ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Современные представления о процессах структурообразования и структуре нефтяных битумов из "Дорожные битумы" Проблема получения из различных нефтей битумов, обладающих необходимым комплексом механических и адгезионных свойств, может быть решена в направлении оптимизации битумов для дорожного строительства и разработки оптимальных технологических способов их получения с учетом природы используемого нефтяного сырья. Это можно осуществить, если рассматривать битумы как пространственные дисперсные структуры, к которым можно применить основные положения физико-химической механики, развитой в работах П. А. Ребиндера и его школы. [c.44] Основной задачей физико-химической механики—новой пограничной области науки, является получение материалов, обладающих комплексом заданных свойств. Исходя из основного положения, что все механические свойства и долговечность материала определяются его структурой, физико-химическая механика основывает получение высококачественных материалов на создании оптимальной структуры, что связано одновременно с разработкой оптимальных технологических процессов, позволяющих получить требуемый материал на практике. [c.44] Как указывает П. А. Ребиндер [99], под структурой тела понимается пространственная сетка, образованная взаимодействием (сцеплением) друг с другом атомов, ионов, молекул или коллоидных частиц. Такая структура, определяющая упругость и прочность твердых тел, может представлять собой правильную кристаллическую пространственную решетку или хаотический каркас, как в коагуляционных структурах — гелях, студнях или стеклообразных телах. [c.44] Все дисперсные системы, включая и однофазные растворы вы-сокополимеров, по признаку отсутствия или наличия хаотической пространственной сетки, образованной сцеплением частиц дисперсной фазы в жидкой дисперсионной среде или взаимодействием растворенных в данном растворителе макромолекул полимера( можно отнести к двум группам неструктурированным и структурированным дисперсиям [97, 100, 101]. [c.44] Между структурированными и неструктурированными системами имеется непрерывный, хотя зачастую и очень резкий переход, определяемый увеличением числа связей в единице объема и повышением прочности каждой связи ио мере развития пространственной структуры. [c.45] Все дисперсные структуры делятся на два резко различающиеся класса 1) коагуляционные и 2) конденсационные, в частности кристаллизационные структуры [97, 99]. [c.45] Пространственные коагуляционные структуры, образованные молекулярным сцеплением беспорядочно расположенных коллоидных частиц, не обнаруживают дальнего порядка в целом, хотя каждая частица как элемент структуры может быть кристалликом малых (коллоидных) размеров. Образование коагуляционного каркаса происходит при сцеплении частиц от соударения в процессе беспорядочного теплового движения. При этом в местах контакта имеются остаточные прослойки дисперсионной среды. Эти гранично-смазочные прослойки, имеющие толщину три —пять молекулярных слоев, обеспечивают обратимость восстановления и разрушения контакта. Наличие прослоек определяют основные особенности коагуляционных структур — тиксотррпию, ползучесть и невысокую прочность. [c.45] Возникновение коагуляционных структур возможно в дисперсных системах не слишком лиофильных. В случае предельной лио-фнльности происходит самопроизвольное диспергирование и возникает однофазная система—истинный раствор. В то же время при большой степени лиофобности коагуляционные структуры образуются лишь в очень плотных, предельно концентрированных системах. [c.45] Процесс коагуляционного структурообразования не уменьшает иоверхности раздела фаз, а происходит за счет уменьшения свободной поверхности энергии в местах контакта. Прочность коагуляционных структур резко возрастает со степенью объемного заполнения, а прп постоянном содержании дисперсной фазы — с увеличением ее дисперсности, т. е. числа частиц в единице объема, и с увеличением анизометрии (вытянутости) частиц. [c.45] В процессе изменения состава дисперсионной среды (например, при испарении легких углеводородных фракций) может наблюдаться самопроизвольный переход коагуляционного контакта с жидкостной прослойкой в точечный предельно прочный псевдокоагуляци-онный контакт. При этом силы взаимодействия между частицами велики, что приводит к вытеснению жидкостной прослойки из зоны контакта. [c.45] Прежде чем перейти к обзору существующих представлений о структуре битухма, необходимо привести некоторые сведения о химическом составе и структуре его основных компонентов — асфальтенов, смол и углеводородов. [c.46] До настоящего времени не существует единого взгляда на природу и характер асфальто-смолистых веществ, входящих в состав битумов и тяжелых нефтяных остатков. [c.46] Асфальтенами называют наиболее высокомолекулярную фракцию нефти и битумов, нерастворимую в легких алканах (Н-пента-не, Н-гексане, Н-гептане, петролейном эфире и т. п.). Детальные исследования асфальтенов нефти и остатков, выполненные в последнее время [89, 159, 164, 184, 195, 230] с применением современных методов (ИК, УФ, ЯМР, ЭПР—спектры, масс-спектры, рентгеноструктурный анализ и др.), позволили установить основные структурные элементы этой группы высокомолекулярных веществ. [c.46] Асфальтены представляют собой полициклические конденсированные ароматические структуры с включением гетероциклов преимущественно с серой и азотом, с боковыми заместителями в виде предельных алифатических цепей и нефтеновых колец, содержащих функциональные полярные группы с кислородным атомом. [c.46] Смолы не имеют единого характера, и им нельзя приписать одинаковую химическую структуру [144]. В состав смолистых веществ входят комплексные соединения фенолов и азотистых оснований, соединения с ароматическими радикалами и длинными алкилными цепями, соединения с ароматическими и нафтено-ароматическимн радикалами с короткими алкильными цепями. В циклической части смол могут содержаться нафтеновые кольца, азот, сера. [c.47] Молекулы смол характеризуются больщой разветвленностью, степень которой зависит от соотношения и природы структурных элементов. По данным [124], основными структурными элементами молекул смол являются конденсированные системы, состоящие из ароматических, нафтеновых и гетероциклических колец, соединенных между собой сравнительно короткими алифатическими мостиками и содержащие в кольце один или несколько алифатических заместителей. Конденсированные системы состоят преимущественно из двух колец. Наличие ноликонденсированных систем, если и возможно, то в небольшом количестве. [c.47] Согласно последним данным [89], смолы и асфальтены содержат одинаковые химические группы и различие в их строении носит лишь количественный характер. При постепенном переходе от смол к асфальтенам нарастает ароматичность вещества, при этом увеличивается число конденсированных ароматических колец в структуре. Усложнение строения смол происходит как за счет увеличения структурной единицы, т. е. числа ароматических колец, так и за счет увеличения числа структурных единиц. [c.47] Подробные исследования состава и свойств высокомолекулярных углеводородов (масел), содержащихся в тяжелых остатках нефти и битумах, были проведены С. Р. Сергиенко с сотрудниками [124]. [c.47] Хроматографическое разделение на силикагеле дало возможность авторам получить следующие группы соединений парафинонафтеновые углеводороды, моноциклические ароматические углеводороды, конденсированные бициклические углеводороды, конденсированные полициклические углеводороды. [c.47] Основное влияние на структуру битумов оказывает количественное соотношение парафино-нафтеновых углеводородов и группы ароматических углеводородов (моно-, би- и полициклических). В группы парафино-нафтеновых углеводородов входят жидкие и твердые углеводороды. [c.47] Вернуться к основной статье