تولید قیر امولسیون: انواع روش و فرایند تولید + کاربردها

تولید قیر امولسیون به روش‌های مختلفی انجام می‌شود که در هر روش، ترکیب قیر با آب و ماده امولسیون‌ساز با روشی متفاوت صورت می‌گیرد. در فرایند تولید قیرهای امولسیونی، از موادی مانند قیر خالص یا پلیمری، آب، اسید، امولسیفایر، کلسیم کلراید و در صورت نیاز حلال‌های هیدروکربنی استفاده می‌شود. امولسیفایر با ایجاد بار الکتریکی روی ذرات قیر، از چسبیدن آن‌ها به یکدیگر جلوگیری کرده و باعث پایداری مخلوطمی‌شود.

قیر امولسیونی به دلیل ویژگی‌هایی مانند کاهش خطر اشتعال، آلودگی کمتر و امکان استفاده در شرایط مختلف آب‌وهوایی، در بسیاری از پروژه‌های راه‌سازی و عمرانی کاربرد گسترده‌ای دارد. در ادامه این مطلب از بلاگ ایران ای ترید مرجع تخصصی قیمت قیر بیشتر در خصوص تولید قیر امولسیونی صحبت خواهیم کرد.

فرایند تولید قیر امولسیون:

قیر امولسیون چیست؟

قیر امولسیونی قیری مایع است که از قیر با ویسکوزیته کم همراه با اب و امولسیفایر به دست می‌آید. در فرایند تولید قیرهای امولسیونی، قیر جامد به یک مایع با ویسکوزیته کم تبدیل می‌شود و می‌توان از آن در صنایع مختلف از جمله ساختمان و راهسازی و آب‌بندی به راحتی استفاده کرد. (برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد قیر ویسکوزیته به مطلب منتشر شده در بلاگ مراجعه نمایید.)

ترکیبات قیر امولسیون

در تولید قیر امولسیون از سه ماده اصلی آب، قیر و امولسیفایر استفاده می‌شود و گاهی افزودنی‌هایی مانند تثبیت‌کننده‌ها و تنظیم‌کننده‌های اسیدیته و ویسکوزیته نیز به آن افزوده می‌گردد. ترکیب معمول شامل ۵۵ تا ۶۵ درصد قیر، ۳۵ تا ۴۵ درصد آب و حداکثر ۰.۵ درصد امولسیفایر است.

امولسیفایر با ایجاد بار مثبت (کاتیونیک) یا منفی (آنیونیک) دور قطرات قیر، از اتصال آن‌ها جلوگیری کرده و باعث پایداری امولسیون می‌شود. انتخاب نوع بار امولسیفایر بسته به نوع سطح مورد استفاده در پروژه متفاوت است.

(برای مطالعه بیشتر در مورد قیر امولسیون آنیونیک به مطلب بلاگ رجوع کنید.)

انواع روش تولید قیر امولسیون

دو روش کلی برای تولید قیر امولسیون وجود دارد روش مخلوط کن سریع و روش امولسیون حلقوی که در ادامه در مورد آنها صحبت می‌کنیم.

(برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد کاربرد قیر امولسیون به مطلب بلاگ رجوع کنید.)

1. روش مخلوط کن سریع

در این روش، قیر مورد نظر ابتدا تا دمای 100 درجه گرم شده و همزمان یک جریان آب حاوی نمک قلیایی وارد آن می‌شود. قیر و آب توسط پروانه‌ای که درون محفظه وجود دارد و با سرعت زیادی می‌چرخد، به خوبی ترکیب می‌شوند. در این روش، قیر امولسیونی از طریق فعل و انفعالات شیمیایی بین نمک موجود در آب و مواد اسیدی قیر به دست می‌اید. کیفیت این قیر معمولا به جنس و کیفیت قیر بستگی دارد.

