قیر به عنوان یک ماده هیدروکربنی سیاه رنگ از کاربردهای صنعتی و غیر صنعتی متعددی برخوردار است و با توجه به ویژگی‌های منحصربه‌فردی همچون چسبندگی عالی و نفوذناپذیری بالا در برابر آب می‌تواند استفاده‌های متعددی داشته باشد. این ماده به سادگی در سولفور کربن و تتراکلروکربن حل می‌شود و به اشکال مختلفی همچون جامد، مایع و پلاسما وجود دارد. قیرها می‌توانند انواع مختلفی همچون گیلسونایت، قیر نفتی و قیر طبیعی، قیر دمیده، قیر مخلوط یا محلول و … داشته باشند. قیر امولسیونی نیز یکی از انواع قیرها است که کاربردهای متعددی دارد. در ادامه مطلب به بررسی فرمول تولید قیر امولسیون و ویژگی‌ها و کاربردهای آن پرداخته خواهد شد.
قیر امولسیون چیست؟
قیر امولسیون در حقیقت نوعی قیر محلول است که در آن قیر با آب و یک ماده امولسیون ساز ترکیب خواهد شد. مواد اصلی تشکیل دهنده این قیر شامل قیر خالص یا پلیمری، آب خالص، اسید، امولسیفایر، کلسیم کلراید و حلال هیدروکربنی (در صورت نیاز و بسته به نوع امولسیونی تولیدی) هستند. ماده امولسیون ساز در حدود ۰٫۳ تا ۰٫۵ درصد وزن قیر را تشکیل می‌دهد و می‌تواند از نمک قلیایی اسیدهای آلی یا نمک آمونیم باشد.
این مواد می‌توانند ذرات قیر را باردار کرده و باعث ایجاد قدرت دافعه در آن‌ها شوند در نتیجه این دافعه باعث می‌شود ذرات قیر به صورت کره‌هایی با قطر یک‌صدم تا یک‌هزارم میلی‌متر در آب شناور باشند. قیر امولسیونی از قدرت آلایندگی کمتری برخوردار است و برخلاف انواع قیرهای دیگر خطر اشتعال کمتری دارد. در اصل هر کدام از انواع قیرها می‌توانند بر اساس فاکتورهایی همچون نقطه نرمی، درجه نفوذ، میزان کشش، نقطه شکست، اثر حرارت و هوا روی قیر، گرانروی، وزن مخصوص، حلالیت یا درجه خلوص قیر، نقطه اشتعال و … قابلیت‌ها و کاربردهای متعددی داشته باشند.
فرآیند و فرمول تولید قیر امولسیونی
هر کدام از انواع قیرها می‌توانند به روش‌ها و فرآیندهای مختلفی تولید شده و از ویژگی‌ها و مشخصات ویژه‌ای برخوردار باشند و قیرهای امولسیونی نیز از این قاعده خارج نخواهند بود. به صورت کلی فرمول تولید قیر به دو صورت بچینگ و یا خطی صورت می‌پذیرد که به شرح زیر هستند:
روش بچینگ
تولید قیر در روش بچینگ یا پیمانه‌ای (Batching) به دو مرحله فاز آبی و فاز قیری می‌شود. فاز آبی در یک مخزن سرپوشیده انجام می‌شود و آب موجود در آن از قبل به میزان لازم گرم می‌شود و سپس امولسیفایر و سایر مواد شیمیایی مورد نیاز به آن اضافه شده و یک مخلوط یکدست تولید می‌شود. میزان و مقدار هر کدام از مواد در این ترکیب باید به صورت دقیق محاسبه شود تا کیفیت نهایی قیر امولسیونی مورد تایید باشد. تخلیه مواد و ترکیب آن‌ها توسط دستگاه‌ها و سیستم‌های اتوماتیک انجام می‌شود تا میزان و درصد خطاها به کمتری میزان خود برسد.
اکثر امولسیون‌های قیری با یک فرآیند مداوم و توسط آسیاب کلوئیدی تولید می‌شوند (این آسیاب در اصل دستگاه است که برای کاهش اندازه ذرات یک ماده جامد در حالت تعلیق در یک مایع یا کاهش اندازه قطرات یک مایع معلق در مایعات دیگر به کار می‌رود). آسیاب از یک روتور با سرعت بالا تشکیل شده است ک در یک استاتور با 1000 تا 6000 چرخش در دقیقه می‌چرخد. فاصله بین روتور و استاتور نیز قابلیت تنظیم دارد هرچند که اندازه استاندارد آن 0.25-0.50 میلی‌متر است.
محلول‌های قیری گرم و امولسیفایر و سایر افزودنی‌های اشاره شده به طور جداگانه اما همزمان در آسیاب کلوئیدی در دمای معین ریخته خواهند شد. قیری که وارد آسیاب کلوئیدی می‌شود باید از یک دانسیته مشخص (نباید بیشتر از Pa.s 0.2 (2 پوآز) باشد) برخوردار باشد و درجه حرارت قیر نیز در محدود 100 تا 140 درجه تنظیم می‌شود. برای جلوگیری از به جوش آمدن و تبخیر آب باید دمای فاز آبی به‌گونه‌ای تنظیم شود که دمای امولسیون حاصل از آن کمتر از 90 درجه سانتی‌گراد باشد.
