперсного состояния полимеров в растворителях.
В связи с этим, впервые для оценки степени распределения компонентов полимерной системы БИМ, в состав которой входит СКД, а также фракция ксилолов, по количественному и дисперсному состояниям полимеров в растворителях, использовался кондуктометрический метод дисперсионного анализа с помощью счетчика распределения частиц Коултер-Каунтер модели ТА-11 фирмы "IDF Prodaction" (Великобритания). Следует отметить, что определение дисперсности кондуктометрическим методом основано на измерении электрического сопротивления в момент прохождения частицами калиброванных микроотверстий.
Для определения размеров частиц дисперсной системы использовали рабочую апертуру (трубку) размером 140 мкм, при этом рабочий объем образца составил 0,5 мл. Осуществляли подбор растворителя и электролита, очистку от механических примесей и обеспыливание путем фильтрования.
Анализ экспериментальных данных показывает, что увеличение содержания СКД в растворителе от 0 – 15% мас. приводит к суммарному уменьшению количества дисперсных частиц от 175781 до 92307 шт/л, а в случае 15 – 25% наоборот наблюдается их рост от 314216 до 167953. Вместе с этим исследования значений поверхностного натяжения полимерных растворов свидетельствует о том, что максимальное значение наблюдается при содержании СКД 15% в растворе. Таким образом, этот факт свидетельствует об обратно пропорциональной зависимости количества дисперсных частиц в полимерных растворах от величины поверхностного натяжения. Это объясняется тем, что полимерная система, содержащая 15% СКД, характеризуется критическими размерами частиц дисперсий. Это подтверждается тем, что число частиц с минимальным размером 1,59 мкм при содержании СКД в растворителе 0-15 % уменьшается от 11074 до 5077, а при 20 % СКД увеличивается до 20738. Таким образом, мы наблюдаем эффект самодиспергирования за счет роста внутримолекулярных напряжений структуры набухшего полимера в среде растворителя.
Комплексный анализ физико-механических свойств БИМ на основе исследуемых полимерных систем показывает, что в случае концентраций СКД 0- 6% наблюдается увеличение способности БИМ к упруго-эластичным деформациям, от 6 до 15 % СКД происходит увеличение склонности битум-полимерных пленок к процессам окислительной деструкции (старения), что подтверждается снижением адгезионно-прочностной способности БИМ. Основываясь полученными данными, отметим, что причиной этому служит агрегирование дисперсий полимера, где размер частиц с наиболее высоким их содержанием составляет 40,3 мкм.
Таблица 1 – Физико-механические свойства БИМ согласно ГОСТ 5631
Номер образца БИМ
Содержание
СКД, % мас.
Адгезия,
баллы
Твердость,
усл.ед.
Изгиб,
мм
1
2
1
0,045
1
2
4
1
0,04
1
3
5
1
0,036
1
4
6
1
0,036
1
5
10
2
0,036
3
6
15
2
0,049
3
7
20
2
не высох
3
8
25
не высох
не высох
не высох
В результате кондуктометрических исследований установлено, что уменьшение диаметра и увеличение числа частиц приводит к изменению объема сольватной оболочки и уменьшению объема дисперсионной среды в сложной структурной единице битума, что дает основание судить об усилении адгезионно-прочностных свойств БИМ.
Библиографическая ссылка
Кемалов Р.А., Кемалов А.Ф.,
Муллахметов Н.Р., Фаттахов Д.Ф., Галиев А.А., Идрисов М.Р.
Бадретдинов Р.Ш., Файзрахманов А.Т.
РОЛЬ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИСПЕРСНОСТИ
НЕФТЯНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА БИТУМНЫХ МАТЕРИАЛОВ
// Научный электронный архив.
URL: http://econf.rae.ru/article/4572 (дата обращения: 23.12.2024).
Прочитать публикацию в формате PDF