بسم الله الرّحمن الرّحیم اللّهُمَّ كُنْ لِوَلِيِّكَ الْحُجَّةِ بْنِ الْحَسَنِ صَلَواتُكَ عَلَيْهِ وَعَلى آبائِهِ في هذِهِ السّاعَةِ وَفي كُلِّ ساعَةٍ وَلِيّاً وَحافِظاً وَقائِدا ‏وَناصِراً وَدَليلاً وَعَيْناً حَتّى تُسْكِنَهُ أَرْضَك َطَوْعاً وَتُمَتِّعَهُ فيها طَويلاً
LUBRICANTS WORLD
LUBRICANTS WORLD
پایگاه اطلاعات تخصصی روانکارها 
قالب وبلاگ

 مقدمه

قیر ماده ایست سیاه رنگ مرکب از هیدروکربورهای آلی با ترکیب پیچیده که از تقطیر نفت خام بدست می آید و یا درطبیعت بصورت معادنی مخلوط با مواد معدنی وجود دارد . قیر بدو صورت جامد و مایع تهیه میگردد.[1]

 مواد متشکله قیر

ترکیبات مختلف قیر تا کنون به خوبی شناخته نشده اند ولی عمده این ترکیبات که بوسیله حلالهای مختلف از قیر جدا گردیده ، عبارتند از مواد آسفالتین – رزین و روغنهای سنگین که گاهی با مقدار کمی مواد معدنی همراه بوده و در محیط کلوئیدی روغنی مجاور یکدیگر قرار گرفته اند . خاصیت قابلیت انعطاف و چسبندگی قیر به رزین مربوط می باشد از طرفی هر چه آسفالتین زیادتر باشد قیر سخت تر است ولی با ازدیاد روغن قیر نرمتر می گردد. با حرارت دادن قیر مواد روغنی تبدیل به رزین و همچنین رزینها تبدیل به آسفالتین شده و در حرارت بیش از حد قیر تبدیل به ذغال و بخار آب میگردد. [2]

 آسفالتن  

آسفالتن ماده جامد شکننده ای است که در هپتان نرمال نامحلول و به رنگ سیاه تا قهوه ای می باشد. علاوه بر کربن و هیدروژن ، مقداری نیتروژن ، گوگرد و اکسیژن دارد . آسفالتن معمولا ترکیبی بسیار قطبی محسوب می شود و شامل مواد آروماتیکی پیچیده با وزن ملکولی بسیار زیاد است . نقطه ذوب مشخصی ندارد و زمانیکه حرارت داده می شود ابتدا متورم و سپس تجزیه و سرانجام مواد کربنی زیادی به جا می گذارد . آسفالتن بین 5 تا 25 درصد قیر را تشکیل می دهد . هر چه مقدار آسفالتن در قیر بیشتر باشد ، قیر سخت تر و نفوذپذیری کمتری خواهد داشت ، علاوه بر اینکه نقطه نرمی بیشتر و سرانجام گرانروی بالاتری دارد  . وزن ملکولی این ماده در یک گستره عریض از 600 تا 300000 است و بستگی به روش جداسازی اعمال شده دارد.

مالتن ها

مالتن ها جزء محلول در حلالهای سبک مانند هپتان نرمال می باشند . مالتن ها در قیر مخلوطی از دو بخش رزین ها و روغن ها هستند و وزن ملکولی اجزاء مالتن در بین 250 تا 1250 گرم بر مول قرار دارد.

 رزین ها

رزین ها در هپتان نرمال محلول هستند . قسمت اعظم این ترکیبات مانند آسفالتن از کربن و هیدروژن تشکیل شده و نیز حاوی مقدار کمی اکسیژن ، گوگرد و نیتروژن می باشند . این ماده به رنگ قهوه ای تیره جامد و نیمه جامد بوده و بسیار قطبی می باشد . خاصیت ویزه رزین ها در این است که بسیار چسبنده اند . رزین ها مواد ضد انعقاد برای آسفالتن محسوب می شوند و نسبت رزین به آسفالتن ممکن است تا حدی که به قیر حالت سل ( Sol )  یا ژل ( Gel ) بدهد

 آروماتیک ها 

آروماتیک ها ترکیبات حلقوی با کمترین وزن ملکولی هستند و شامل زنجیرهای جانبی آروماتیکی و یا نفتنیکی هستند و محیط ضد انعقاد بسیار مناسبی برای آسفالتن به شمار می روند . این جزء بین 40 تا 60 درصد کل قیر را تشکیل داده و مایعی ویسکوز ( گرانرو ) به رنگ قهوه ای تیره که میانگین وزن ملکولی آنها بین 300 تا 2000 در نوسان است . آروماتیک ها حاوی زنجیره های کربنی غیر قطبی بوده که در آنها حلقه های اشباع ارجحیت داشته و توانایی انحلال پذیری زیادی را برای سایر هیدورکربنهای سنگین دارد.