محلول‌های قیر و امولسیفایر به صورت همزمان وارد آسیاب کلوئیدی می‌شوند و تحت فشار نیروهای برشی شدید قرار خواهند گرفت و این عمل باعث می‌شود که قیر به گلبول‌های کوچک شکسته شود. گلبول‌های جدا از هم قیر با امولسیفایر پوشش داده شده و به سطح هر یک از قطره‌ها بار الکتریکی القا می‌کند. نیروهای الکترواستاتیکی حاصل از جمع شدن گلبول‌ها و به هم پیوستن آن‌ها جلوگیری می‌کنند.
استفاده از قیر سخت در روش بچینگ
جنس و کیفیت قیر به کار رفته در روش بچینگ از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. زمانی از قیر هایی با درجه نرمی کمتر (قیر نفوذی نباشد) استفاده می‌شود یا قیر به کار رفته از نوع قیرهای اصلاح شده با پلیمر باشد، روند و شیوه کار دشوارتر خواهد شد. در این حالت و برای اینکه قیر به داخل پمپ تزریق شود و در آسیاب پراکنده شود نیاز به دما و حرارت بالاتری خواهد بود و پراکندگی قیر برای به ورود به آسیاب نیاز به نیروی بیشتری خواهد داشت. برای قبرهایی که دارای چگالی بالایی باشند از آسیاب‌های تحت فشار در دماهای نرمال امولسیون استفاده خواهد شد و این آسیاب‌ها این امکان این را می‌دهند، توان بیشتری با قیرهای معمولی حاصل شود. امولسیون‌ها با دمای حداکثر 130 درجه سانتی‌گراد تحت فشار زیاد تولید شده و خروجی امولسیون قبل از تخلیه در مخازن ذخیره‌سازی معمولی باید تا دمای زیر 100 درجه سانتی‌گراد خنک گردد.
روش Continous
دومین فرمول تولید قیر امولسیونی روش Continous است که برخلاف روش بچینگ در آن، مخازن پیمانه‌ای قیر و محلول امولسیفایر وجود ندارد بلکه قیر و محلول امولسیفایر مستقیماً از مخازن ذخیره اصلی مورد استفاده قرار خواهند گرفت. در اصل این روش یک فرایند پیوسته برای تولید حجم کمی از امولسیون است و می‌توان از قیر طبیعی استفاده نمود. نوع میکسر مورد استفاده برای مطابقت با قوام محصول نهایی در این روش متناسب با نوع امولسیون انتخاب خواهد شد. در روش Continous می‌توان از یک پروانه سرعت بالا برای امولسیون‌های جاده‌ای با ویسکوزیته کم و از یک میکسر آهسته Z-blade برای امولسیون‌های صنعتی مانند خمیر استفاده کرد. آسیاب شدن قیر، تشکیل امولسیون، قطر ذرات قیر و … از مهم‌ترین پارامترهایی هستند که در این روش باید در نظر گرفت و متناسب با محصول مورد نظر اجرا نمود. در این فرآیند قیر به صورت ذرات بسیار ریز داخل محلول فاز آبی معلق شده و از تمهیدات لازم برای جلوگیری از چسبیدن مجدد ذرات به همدیگر استفاده می‌شود. قطر ذرات قیر، سرعت روتور آسیاب، فاصله روتور و استاتور، مدت زمان عبور از آسیاب، میزان و نوع امولسیفایر مصرفی، دمای تولید محصول و … از مهم‌ترین فاکتورهایی هستند که در این روش باید مورد توجه قرار بگیرند.
قیمت قیر امولسیون
همان‌طور که گفته شد قیرهای امولسیونی از ویژگی‌های متعددی برخوردار بوده و می‌توانند کاربردهای متعددی با توجه به درجه خلوص، درجه نرمی، اشتعال‌پذیری و … داشته باشند. قیمت این قیرها همانند قیمت گیلسونایت می‌تواند تحت تأثیر فاکتورهای مختلفی همچون فرمول تولید قیر، مشخصات فنی آن، کاربردهای قیر و هدف استفاده از آن، ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی قیر، برند و شرکت تولیدکننده، قیمت جهانی نفت و قیر و … باشد.
جمع‌بندی نهایی
قیر امولسیونی نوعی قیر محلول است که از ترکیب قیر با آب، حلال هیدروکربنی و یک ماده امولسیون تولید می‌شود. این قیر می‌تواند به روش‌های مختلفی همچون روش بچینگ و روش Continous تولید می‌شود و می‌تواند کاربردهای صنعتی و غیر صنعتی متعددی داشته باشد.