2. روش امولسیون حلقوی

این روش تولید قیر امولسیون به این صورت است که قیر جامد همراه با مواد امولسیفایر در یک محلول آبی حل می‌شود. سپس به وسیله‌ی پمپ یا سیستم هیدرولیک به یک آسیاب امولسیفایر منتقل می‌شود تا ترکیب به خوبی یکنواخت شود.

تجهیزات مورد نیاز برای تولید قیر امولسیون در روش حلقوی

قیر امولسیونی برای روکش جاده‌ها، ضدآب کردن سطوح و محافظت در برابر خوردگی کاربرد دارد.

برای تهیه قیر امولسیونی به روش حلقوی تجهیزات خاصی مورد نیاز است که در ادامه معرفی می‌کنیم.

آسیاب امولسیفایر

این وسیله ابزاری مکانیکی برای ترکیب کردن قیر و مواد امولسیفایر است. این دستگاه معمولا یک دستگاه قابل حمل با بخش‌های روتور و استاتور است. قیر و مواد امولسیفایر از طریق ورودی آسیاب وارد دستگاه می‌شوند و با چرخش روتور و استاتور با هم مخلوط می‌شوند.

پمپ

پمپ وظیفه انتقال قیر و محلول امولسیفایر به آسیاب را دارد و باید فشار و جریان لازم برای این فرایند را تأمین کند.

مخزن‌ها و خطوط لوله

برای ذخیره و انتقال قیر، امولسیفایر، آب و امولسیون نهایی از مخزن‌ها و لوله‌هایی استفاده می‌شود که باید در برابر عوامل شیمیایی و فیزیکی مقاوم باشند.

سیستم کنترل

برای نظارت بر فرآیند تولید قیر امولسیون، از سیستم کنترلی شامل سنسور، کنترلر و نمایشگر استفاده می‌شود.

(برای اطلاع از قیمت قیر کلیک کنید.)

قیر امولسیونی چگونه تهیه می‌شود؟

به طور کلی آب و قیر با هم ترکیب نمی‌شوند اما فرایند تولید قیرهای امولسیونی با تکنولوژی خاصی انجام می‌شود که این کار را امکان‌پذیر می‌سازد. در این فرایند، امولسیفایر، ذرات قیر را در فاز پیوسته آب معلق و پایدار نگه می‌دارد و قیر به صورت ذرات بسیار ریز در آب شناور می‌شود. در برخی موارد از ماده پایدارکننده نیز در این فرایند استفاده می‌شود.

فرایند تولید قیر امولسیون

قیر امولسیونی یک مخلوط مایع است که از قیر، آب و یک امولسیفایر (امولسیون‌کننده) و برخی افزودنی‌ها تهیه می‌شود. ترکیب قیر با آب از طریق دستگاه خاصی به نام آسیاب کلوئیدی انجام می‌شود که قیر را به قطرات ریز تبدیل می‌کند. به این ترتیب مولکول‌های امولسیفایر راحت‌تر به قطرات قیر می‌چسبند. روش‌های مختلفی برای تولید قیر امولسیون وجود دارد که در ادامه به یکی از این فرایندهای تولید قیر امولسیون می‌پردازیم.

1. آماده‌سازی قیر آغاز فرایند تولید قیرهای امولسیونی

قیر امولسیونی شامل 50 تا 70 درصد قیر است. به طور معمول قیر مورد استفاده برای این منظور باید دارای نفوذ 60/70، 70/100، 100/130 یا قیر ویسکوزیته 30 باشد.

قیر مناسب برای تولید قیر امولسیون باید نرم بوده و ویسکوزیته کمی داشته باشد. در برخی موارد برای رسیدن به این شرایط باید قیر را گرم کرد. این ویژگی‌ها برای انتقال و پمپاژ آسان قیر از مخازن به آسیاب و ترکیب بهتر آب و قیر مهم است. بعلاوه قیر باید به اندازه کافی نرم باشد تا در زمان آسیاب شدن به ذرات ریز شکسته شود.

(برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد کاربرد قیر نرم به مطلب بلاگ رجوع نمایید.)

