Рис. 2. Середньостатистичні структурні фрагменти асфальтенов (а) і схема об'єднання їх в асоціати (б).
Молекули масел і смол займають вільні ароматичні площині по торцях частинок асфальтенов і перешкоджають їх злипанню один з одним. Якщо ароматичних сполук в системі стає недостатньо, наступає коагуляція асфальтенов у вигляді твердої фази, що перевищує колоїдні розміри [28].
Парафін і церезини, що входять до складу сировини для отримання бітумів, знижують їх товарні властивості. Тверді парафіни, як кристалічні речовини, не володіють пластичними і клеючими властивостями і, покриваючи тонкою плівкою бітум, погіршують розтяжність, міцність і адгезію. Однак існуючі дослідження впливу твердих парафінів і парафіно-нафтенових з'єднань сировини на властивості нафтових бітумів показали, що ці властивості залежать не тільки від змісту цих компонентів, але і від структури їх молекул і що їх присутність в певних кількостях навіть корисно і необхідно.
Парафіно-нафтенові з'єднання поводяться аналогічно моноциклическими ароматичним: покращують пластичність і температуру крихкості нафтових бітумів Однакове поведінку парафіно-нафтенових і моноциклических ароматичних сполук, що виражається в гальмуванні процесу окислення, пояснюється схожістю структури їх молекул [29].
1.3 Бітум як специфічна нафтова дисперсна система. Колоїдно-хімічні властивості бітуму
Нелленштейн ще в 1923 році запропонував наступну теорію будови бітумів: ліофобні частини оточені ліофільними частками, що захищає їх від злиття один з одним, від масляної фази або середовища, в якому суспендировані дані колоїдні утворення, названі мицеллами [ 30].
Вважають, що компоненти з найбільш чітко вираженими ароматичними властивостями і з найбільшою молекулярною масою ближче примикають до ядра колоїдної міцели. Навколо ядра розташовуються послідовно шари компонентів все більш низької молекулярної маси і з поступово знижується ароматичностью, що переходить у інтерміцеллярную рідину.
Пояснення колоїдної структури бітумів по Тракслера [8] полягає в наступному: навколо ядра колоїдної міцели послідовно розташовуються компоненти все більш низькою молекулярною масою зі знижується ароматичностью, що переходять у міжмолекулярної середу з відсутністю кордону розділу фаз.
Ряд вітчизняних і зарубіжних вчених, таких як Р.С. Сергієнко, А.С Колбановская, І.М. Руденська, В.В. Михайлов, А.І. Лисіхіна, І.Пфейффер, Л. Корбет. Г. Оліензіс, Р. Тракслер, та ін., Проводили дослідження структури і властивостей бітумів. У їхніх роботах було встановлено роль окремих компонентів: асфальтенов, смол і масел у формуванні структури. Уявлення про структуру бітумів, обумовленою співвідношенням і взаємодією асфальтенов, смол і масел, зводиться до наступного:
бітуми - дисперсна система, яка в залежності від умов може бути в змозі колоїдних розчинів або суспензій;
бітуми - розчин високомолекулярних сполук, який в залежності від тих чи інших умов може бути колоїдним або істинним [30].
За моделлю, запропонованою З.І. Сюняева, нафта, нафтові залишки, в тому числі і бітуми, складаються зі складних структурних одиниць -надмолекулярних структур (асоціатів) різної товщини сольватной оболонки, міцності зв'язків і впорядкованості [8,31]. Особливістю останніх, на відміну від класичних дисперсних систем, є те, що вони формуються в системі, що складається з великого числа компонентів, у тому числі, що відносяться до різних класів органічних сполук з мало различающимися потенціалами міжмолекулярної взаємодії.
Таким чином, загальноприйнято [24,32] вважати бітуми специфічними нафтовими дисперсними системами, які з дисперсної фази, що представляє собою асоціати асфальтенов і смол, і суцільний фази (матриці) - розчину н- і ізоалканов і ароматичних (алкилароматических) вуглеводнів або спіртобензольних смол. Дисперсна фаза забезпечує міцнісні властивості бітуму, а вуглеводнева матриця надає йому в'язкість і пластичність. Велику роль в дисперсних системах грають поверхневі явища.
У бітумах дисперсійним середовищем є Мальти (сума масел і смол), дисперсною фазою - асфальтени. Стійкість системи залежить від ступеня споріднення мальтенов і асфальтенів яке з певним наближенням можна розцінити як різниця між ступенем ароматичності (відношення числа атомів вуглецю, що входять в ароматичні структури, до загального числа вуглецевих атомів в молекулі) асфальтенов і мальтенов. Чим менше ця різниця відрізняється від значення 0,13, тим більш стійка система бітуму, тим повільніше він старіє. Таким чином, для довговічності бітуму (стійкості його колоїдної структури) необхідна наявність ароматичних масел і смол. Тому кращим ...
