ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Состав битумов S Технические свойства, битумов из "Производство нефтяных битумов" Определение компонентного состава битумов. В зависимости от выбора экстрагентов для осаждения, элюентов и адсорбентов для хроматографирования результаты определения могут быть неодинаковыми, что и наблюдается в работах разных авторов. Наибольшее применение при исследовании компонентного состава битумов у нас в стране нашли лишь несколько методик. Они отличаются в основном аппаратурным оформлением, но не полученными результатами. [c.8] Широко применяется методика разделения, в которой адсорбированные на силикагеле вещества последовательно вытесняются несколькими веществами, а масла и смолы (так называемая мальтеновая часть) различают по коэффициенту преломления. Установлены следующие величины коэффициентов преломления при 20°С в зависимости от структуры соединений до 1,49 — парафино-нафтеновые углеводороды, 1,49—1,53 — мо-ноциклические, 1,53—1,59 — бициклические ароматические и выше 1,59 — полициклические ароматические углеводороды наконец, если определение коэффициента преломления невозможно, соединение относят к смолам. [c.8] Метод позволяет получать результаты определения группового химического состава битумов, близкие к полученным по описанной выше методике [3]. В то же время для проведения анализа люминесцентным методом требуется меньше исходного материала и длительность анализа несколько меньшая. Для осаждения асфальтенов можно также использовать изооктан. [c.9] Значительное сокрашение продолжительности анализа может быть достигнуто при использовании метода и аппаратуры, предложенных в работе [4] для анализа мальтеновой части (масел и смол) битумов. Метод заключается в следующем. [c.9] Асфальтены отделяют от битума, как описано выше, осаждением и фильтрованием, а мальтены разделяют на силикагеле элюированием изооктаном, бензолом и этанолом Вымываемые из хроматографической колонки соединения, растворенные в соответствующем растворителе, подаются на транспортирующую цепочку. Во время движения цепочки растворитель испаряется, а компоненты битума поступают в печь, где сгорают. Образовавшийся диоксид углерода регистрируется катарометром. Величина пика диоксида углерода позволяет судить о количестве соответствующего компонента битума. Принимая площадь всех пиков Пропорциональной общему содержанию мальтенов и учитывая количество предварительно выделенных асфальтенов, рассчитывают групповой химический состав битума. Как видно, количественная оценка группового химического состава по этому методу не связана с отбором больших объемов и высушиванием многочисленных фракций, что необходимо при традиционном анализе битума по коэффициенту преломления (или люминесценции). В результате этого продолжительность анализа маль тенов резко сокращается. Однако необходимость длительной (до-двух суток) операции по выделению асфальтенов из навее испытуемого образца по-прежнему остается. [c.9] Колонки с адсорбентом и растворами термостатируют, растворители при этом испаряются. Таким образом, в первой колонке оказывается проба мальтенов, а во второй — битума. Далее растворителями одинакового набора (например, изооктаном, бензолом и смесью бензола и этанола в соотношении 1 1) вымывают соответствующие этим растворителям группы соединений из пробы мальтенов и пробы битума. Поскольку раствор в парафиновом углеводороде в отличие от раствора в ароматическом углеводороде не содержит растворенных асфальтенов, общая площадь пиков, получаемых при разделении мальтенов, меньше общей площади пиков, получаемых при разделении битума, на величину, соответствующую содержанию асфальтенов в анализируемом битуме. При этом нужно учитывать возможное неравенство количеств мальтенов н битума, взятых на хроматографирование. Это может быть сделано сравнением пиков, полученных при элюировании изооктаном [Ъ, 6]. Таким образом, на анализ группового химического состава битумов затрачивается не более 2 ч. Определение проводят, хроматографическим методом, но принцип использования экстрагирования при выделении асфальтенов не нарушается. [c.10] Молекулярная структура компонентов битума. Структуры компонентов битума имеют большое сходство. Каркас структуры молекул образуется углеродным скелетом, составляющим 30—90% общей массы молекул. Как показано в работе [7], центральное ядро молекулы составляет полициклическая система, в состав которой входят шестичленные карбоциклические, преимущественно бензольные и отчасти циклопентановые и гетероциклические, кольца. Большая часть колец образует конденсированную полициклическую систему, в основном ароматическую. На периферии этой системы часть водорода замещена на ме-тильные группы и короткие (Сг—С4) разветвленные и нераз-ветвленные алифатические цепочки. Заместители могут включать и функциональные группы. [c.10] Наряду со сходством имеются и различия в молекулярной структуре масел, смол и асфальтенов. Масла состоят из высокомолекулярных углеводородов, а также в случае сернистых нефтей из сероорганических соединений, близких по строению к высокомолекулярным углеводородам. Смолы и асфальтены содержат не только углерод, водород, серу, но и кислород и азот, ванадий, никель и некоторые другие металлы. Азот концентрируется преимущественно в асфальтенах, а кислород — в смолах. Суммарное содержание гетероатомов в них достигает 10% (и более). [c.11] Молекулярная масса входящих в битум соединений колеб лется в широких пределах. Причем если для смол нет сущест венного расхождения результатов, полученных разными исследо вателями, то для асфальтенов расхождения находятся в преде лах 2000—300 000. Как отмечает С. Р. Сергиенко, низкие зна чения отвечают истинной молекулярной массе, а значения выше 10 000 — массе надмолекулярных частиц, т. е. разной сложности ассоциатов молекул асфальтенов. В целом битум представляет собой ряд соединений с непрерывно возрастающей молекулярной массой 8]. [c.11] При переработке нефтяных остатков происходят некоторые изменения в структуре молекул. В результате термиаескога воздействия в молекуле увеличивается доля углерода, находящегося в составе ароматических (в том числе конденсированных) структур, и снижается доля углерода, находящегося в алифатических структурах происходит обогащение молекул углеродом и снижение молекулярной массы. Ухудшается растворимость смол и асфальтенов в органических растворителях. Примерно такие же изменения наблюдаются при окислении. [c.11] В табл. 1 в самой общей (усредненной) форме представлена характеристика элементного состава и структуры высокомолекулярных соединений по данным [7]. [c.12] Битумы начали широко использовать в промышленности задолго до того, как были разработаны теоретически обоснованные методы анализа и исследования. Это обстоятельство объясняет применение традиционных (условных) методов анализа для оценки так называемых технических свойств. Показатели таких свойств используют для маркировки, а также при решении ряда вопросов производства и применения битумов. Распространенность условных методов анализа объясняется и их простотой, возможностью проводить сопоставление качества получаемой продукции с ранее накопленной информацией. В национальные стандарты включены разные условные характеристики битума и методы их определения, но на практике повсеместно используют несколько, описанных ниже (подробное изложение методов испытания битумов включено в соответствующие стандарты). [c.12] Пенетрация. Пенетрация — это глубина погружения (проникания) калиброванной иглы в битум под действием определенного груза в течение заданного времени при фиксированной температуре. Таким образом, пенетрация характеризует твердость битума. Она измеряется в десятых долях миллиметра (ГОСТ 11501—78). [c.12] Обычные условия определения пенетрации нагрузка 100 г, продолжительность действия груза 5 с и температура 25°С. Другие условия испытания задают, учитывая специфические требования к разным сортам битумов. Так, очень твердые битумы, употребляемые в кровельном деле, и асфальтены испытывают при несколько более высоких температурах под воздействием груза 150 г и в течение 10 с дорожные битумы — при температуре О или 4°С под воздействием груза 200 г в течение 60 с. Пенетрация — наиболее общий метод испытания, и по ее величине маркируют битумы. [c.12] Температура размягчения. Битумы, являясь смесью большого числа различных соединений, в отличие от индивидуальных веществ переходят в жидкотекучее -состояние при повышении температуры постепенно и характеризуются температурой размягчения, определяемой в фиксированных условиях. Чаще температуру размягчения определяют по методу Кольцо и шар (метод КиШ). [c.12] Температуру размягчения очень твердых битумов и асфальтенов обычно определяют по методу кубика кубик из испытуемого материала подвешивают на проволочном крючке в жидкостной бане. Баня нагревается с заданной скоростью нагрева, при этом битум размягчается. Температура, при которой битум (или его капля) коснется дна сосуда, считается температурой размягчения. [c.13] Дуктильность, Дуктильность битумов — это их способность растягиваться в нить. Ее определяют, подвергая образец битума фиксированным разрывающим нагрузкам при заданной температуре (ГОСТ 11505—75). Величина дуктильности определяется длиной нити, образовавшейся к моменту разрыва. Большое значение показатель дуктильности имеет для дорожных и некоторых индустриальных сортов битумов. [c.13] Вернуться к основной статье