 ترکیبات اشباع

ترکیبات اشباع از هیدروکربن های آلیفاتیک زنجیری مستقیم و شاخه دار همراه با الکیل نفتن ها و مقداری آلکیل آروماتیک ها تشکیل شده است . این ترکیبات اغلب به شکل روغنهای گرانرو ، غیر قطبی بوده و بی رنگ هستند . میانگین وزن ملکولی آنها عینا شبیه آروماتیکی بوده و اجزاء تشکیل دهنده آنها شامل مواد مومی و غیر مومی اشباع می باشد. این جزء 5 تا 20 درصد قیر را تشکیل می دهد.

بطور کلی آسفالتن ها اسکلت ساختمانی قیرها را تشکیل میدهند و رزینها در میزان چسبندگی و قابلیت شکل پذیری قیرها موثرند و روغنها بر مسئله روانی قیر اثر می گذارند . اصولا خواص فیزیکی قیر تابعی از ساختمان شیمیایی ، کمیت و کیفیت هیدروکربنهای متشکله است .

 مشخصات عمومی قیر

قیر ماده ایست که در سالیان دراز تغییر شکل پیدا نکرده و پایدار میماند . این پایداری مربوط به خواصی است که قیر خالص دارا میباشد باین معنی که هرچه پایه نفتی آن مناسب تر باشد پایدارتر خواهد بود.

مشخصات عمومی قابل توجه قیر عبارتند از:

1-    غیر قابل نفوذ بودن در مقابل آب و رطوبت

2-    مقاومت در مقابل اسیدها – بازها و نمک ها

3-    قابلیت ارتجاع

4-    چسبندگی

5-    محلول بودن در برخی از حلالها ( بدون از دست دادن خواص خود )

6-    عایق بودن در مقابل جریانهای الکتریکی

7-    تشکیل دادن فیلم پایدار بروی اجسام مختلف

8-    داشتن رنگ ثابت

در بعضی موارد قیر خاصیت اصلی خود را از دست میدهد بطوریکه نمی توان از آن به خوبی استفاده نمود .

این موارد شامل موارد زیر می باشد:

1-    تجزیه شدن در حرارت زیاد و تبدیل آن به ذغال توام با اشتعال

2-    نداشتن خاصیت چسبندگی در محیط مرطوب و آلوده بخاک نرم

3-    تغییر شکل پذیرفتن در مقابل فشار و حلالها [3]

 ساختمان شیمیایی قیر

خواص فیزیکی قیر در واقع تابعی است از اجزاء متشکله یا ساختمان شیمیایی آن . شیمی قیر را میتوان در دو سطح ملکولی و بین ملکولی ( ریز ساختار ) بررسی نمود .

1-    سطح ملکولی

قیر مخلوط پیچیده ای از هیدروکربنهای با نقطه جوش بالا می باشد . بطور کلی قیر را میتوان شامل اجزاء آلیفاتیک ها ( واکسها ) ، آروماتیک ها و ملکولهایی که مخلوطی از هر دو می باشند ، دانست.

گروه دیگری از ملکولها از واکنشهای نظیر اکسیداسیون و یا غیره در قیر بوجود می آیند . بطور مثال ، انواع مشخصی از کربنهای قیری مستعد اکسیداسیون هستند که کربنهای آلیفاتیک کنار یک حلقه آروماتیکی تحت عنوان بنزیل کربن مثال خوبی برای ملکولهای مستعد اکسیداسیون می باشند . این موقعیت ها پس از اکسیداسیون به یک کتون تبدیل شده و در اثر اکسیداسیون بیشتر تبدیل به یک اسید کربوکسیلیک شده و قسمتی از ملکول جدا می شود . اسید کربوکسیلیک موجود در نفت خام یا اسیدی که بدین طریق بدست می آید ممکن است به نمک های سدیم یا کلسیم تبدیل شوند .

