Oltingugurt bitum aralashmalariga modifikatorlar tasirini o‘rganish

Kirish. Dunyo miqyosida modifikatsiyalangan bitum olishda modifikatsiyalangan oltingugurtdan foydalanishga qaratilgan ilmiy-tadqiqot ishlari olib borilmoqda. Bu borada, polimer modifikatorlar asosida sifatli va raqobatbardosh bitumlar sintezi, asfalt qoplamalarining zichlashishiga ta’sir qiluvchi bog‘lovchi moddalar olish, ularning fizik-kimyoviy xossalari, eskirishga barqarorligi, siqilish va yorilishlarga qarshiligi, haroratga bardoshliligi, yopishqoqlik xususiyatlarini yaxshilash, tabiiy va sintetik kimyoviy qo‘shimchalar bilan modifikatsiyalangan bitumlar olishning resurstejamkor texnologiyasini ishlab chiqishga alohida e’tibor berilmoqda. Oltingugurt yer yuzida eng keng tarqalgan 10 top elementdan biri sifatida ma’lum bo‘lib, yer qobig‘ining 0,1% ni tashkil qiladi. Ushbu element qadimdan ma’lum bo‘lib, ushbu modda tibbiyotda, matolarni oqartirishda, lampalar uchun fitillar yasashda, qurol uchun porox ishlab chiqarishda va polimerlarni vulkanizatsiya qilishda keng miqiyosida qo‘llanilib kelinmoqda [1]. Ushbu elementning sanoatidagi eng katta xomashyosi neftni va gazni qayta ishlash natijasida hosil bo‘ladigan sanoat chiqindisi sifatida hosil bo‘ladi [2]. 1-rasm. Oltingugurt yo‘l bitum modifikatori sifatida ko‘rinishi. Bundan tashqari gaz tarkibidagi oltingugurt, asosan, merkaptanlar, vodorod sulfidi va odorantlar kabi birikmalari shaklida bo‘ladi. Bugungi ishlab chiqariladigan oltungugrtning katta qismi sulfat kislota, kauchuk va o‘g‘itlar ishlab chiqarish sanoatida ishlatiladi [3], ammo, oltingugurt bugungi kunda ushbu element yetarlicha to‘liq foydalanish sohalarini topmagan [4,5]. Agar oltingugurtning kimyoviy tomondan xossalariga to‘xtalib o‘tadigan bo‘lsak, termodinamik jihatdan barqaror oltingugurt 16 molekula, ya’ni birlik halqa shaklida 128 atomni o‘z ichiga olgan o‘tkir sariq, hidsiz ortorombik kristallar hosil qiladi. Uning zigligi 2,069 gm/sm ni tashkil etadi va CS2 da yaxshi eriydi. Bugungi kunga qadar oltingugurtning qirq besh xil shakli tasvirlangan va bularning o‘n ikkitasi uchun batafsil strukturaviy ma’lumotlar mavjud. Bizga ma’lumki, oltingugurtning turli allotropik shakllari mavjud bo‘lib, har biri o‘z fizikkimyoviy xossalariga egadir. Bundan kelib chiqadiki, ishlatilish sohasiga qarab uning xossalarini oldindan bilish muhim ahamiyat kasb etadi. Ushbu tadqiqot uchun eng muhimi S8 shakldagisi bo‘lib, quyida uning bir qancha fizik-kimyoviy xossalarini keltiramiz. S8 ning gomopolimerizatsiyasi past haroratda ishlov berishning tarmoqlanishi va suyuq oltingugurt bilan polimerizatsiya uchun yangi sopolimerlar olishda eng muhim jihatidir. Bizga ushbu oltingugurtning termodinamik jihatdan barqaror shakli ortorombik α-S8 bo‘lib, 95 °C da monoklinik β-S8 shaklga o‘tishi va 119 °C da asosiy erish haroratiga ega ekanligi qayd etilgan [6]. Eritilgan oltingugurtni 159 °C dan yuqori haroratda qizdirilganda S–S bog'larining gomolitik uzilishi natijasida radikallarining hosil bo‘lishi, S8 molekulasi halqasi ochilib, o‘suvchi polisulfid zanjir o‘rtasidagi S– S bog‘lanishini shakllantiradi [7]. S.R.Rafikov tadqiqotchi tomonidan ushbu oltingugurtdan polimerlar olish va u asosida polimerlarning turli fizik-kimyoviy xossalarini yaxshilash maqsadida qo‘llashning amaliy ahamiyatini ko‘rsatib berdi hamda keyingi tadqiqotlar uchun zamin