2. آماده‌سازی فاز آبی برای تولید قیر امولسیونی

قیر امولسیون معمولا حاوی 30 تا 50 درصد فاز آبی است. در این مرحله از تولید قیر امولسیون، امولسیفایر و سایر افزودنی‌ها حل می‌شوند. امولسیفایر حدود 1% از وزن فاز آبی را تشکیل می‌دهد و می‌تواند به صورت مایع یا جامد باشد.

گاهی برای حل شدن امولسیفایر لازم است آب تا دمای مشخصی گرم شود اما به طور کلی دمای آب باید کمتر از 70 درجه باشد زیرا تبخیر آب باعث کاهش غلظت آب و افزایش غلظت امولسیون می‌شود که بر خواص امولسیون قیر تاثیر می‌گذارد.

(برای کسب اطلاعات در مورد کاربرد قیر MC به مطلب منتشر شده در بلاگ مراجعه نمایید.)

3. تولید قیر امولسیون با ترکیب آب و قیر

در فرایند تولید قیر امولسیون، قیر با محلول فاز آبی توسط دستگاه خاصی به نام آسیاب امولسیون قیر یا آسیاب کلوئیدی ترکیب می‌شود. آسیاب کلوئیدی از دو بخش ثابت (استاتور) و بخش متحرک (روتاتور) تشکیل شده است.

بخش متحرک با سرعتی بین 1000 تا 6000 دور در دقیقه میچرخد و قیر را به قطرات ریز تبدیل می‌کند. بخش متحرک درون بخش ثابت قرار دارد و فاصله‌ای بین 250 تا 500 میکرون میان آنها وجود دارد. اندازه‌ی قطرات قیر با تنظیم فاصله بین این دو بخش کنترل می‌شود.

(برای کسب اطلاعات در مورد حلال های قیر، به مقاله بهترین پاک کننده قیر مراجعه نمایید.)

روش‌های ترکیب آب و قیر برای تولید قیر امولسیون

بسته به طراحی دستگاه و میزان تولید قیر امولسیون، می‌توان فاز آبی و قیر را به سه روش مختلف با یکدیگر ترکیب کرده و قیر امولسیونی به دست آورد. روش تولید قیر امولسیونی می‌تواند بچ، نیمه‌پیوسته و یا پیوسته باشد.

1. تولید به روش بچ (Batch Production)

این روش زمانی استفاده می‌شود که مقدار تولید کم باشد. بر اساس نیازهای تولید امولسیون قیر، مقدار مناسبی از قیر و محلول آبی مشخص می‌شود. سپس محلول امولسیفایر و قیر در دو مخزن جداگانه ریخته شده و از طریق لوله و پمپ به آسیاب کلوئیدی منتقل می‌شوند. در نهایت قیر امولسیون با مخلوط شدن این دو ماده در آسیاب کلوئیدی به دست می‌آید.

استفاده از قیر سخت در روش بچینگ

در روش بچینگ، کیفیت و نوع قیر اهمیت زیادی دارد؛ استفاده از قیرهای سخت یا اصلاح‌شده با پلیمر فرآیند را دشوارتر می‌کند. این نوع قیرها برای ورود به پمپ و آسیاب نیاز به دمای بالا و فشار بیشتر دارند. برای قیرهای با چگالی بالا از آسیاب‌های تحت فشار استفاده می‌شود و امولسیون تولیدشده باید پیش از ذخیره‌سازی تا زیر ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد خنک شود.

(برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد کاربرد قیر سفت به مطلب نوشته شده در بلاگ مراجعه نمایید.)

2. تولید نیمه‌پیوسته (Semi-continuous Production)

در روش نیمه پیوسته، آسیاب کلوئیدی به طور مداوم در حال چرخیدن است. فاز آبی و فاز قیر در دو مخزن جداگانه نگهداری می‌شوند. مخازن انتقال‌دهنده، قیر و آب را به آسیاب منتقل می‌کنند در حالی که دو مخزن پر، ذخیره‌ی قیر و آب را در خود دارند.