گروه مهم دیگری که در پیر شدن قیر مهم می باشند ، کینولین ها ، ترکیبات سولفوردار می باشند .

مواد دیگری که در قیر یافت می شوند ارگانومتال ها ( Organometallic  materials ) هستند که شامل فلزاتی نظیر وانادیم ، نیکل ، آهن و غیره می باشند .

2-    سطح بین ملکولی

مهمترین عامل در برهمکنش بین ملکولها ، قطبیت ملکولها می باشد. همه هترواتمها سبب بوجود آمدن ملکولهای قطبی می شوند. همچنین محصولات حاصل از اکسیداسیون نیز همگی قطبی هستند . قطبیت از اهمیت زیادی برخوردار است زیرا سبب می شود که ملکولها به سمت آرایشات خاصی سازماندهی شوند . تشکیل مایسلها ، کلوئیدها و بسیاری موارد دیگر از این نوع هستند . جذب یک ملکول قطبی به دیگری سبب جدایش بار آنها و آرایش یافتگی مولکولی می شود که از لحاظ ترمودینامیکی پایدارتر است. بدین ترتیب ، تعدادی از این ملکولها ، ساختارهای سه بعدیی را که دارای پیوندهای بین ملکولی هستند تشکیل می دهند که به آنها مایسل یا کلوئید گفته می شود . در حالیکه اینها یک مایسل حقیقی نبوده و مجموعه ای از ملکولهای سازمان یافته می باشد . این ساختارهای بوسیله نیروی الکترواستاتیکی و دیگر نیروهایی که نسبت به نیروهای کووالانسی بسیار ضعیف تر هستند ، نگه داشته می شوند . این ساختارها باعث تغییراتی در خواص فیزیکی قیر می شوند بطوریکه وقتی ملکولها به صورت اتفاقی باشند به آسانی در اطراف یکدیگر حرکت می کنند . ولی وقتی ملکولها آرایش یافته باشند ملکولها در برابر حرکت و تغییر شکل مقاومت از خود نشان میدهند . بعبارتی ساختار قیر سفتتر و ویسکوزتر میشود . توانایی تشکیل این نوع ساختارها به استحکام پیوند ، نوع ، تعداد و موقعیت گروههای قطبی دارد .  

 ساختمان کلوئیدی قیر

معمولا قیر از یک سیستم کلوئیدی ، شامل میسل ها معلق آسفالتن با وزن ملکولی زیاد در یک محیط روغنی شکل مالتن با وزن ملکولی کمتر ، تشکیل شده است . در حضور مقدار کافی رزین ها و آروماتیک ها ، قدرت آسفالتن از نقطه نظر تحرک در قیر بیشتر شده که در این حالت به قیر نوع سل یا محلول گفته می شود . اگر نسبت جزء رزین / آروماتیک در قیر به اندازه کافی نباشد، میسل ها به اندازه کافی در قیر محلول نیستند که در این صورت این قیرها به نام ژل یا قیرهای نوع ژلاتینی معروف هستند . از جمله قیرهای اکسید شده که برای سقف بام مورد استفاده قرار می گیرند از این جمله اند .

رفتار کلوئیدی قیرها به مقدار آسفالتن و درجه حرارت بستگی دارد که این امر در گرانروی سیستم اثرات زیادی دارد و زمانیکه درجه حرارت قیر را بالا می بریم  ، این اثرات با افزایش درجه حرارت کاهش می یابد و ژل از بین می رود .

طبقه بندی و نامگذاری قیرها

1-    قیرهای جامد، درجه بندی  نفوذی ( Penetration Grade )

قیرهایی که مستقیماً از برج تقطیر در خلاء در  پالایشگاه به دست آمده است یا مختصری مورد فرآیند هوادهی ( Blowing )  قرار گرفته است ، بنام قیرهای رده Pen  نامیده شده  و نامگذاری آنهابر اساس بازه ای است که Pen  قیر مابین آن قرار می گیرد . ( بعنوا ن مثال قیر 70/60 قیری است که درجه نفوذ آن بین 60 تا 70 باشد.)   قیرهای نرمتر که دارای درجه نفوذ بیشتری هستند ( درجه نفوذ 60 تا 300 ) از تقطیر نفت خام و قیرهایی که دارای درجه نفوذ کمتری هستند ( درجه نفوذ 10 تا 60 ) از هوا دادن به قیر های  فوق به دست می آیند.  محصولاتی که مستقیما از تقطیر نفت خام در ایران تولید می شوند عبارتند از :

70/60 ، 100/85 ، 150/130 ، 200/180 ، 250/220 ، 320/280

و قیرهایی که با هوا دادن به یکی از قیرهای فوق بدست می آیند عبارتند از :

20/10 ، 30/20 ، 40/30 ، 50/40 ، ( در بعضی موارد 70/60 )

اعداد مذکور مشخص کننده درجه نفوذ قیر می باشند .