yaratdi [8]. “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №3/2025 76 Кимё ва кимёвий технологиялар S S . . n . . S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S12 S6 S9 S7 2-rasm. Elementar oltingugurtning vulkanizatsiya jarayoni tenglamasi. Oltingugurtni va u asosida nafaqat polimerlar, tibbiyotda va boshqa sohalarda hattoki undan qurilish materiallari olish uchun ham tadqiqotlar olib borildi. Tadqiqotchilarning erishgan yutuqlaridan ma’lumki, oltingugurt bog‘lovchi material sifatida ham qo‘llash mumkin ekanligi ochib berildi. Buning uchun dastlab oltingugurtni modifikatsiyalash kabi muhim bosqichlar amalga oshirildi. Shundan keyin uni turli qurilish materiallariga qo‘shimcha sifatida ishlatish mukinligi haqidagi dastlabki tadqiqotlar [9] 1920-yillardan to hozirgacha olib borilmoqda. Bu borada so‘nggi yillarda AQSH oltingugurt va oltingugurtli bog‘lovchilar olish bo‘yicha tadqiqotlarida yetakchi o‘rinni egallab kelmoqda. Bu tadqiqotlar asosan oltingugurtni modifikatsiyalashga qaratilgan edi. Amerikalik McBee W. C. va Sullivan T.A. ikki tadqiqotchi tomonidan 1970-1980-yillarda oltingugurt va uning chiqindilaridan yo‘l va qurilish materiallari ishlab chiqarishda foydalanishni o‘zlarining tadqiqotlarida nashr etishgan [10]. Tadqiqotchilarning ta’kidlashicha, oltingugurt va uning birikmalaridan bog‘lovchi sifatida foydalanilgan materiallarning tayyorlanishi o‘rganilgan, bunda odatdagi haroratlarda Sβ ning Sα ga, va 88,50 °C da monoklinik oltingugurt shaklini olishiga bog‘liqligi Sβ kristallari, shuningdek, Sα kristallari kabi siklooktasulfandan (S8) tashkil topgan egri molekulalardan iborat bo‘lgan. Natijada, molekulalar qayta birlashib halqalar bilan molekulyar zanjirlar hosil qilishi mumkin. Ushbu natijalar oltingugurtni barqaror va mustahkam mahsulot olish uchun modifikatsiya qilish zarurligini ko‘rsatdi [11, 12]. Oltingugurtni modifikatsiyalash organik va noorganik birikmalardan foydalanish samarali modifikatsiyalangan mahsulotlar olish imkonini beradi. Elementar oltingugurt vodorod sulfidining oksidlanishi, shuningdek, tiosulfat va polisulfidlarning kislotali dissotsiatsiyasi kabi turli reaksiyalar natijasida hosil bo‘ladi. Ushbu mahsulot S0 atom shaklidan boshlanmaydi, balki tiosulfat, sulfan monosulfonik kislotalar, polisulfidlar va sulfit ishtirokida S8 ga aylanuvchi kamida 9-oltingugurt zanjirini hosil qilish uchun zanjir uzaytiruvchi reaksiyalar orqali shakllanadi. Masalan, bu jarayon tiosulfat bilan bo‘lgan reaksiyalar orqali sodir bo‘ladi. Tajriba. Harorat ta’siri ostida faollashuvi. S8 (Veymarn) va S8 (polisulfid) faollashuv tezligi turli haroratlarda tahlil qilindi. Olingan natijalarga ko‘ra, (20, 50 va 75 °C) (1-rasm). S8 (Weimarn) xona haroratida (20 °C) faollashuv tezligi 1,65 nm / min (± 0,304 nm); 50 °C da faollashuv tezligi 6,62 ± 0,506 nm / min, 75 °C da esa 19,1 ± 0,875 nm/min. Xona harorati (20 °C) va 50 °C o‘rtasidagi farq 50 °C da 4,97 nm / min tezroq. Xona haroratida (20 ° C) S8 (polisulfid) “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №3/2025 77 Химия и химические технологии faollashuv tezligi pH 3,1 uchun 0,54 nm / min (± 0,146 nm); 75 ° C da qo‘pollashuv tezligi pH 4,7 uchun 5,51 ± 0,384 nm / min. S8 (Veymarn) va S8 (polisulfid) qo‘pollashuv stavkalaridagi farqlar, ehtimol, har bir zarrachaning sirt xarakteridagi tub farqlarni aks ettiradi, ko‘proq hidrofobik