وقتی که مخازن انتقال‌دهنده خالی می‌شوند، مخازن پر شروع به انتقال مواد می‌کنند. سپس قیر و آب دوباره در مخازن خالی ریخته می‌شوند. در این روش همیشه مخازن پر هستند تا فرایند ادامه داشته باشد.

3. تولید پیوسته (Continuous Production)

در روش پیوسته، آسیاب کلوئیدی به طور یکنواخت و مداوم کار می‌کند. قیر، آب و امولسیفایر و اسید به طور جداگانه از طریق لوله‌ها منتقل می‌شوند. پیش از رسیدن به آسیاب، تمام جریان‌های مواد وارد یک لوله‌ی مشترک می‌شوند و در آنجا با هم ترکیب شده سپس وارد آسیاب کلوئیدی می‌شوند. (برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد کاربرد قیر خشک مطلب منتشر شده در بلاگ را مطالعه نمایید.)

رایج‌ترین روش‌های تهیه قیر امولسیون

فرایند تولید قیرهای امولسیونی از ترکیب قیر و آب به دست می‌آید و در واقع در ان، قیر به صورت ذرات ریز در آب معلق است و توسط امولسیفایر پایدار می‌شود. از رایج‌ترین روش‌های تولید قیر امولسیون می‌توان به روش مخلوط کردن سریع و روش آسیاب کلوئیدی اشاره کرد که در ادامه درباره آنها توضیح می‌دهیم.

روش مخلوط کردن سریع

در این روش، قیر و آب در دمای بالا و سرعت زیاد با هم ترکیب می‌شوند تا زمانی که قیر به صورت ذرات ریز در آب معلق شود. سپس امولسیفایر به آن افزوده می‌شود تا از انعقاد ذرات قیر جلوگیری شود.

روش آسیاب کلوئیدی

در این روش تولید قیر امولسیون، قیر و آب به صورت پیوسته در دمای بالا از یک آسیاب کلوئیدی عبور می‌کنند. این آسیاب دارای پره‌هایی است که به سرعت می‌چرخند و باعث معقل شدن ذرات قیر در آب می‌شوند. سپس عامل امولسیفایر به آن افزوده می‌شود تا این ذرات منعقد نشوند.

مشکلات رایج در خط تولید قیر امولسیون

در تولید قیر امولسیون فاکتورهای مختلفی دخیل است که همگی می‌توانند بر کیفیت قیر نهایی تاثیر بگذارند. از جمله مشکلات رایج در فرایند تولید قیرهای امولسیونی می‌توان به این موارد اشاره کرد:

ناپایداری امولسیون: استفاده از امولسیفایر نامناسب در آسیاب کلوئیدی می‌تواند منجر به ناپایداری قیر و عدم یکنواختی محصول نهایی شود.
چسبندگی ضعیف: کیفیت نامناسب قیر باعث عدم چسبندگی قیر در راهسازی می‌شود.
توزیع ناکافی ذرات: ریز نشدن ذرات قیر به اندازه کافی باعث می‌شود ذرات قیر به صورت یکنواخت در آب پخش نشود.

فاکتورهای مهم در تولید و تهیه قیر امولسیون

در تولید قیر امولسیون فاکتورهای مختلفی از جمله نوع قیر، نوع امولسیفایر، دمای تولید و سرعت مخلوط کردن بسیار مهم است. در واقع می‌توان گفت نوع قیر و نوع امولسیفایر بر کیفیت و خواص قیر نهایی تاثیر بسزایی دارد. دمای تولید نیز باید طوری باشد که به انعقاد ذرات قیر منجر نشود. در نهایت سرعت مخلوط کردن قیر و امولسیفایر است که باید در حدی باشد که باعث شکسته شدن ذرات قیر نشود.