 2-    قیرهای دمیده  یا اکسیده شدنه      ( Rubbery Grade / R Grade )

این محصولات از اکسیده شدن مخلوطی از قیرهای نرم با مواد روغنی سنگین بدست آمده اند.

قیرهای تولیدی پالایشگاه را که در دمای محیط بصورت مایع و نیمه جامد  هستند ، تحت فرآیند هوادهی به قیرهای ردهPen  برای مصارف راهسازی و یا قیرهای جامد رده " R   " برای مصارف عایق و پوشش بام و غیره تبدیل می کند .

برای نامگذاری قیرهای رده R   از چپ به راست پس از حرف " R "  ابتدا نقطه نرمی ( SP ) و سپس درجه نفوذ پذیری ( Pen ) را می نویسند .

R ( SP ) – ( Pen )   مانند قیرهای  50/90  و 25/85

 3-     قیرهای رده گرانروی    ( Viscosity Grade )

اخیرا متخصصان فن اعلام کرده اند که گرانروی ، بیش از دو مشخصه متداول دیگر یعنی  SP و Pen  می تواند معرف خواص قیر باشد . از این رو طبقه بندی جدیدی بر اساس گرانروی ارائه نموده اند و از کد  AC – 25  تا  AC – 40  برای دسته بندی خواص قیری استفاده نموده اند .

 4-    رده بندی قیرها بر اساس درجه کارآیی    ( PG)

در سیستم جدید شارپ ، قیرها را بر اساس میزان درجه کارآیی آنها رده بندی می کنند .

 از جمله قیرهایی که در پالایشگاههای کشور تولید می شوند ، می توان قیرهای زیر را نام برد :

ته مانده برج تقطیر در خلاء  ( Vacuum Bottom ) ( VB )

 قیرهای مایع ( Cut Back )

این قیرها از حل کردن یکی از قیرهای جامد در حلالهای مختلف بدست می آید و این عمل بمنظور پایین آوردن ویسکوزیته قیر انجام می شود. قیرهای مایع پس از مصرف و تبخیر حلال سفت شده و بصورت اولیه در می آیند . این فرآورده ها نیز بر حسب ویسکوزیته تقسیم بندی گردیده اند . حلالهایی که در تهیه این محصولات بکار برده می شوند ممکن است از مواد نفتی سبک ، متوسط و یا سنگین ، بترتیب مانند نفتا ، نفت چراغ و گازوئیل باشند.

قیرهای مایع به 3 دسته تقسیم می شوند که هر یک دارای 6 نوع محصول می باشد:

 1-    قیرهای مایع زودگیر

این دسته از قیرها از رقیق نمودن قیر 100/85  درصد مواد نفتی سب مانند نفتا بدست می آیند و چون حلال آنها در شرایط معمولی بزودی تبخیر می گردد بدین جهت قیر زودگیر نامیده شده اند . انواع قیرهای این دسته عبارتند از :

RC0 – RC1 – RC 2 – RC3 – RC4 – RC5

 2-    قیرهای مایع کندگیر

این دسته از قیرهای مایع از حل کردن قیر 100/85  در حلالی مانند نفت چراغ بدست می آیند و چون حلال آنها دیرتر از نوع قبلی تبخیر می گردد بنام قیرهای مایع کندگیر موسوم شده اند . انواع این قیرها عبارتند از :

MC0 – MC1 – MC2 – MC3 – MC4 – MC5

3-    قیرهای مایع دیرگیر

این قیرها که از حل کردن قیرهای 100/85 در حلالهای سنگین مانند گازوئیل Gasoil یا نفت سیاه  Fueloil  بدست آمده اند ، حلالشان پس از مصرف تبخیر نمی شود ، بلکه پس از تجزیه بتدریج سخت میگردد . انواع این دسته از قیرها عبارتند از  :

SC0 – SC1 – SC2 – SC3 – SC4 – SC5

 علاوه بر قیرهای فوق الذکر ، قیرهای مایع دیگری که ویسکوزیته آنها در حدود ویسکوزیته قیرهای مایع مذکور است ، تهیه می گردد . حلال این قیرها همان حلال نامبرده در فوق می باشد.