S8 (Veymarn) zarralari 75 °C darajasida sezilarli darajada boshqacha harorat ta'sirini ko‘rsatadi. Uzun zanjirli polisulfidlar hosil boʻlishiga olib kelishi mumkin ekanligi o‘rganilgan. Ushbu usulda olingan polisulfidlarning barqarorligi 140 °C dan yuqori haroratlardagina modifikatsiyalangan mahsulotning beqarorligi qayd etilgan. Shu sababli, siklopentadien (CPD), disiklopentadien (DCPD) va oligomerlar aralashmasi bu muammoni hal qilish uchun oltingugurt modifikatori sifatida ishlatilgan [13]. V. Vidojkovik, N.Dordevik va boshqa bir qancha tadqiqotchilar tomonidan oltingugurtni modifikatsiyalash uchun ditiofosfor kislotasining akril efiri yordamida amalga oshirilgan. Modifikatsiyalash uchun reaksiya muhitining harorati 120 dan 180°C gacha bo‘lishi kerak. Tahlil qilingan ma’lumotlarga asoslanib, ishlab chiqarishda keng qo‘llaniladigan bir necha turdagi modifikatorlarni tavsiya qilish mumkin. Sovutish jarayonida siqilishga olib kelmaydigan modifikatorlar mavjud, ular orasida olefin birikmalariga asoslangan modifikatorlar mavjud. Bu birikmalarda yod miqdori 70 dan kamaymasligi kerak, chunki yod miqdorining 70 dan ortishi mahsulotning barqarorligini, mustahkamligini oshiradi va mo‘rtlikni kamaytiradi. Shuning uchun, modifikatsiyalangan oltingugurt mahsulotlarini ishlab chiqarish texnologiyasini ishlab chiqish yanada muhim bo‘lib bormoqda. Ushbu tadqiqot ishida oltingugurtning organik to‘yinmagan uglevodorodlar bilan reaksiyalari va ularning polisulfidlar hamda sulfidlar bilan bog‘liq degidrogenlash jarayonlari o‘rganildi. 125130 °C harorat oralig‘ida, doimiy aralashtirish bilan reagentlarning 1-20% miqdorida eritma qo‘shiladi. Bu usul to‘yib bo‘lmagan uglevodorodlar yordamida barqaror va yuqori quvvatli polimer oltingugurt ishlab chiqarishni ta’minlaydi. So‘ngra, aralashmaning harorati taxminan 30 daqiqa davomida asta-sekin 140-145 °C ga ko‘tariladi. Bu holatda 3 soat saqlanib keyin haroratni 30 daqiqa davomida 5 °C/s da kamaytirish orqali 130-135 °C darajasida saqlanadi. Keyingi tadqiqot ishida noorganik modifikator Li2ZnTi3O8 (LZTO) dan foydalangan holda Lityum-oltingugurt batareyalarida (LSB) lityum polisulfidlarning (LiPS) olish mumkin ekanligi haqida batafsil ma’lumotlar keltirilgan [14]. 2-rasm. DFT hisoblashlar yordamida LZTO modifikatori va turli oltingugurt o‘rtasidagi mos keladigan optimallashtirilgan tuzilmalari hisoblangan “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №3/2025 78 Кимё ва кимёвий технологиялар Bunda, LZTO xost-separator modifikatorining birgalikdagi dizaynini taklif etadi, bu modifikator katod tomonidan qo‘shimcha va mos keluvchi yondashuvni taklif qilib, LiPS larning erishi va samarali konvertatsiyasi bilan bog‘liq muammolarni hal qiladi deya ta’kidlangan tadqiqotchilar tomonidan. Quyidagi bir qator tadqiqotlarda modifikatorlar sifatida polisulfidlar guruhiga 0,1 dan 10% gacha bo‘lgan organosilan, oltingugurtni siklik naftenlar yoki to‘yinmagan uglevodorodlar bilan modifikatsiyalash jarayonini ko‘rsatadi, bu o‘zaro ta'sirlashish natijasida organik polisulfidlar hosil bo‘ladi. O‘zgartirilgan oltingugurt polisulfid birikmalaridan iborat bo‘lib, organik polisulfidlarning mavjudligi oltingugurtning allotropik shakllarini barqarorlashtiradi va teskari kristallanishni cheklaydi. Organosilikon birikmalari kompozitsiyaga yopishqoqlik berish uchun ishlatiladi, bu esa kristallanishni