دسته‌بندی قیر امولسیونی بر اساس نوع امولسیفایر

قیرهای امولسیونی بر اساس نوع امولسیفایر مورد استفاده در آنها به دو دسته‌ی قیرهای کاتیونی و آنیونی تقسیم می‌شوند.

قیر امولسیون کاتیونی قیری است که عامل امولسیفایر در آن دارای بار مثبت است و در قیر امولسیونی آنیونی نیز عامل امولسیفایر دارای بار منفی است. قیرهای کاتیونی برای آب‌بندی سطوحی که در معرض مستقیم آب و هوا هستند کاربرد دارد و قیرهای آنیونی برای سطوحی که بیشتر در معرض مواد شیمیایی قرار دارند، کاربرد دارد.

کاربردها و دلایل استفاده از قیر امولسیون

تولید قیر امولسیون برای صنایع و کاربردهای مختلف می‌تواند مهم باشد. این نوع قیر برای آب‌بندی سطوح، محافظت در برابر شرایط آب و هوایی مختلف و خوردگی، نگهداری و ترمیم بتن، چسبندگی بین لایه‌ها و آسفالت و سطوح فلزی می‌تواند کاربردی باشد. البته لازم است کیفیت قیر بهبود یابد تا ماندگاری و دوام بیشتری داشته باشد.

مزایای استفاده از قیر امولسیون

از مزایای استفاده از قیر امولسیون می‌توان به این موارد اشاره کرد:

چسبندگی بالا
ابزار و تجهیزات موجود
سرعت تبخیر بالای آب نسبت به قیرهای حلال در نفت و افزایش سرعت استفاده
امکان تولید قیر امولسیون با درصدهای مختلف برای کاربردهای متفاوت
امکان افزایش کیفیت قیر و بهبود ویژگی‌های آن (چسبندگی و گرانروی) با توجه به فرایند
کاهش آلودگی محیط زیست
قیمت مناسب‌تر قیر امولسیونی نسبت به قیرهای محلول به دلیل سرعت تخلیه، بارگیری و توزیع بیشتر و عدم نیاز به گرم شدن

خواص قیر امولسیون

از خواص قیر امولسیون می‌توان به نفوذپذیری بالا و مقاومت بالا در برابر آب‌وهوا اشاره کرد. نفوذپذیری بالای این قیر باعث می‌شود به راحتی در سطوح مختلف قرار گیرد و به ویژه برای سطوحی که دائما در معرض آب هستند، مناسب است. در نهایت سهولت استفاده از این قیر است که باعث می‌شود به راحتی قابل استفاده باشد.

مزیت قیر امولسیونی نسبت به قیرهای محلول

از مزایای قیر امولسیون به قیر محلول برای راهسازی و سایر کاربردها می‌توان به این موارد اشاره کرد:

بدون نیاز به حلال‌های نفتی
دوستدار محیط‌زیست
قابل‌استفاده در شرایط آب و هوایی مرطوب
بدون نیاز به گرمادهی در زمان استفاده
نگهداری ایمن و بدون امکان آتش‌سوزی در نگهداری یا حمل‌ونقل
کاربردهای گسترده در راهسازی

تفاوت قیر امولسیون با قیر مخلوط (MC)

تولید قیر امولسیون نسبت به قیرهای مخلوط نیز می‌تواند مزایایی داشته باشد. در ادامه به بررسی تفاوت این دو نوع قیر از نظر ترکیبات و کاربرد می‌پردازیم.

ترکیبات شیمیایی

قیر MC نوعی قیر مخلوط به صورت جامد است که به مرور زمان و تحت تاثیر دمای خورشید، به مایع تبدیل می‌شود. اما قیر امولسیون از ترکیب آب و قیر به دست می‌آید.

استفاده و کاربرد

از قیر MC بیشتر در راهسازی به روش سنتی استفاده می‌شود. این نوع قیر برای پوشش سطحی جاده‌ها بکار می‌رود و به خاطر استحکام و دوام بالا در برابر عوامل جوی، برای جاده‌های پرترافیک گزینه‌ای عالی است.