انواع این قیرها عبارتند از S125 که با حلال سبک ( نفتا ) تهیه گردیده و  همچنین قیرهای :

CB 500/700 – CB 400/500 – CB 300/400 – CB 200/300 – CB150/200 – CB 50/100

که حلال متوسط دارند ( نفت چراغ ) و قیر CB 100/150   که از قیر 50/40 تهیه می شود.

حساسیت حرارتی قیر -  شاخص نفوذ ( PI )

 همانطور که می دانیم قیر یک خاصیت ترمو پلاستیکی یا گرمانرم از خود نشان میدهد . بدین معنا که با افزایش درجه حرارت نرم و با کاهش دما سخت می شود . Pfeiffer   و Van Doormaal فرض کرده اند که حساسیت حرارتی برای قیر مورد استفاده در راهسازی صفر بوده و به همین دلیل آنها شاخص درجه نفوذ را تعریف کرده اند  .

PI  =  [ 20 * ( 1.25A) ]  /  ( 1 + 50A

 درجه کارآیی ( Performance Grade – PG )

درجه کارآیی دارای دو عدد است . عدد سمت چپ حداکثردمای قابل تحمل قیر را نشان میدهد و عدد  سمت راست که منفی است حداقل دمای قابل تحمل قیر را نشان می دهد . مقدار  PG  بطور تقریبی از روابط زیر بر آورد میشود:

PG = H, L

H = T R&B   +   20

L = 2 * (  T  Frass

آشنایی با امولسیونهای قیر

امولسیون یک مخلوط دو فازی از دو مایع مخلوط نشدنی میباشد که فاز داخلی بصورت ذرات ریز در داخل فاز خارجی پراکنده می باشد. قطر ذرات در امولسیون بین 0.1 تا 5 میکرون است لذا قطر ذرات از حالتهای محلول حقیقی و کلوئیدی بزرگتر است . بدون استفاده از موادی به نام امولسیفایر این تعلیق با ثبات نبوده و دو مایع مخلوط نشدنی (بعنوان مثال : آب و روغن ) به سرعت از یکدیگر جدا شده و دو فاز متمایز را تشکیل خواهند داد . علت این امر اینست که به خاطر افزایش سطح تماس دو فاز و در نتیجه افزایش انرژی بین سطحی ، سیستم حالت ناپایدار داشته و با جدایی دو فاز سیستم به حالت با ثبات می رسد .


[1]  اسناندارد شماره 124 – موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران

[2]  استاندارد شماره 124 – موسسه استاندارد و تحقیقات صنعنی ایران

[3]  استاندارد شماره 124 – موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران


موضوعات مرتبط: مطالب متفرقه
[ سه شنبه سی و یکم شهریور 1388 ] [ 15:1 ] [ محرم امیدی ] [ ]
.: Weblog Themes By WeblogSkin :.
درباره وبلاگ

پیامبر اکرم (ص):
هرگاه عمر انسان خاتمه پیدا نماید کار و عمل او بجز در سه مورد پایان می پذیرد:
اول: صدقه واحسانی که ادامه پیدا کند.
دوم : علمی که مورد استفاده قرار بگیرد.
سوم: فرزند پاک وپرهیزگاری که برای او دعای خیر بنماید.


رؤیای من، بومی شدن صنعت روانکاری با استفاده از توانایی علمی و استعداد فوق العاده جوانان ایرانی (نه در شعار بلکه در عمل) است. امیدوارم روزی شاهد تحقق این رویا باشم.
هدف از ایجاد این وبلاگ، به اشتراک گذاشتن دانسته های نویسنده و مطالب گردآوری شده از منابع مختلف در زمینه روانکارها و افزایش آگاهی علاقه مندان به این صنعت مهم و مغفول بوده است. جای بسی خوشحالی خواهد بود که با ارسال نظرات و همچنین مطالب سودمند خود در این هدف زیبا سهیم باشید.
امکانات وب