kamaytiradi yoki to‘xtatadi. Biroq organosilikon birikmalari zaharli bo‘lib, plastiklashtirilgan oltingugurt bilan mos kelmaydi bu yerda tiollar, aminlar, alkenillar va sulfidlarning turli funksional guruhlarini o‘z ichiga olgan organosilikon birikmalari qo‘llaniladi. Modifikator sifatida guruhlarga ega bo‘lmagan organosilikon birikmasi ishlatiladi. Ushbu ikki Hamelink Cornelis P va Hristova D. G kabi tadqiqotchilar tomonidan taklif etilgan ixtiro patentida stirol va organik birikmalarga asoslangan murakkab modifikatorlar taklif etilgan. Tadqiqot modifikatorning oltingugurt bilan fizik va kimyoviy aralashtirish imkoniyatini aniqlagan. Modifikatsiya uchun stirol va etilen hosilalaridan foydalanilgan bo‘lib, bunda optimal sharoitlar sifatida modifikatorlar aralashmasi (stirol va ENB) eritilgan oltingugurtga 150 °C da va keyin inert gaz atmosferasida bir soat davomida aralashtiriladi. Olingan modifikatsiyalangan oltingugurt namunalari jismoniy aralashtirish usuli yordamida tayyorlanadi. Har bir namuna uchun turli modifikatorlar qo‘llaniladi va suyuq modifikatsiyalangan oltingugurt namunalari turli nisbatlarda aralashtiriladi. Tarkib qolipga quyiladi va xona haroratida sovutiladi. Oltingugurt birikmalarining asosiy sinflari vakillari bo‘lgan tiofen, dibenzotiofen (DBT) va 4,6-dimetildibenzotiofen (4,6-DMDBT) larning reaksiyaga kirishish qobiliyati ularni o‘rganish jarayonida kuzatildi, bor va molibden qo‘shimchalari bilan o‘zgartirilgan CuO/ZnO/Al2O3 katalizatorida kislorod bilan oksidlovchi desulfurizatsiya T ≥ 375°C da reaktivlik tiofen < DBT < 4,6-DMDBT tartibida ortdi. Toluoldagi 4,6-DMDBT eritmasi bilan taqlid qilingan uglevodorod yoqilg‘isidan SO2 ko‘rinishidagi oltingugurtni olib tashlash darajasi 80% ni tashkil etdi [26]. “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №3/2025 79 Химия и химические технологии Oltingugurt birikmasi va kislorodga nisbatan birinchi darajali reaksiya farazi ostida sinov jarayonlarining ko‘rinadigan faollashuv energiyalari hisoblab chiqilgan. Dimetil efirni quyi olefinlarga aylantirishda zeolit asosidagi katalizatorlarga sirkonyum qo‘shilishining ta’siri o‘rganildi. Tadqiqotda sirkoniy birikmalarining zeolit katalizatorining katalitik xususiyatlariga qanday ta’sir qilishi tahlil qilindi va Zr o‘z ichiga olgan zeolit matritsasini sulfatlash orqali yangi kislota joylarini yaratish usuli ishlab chiqildi. Ushbu maqolada oltingugurtga boy kopolimerlar sintezi uchun tung moyli zig'ir yog'i (TO-LSO) va stirol zig'ir moyi (STY-LSO) ishlatilgan, keyin ular S8 bilan 130 °C da vulkanizatsiya qilingan. Natijalar shuni ko‘rsatdiki, konjugatsiyalangan tuzilma reaksiya darajasini yaxshilaydi va TO-STY nisbati mos ravishda 20 va 10% bo‘lganda reaksiyaning gellanish vaqti qisqardi. So‘nggi yillarda neft va tabiiy gazni tozalash jarayonlarining rivojlanishi natijasida, atrof-muhit xavfsizligi va salomatlikka tahdid solishi mumkin bo‘lgan katta miqdorda oltingugurt ishlab chiqarilayotgani aniqlangan. Shuning uchun, ushbu tadqiqot qurilish sohasida, xususan, qoplama materiallarida, oltingugurtning elementar xususiyatlarini maksimal darajada oshirishni maqsad qiladi. Tadqiqotda oltingugurt epoksi bilan yuqori samarali qoplama materialini tayyorlash maqsadida o‘zgartirildi. Avval, oltingugurt 160 °C haroratda zig‘ir moyi bilan modifikatsiya qilindi. O‘zgartirilgan oltingugurt kimyoviy jihatdan FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) va XRD (X-ray diffraction) usullari yordamida tavsiflandi. 