در مقابل قیر امولسیون در روش‌های پیشرفته و مدرن راهسازی کاربرد دارد و به خاطر خاصیت نفوذپذیری بالا، به راحتی با سنگدانه‌ها و مخلوط‌های راهسازی ترکیب می‌شود. این نوع قیر برای تثبیت جاده‌ها و ایجاد لایه‌های آسفالتی کاربرد دارد.

انواع قیر امولسیون از نظر سرعت شکسته شدن

قیرهای امولسیونی از نظر سرعت شکسته شدن به سه دسته قیرهای تندشکن (RS)، کند شکن (MS) و قیرهای دیرشکن (SS) تقسیم می‌شوند که در ادامه بیشتر به آنها می‌پردازیم.

قیر تند شکن

قیر امولسیون زودشکن یا تندشکن نوع دیگری از قیرهای امولسیونی است که در راهسازی و صنایع ساختمانی کاربرد دارد. این قیر به صورت امولسیون با آب تهیه می‌شود و پس از مدت کوتاهی، امکان شکستن امولسیون و بازگشت به حالت قیر خالص را دارد.

مزایا و کاربردهای قیر امولسیون زود شکن

از مزایای قیر امولسیون تندشکن می‌توان به استفاده آسان به خاطر شکست‌پذیری سریع، زمان تنظیم سریع به خاطر سرعت تبخیر آب، مقاومت بالا در برابر آب، رطوبت و خوردگی، دوام و ماندگاری و کاربرد در پوشش روکش‌ها اشاره کرد.

قیر کند شکن

قیر کند شکن نوعی از قیرهای امولسیونی است که برای مخلوط شدن با مصالح دانه درشت سنگی مناسب است. در تولید قیر امولسیون کندشکن از امولسیفایر کندشکن استفاده می‌شود. این نوع قیر در دماهای بالا برای پوشش مصالح سنگی بهتر است.

قیر دیر شکن

قیرهای دیرشکن، پایداری بالایی در تماس با مصالح سنگی دارند و با مصالح ریزدانه و دانه‌بندی پیوسته قابل استفاده‌اند. با افزودن آب، می‌توان روانی آن‌ها را افزایش داد و برای کاربردهایی مثل اندود سطحی و کنترل گرد و غبار بکار برد.

فاکتورهای مهم در انتخاب قیر امولسیون

در انتخاب قیر امولسیون باید این فاکتورها را در نظر داشته باشید:

شرایط اقلیمی و نوع آب و هوای منطقه
نوع سطح مورد نظر برای پوشش‌دهی با قیر
میزان ترافیک جاده برای استفاده از قیر در راهسازی
هدف استفاده از قیر امولسیون

روش افزایش ماندگاری قیر امولسیون

فرایند تولید قیر امولسیون یک فرایند پیچیده است و برای افزایش ماندگاری محصول نهایی باید فاکتورهای مختلفی در نظر گرفته شود:

انتخاب قیر مناسب
میزان ترکیب آب و قیر
استفاده از امولسیفایرهای پایدار
استفاده از افزودنی‌ها برای افزایش ماندگاری قیر و بهبود حواص مکانیکی آن
رعایت شرایط تولید قیر امولسیونی

نکات ایمنی در تولید قیر امولسیون و استفاده از ان

در فرایند تولید قیر امولسیون و همینطور استفاده از آن باید این نکات ایمنی را در نظر داشته باشید:

قطرات یا بخارات این قیر می‌تواند باعث آسیب به چشم و حتی کوری شود.
تماس با پوست با تحریکات شدید پوستی و سوختگی همراه است.
خوردن این قیر می‌تواند با زخم دهان، گلو و شکم همراه باشد که در نتیجه با مشکل در بلع، استفراغ، تهوع و استفراغ همراه خواهد بود.
تنفس بخارات قیر امولسیونی باعث مشکل در تنفس و زخم بینی می‌شود.
این قیر قابل‌اشتعال نیست و نمی‌سوزد.