3-rasm. Oltingugurtni zig‘ir moyi bilan modifikatsiyalash mexanizmi Keyinchalik, epoksi 10% dan 40% gacha bo‘lgan turli miqdordagi polimerik oltingugurt bilan qisman almashtirildi. Qattiqlashtirilgan oltingugurtepoksi kompozitlarini hosil qilish uchun qattiqlashtiruvchi qo‘shildi. 4-rasm. Tajriba sxemasi “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №3/2025 80 Кимё ва кимёвий технологиялар Xulosa. Natijalar shuni ko‘rsatdiki, Young moduli, qattiqlik, kuchlanish kuchi, mustahkamlik va PCs kompozitining yopishqoqligi mos ravishda 54%, 87%, 15%, 40% va 33% ga yaxshilandi. Bundan tashqari, tayyorlangan kompozitlar toza epoksiga qaraganda yuqori termik barqarorlikni ta'minladi. Umumiy natijalar epoksi qisman o‘zgartirilgan oltingugurt bilan almashtirilishi mumkinligini tasdiqlaydi, bunda oltingugurtning yuqori og'irlik nisbati 40% ga yetishi aniqlangan. Adabiyotlar: 1. Lu X., Isacsson U., Ekblad J. “Phase separation of SBS polymer modified bitumens // Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 11, 1999, p. 51-57. 2. Read J., Whiteoak D., The Shell Bitumen handbook. Shell Bitumen, Fifth edition, 2003, pp. 8587. 3. Yen T.F. “A macrostructure of petroleum asphalt.” Preprints of the Symp. Chemistry and characterization of Asphalt, Vol. 35, Div. Of Petroleum Vhemistry, American Chemistry Society, Washington D.C., 1990, 314-319. 4. Becker Y., Mendez M.P., Rodriguez Y. Polymer modified asphalt. Vision Tecnologica 2001; 9(1):39-50. 5. Lu X. On polymer modified road bitumens [doctoral dissertation]. Stockholm: KTH Royal Institute of Technology; 1997. 6. Polacco G., Berlincioni S., Biondi D., Stastna J., Zanzotto L. Asphalt modification with different polyethylene-based polymers. European Polymer Journal 2005; 41(12): 2831-2844. 7. Tayfur S., Ozen H., Aksoy A. Investigation of rutting performance of asphalt mixtures containing polymer modifiers. Construction and Building Materials 2007; 21(2): 328-337. 8. Lu X. On polymer modified road bitumens [doctoral dissertation]. Stockholm: KTH Royal Institute of Technology; 1997. 131-137. 9. Sengoz B., Isikyakar G. Analysis of styrene-butadiene-styrene polymer modified bitumen using fluorescent microscopy and conventional test methods. Journal of Hazardous Materials 2008; 150(2): 424-432. 10. Ouyang C., Wang S., Zhang Y., Zhang Y. Improving the aging resistance of styrenebutadienestyrene tri-block copolymer modified asphalt by addition of antioxidants. Polymer Degradation and Stability 2006; 91(4): 795-804. 11. Wang T., Yi T., Yuzhen Z. The compatibility of SBS-modified asphalt. Petroleum Science and Technology 2010; 28(7): p 764-772. 12. Chang H.L., Wong G.K., Lin J.R., Yen T.F. Electron spin resonance study of bituminous substances and asphaltenes. In: T.F. Yen, G.V. Chilingarian, editors. Asphaltenes and Asphalts, Developments in Petroleum Science Amsterdam: Elsevier; 2000: 229-280. 13. M.S.Rosilov Изучение физико-химических свойств серобитума Unversum 3/(120) mart 2024г. 14. M.S.Rosilov The use of sulfur as a modifier in the production of serobitum Unversum 3/(120) mart 2024г. 15. M.S.Rosilov Xимический состав и свойства нефтяного битума Unversum 3/(120) mart 2024 г. “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №3/2025 81