Применение метода инфракрасной спектроскопии в сочетании с хемометрическими алгоритмами для установления наличия в составе битумных продуктов блок-сополимера стирола с бутадиеном

Abstract

В настоящее время для улучшения эксплуатационных характеристик асфальтобетонных покрытий широкое распространение получило применение полимерно-битумных вяжущих (ПБВ), в том числе содержащих сополимер стирола с бутадиеном (СБС). Ввиду низкого содержания полимера в составе ПБВ, качественное обнаружение полимера в составе нефтяного битума является непростой исследовательской задачей. Существующие методы обнаружения полимера в нефтяном битуме основаны на сложной многоступенчатой экстракции или на измерении условной характеристической вязкости полимера в анализируемом ПБВ. Данные методы являются трудоемкими и времязатратными, требуют применения ряда специфических органических растворителей и стандартных образцов. В данной работе рассмотрена возможность использования инфракрасной спектроскопии (ИКС) нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) с последующей обработкой спектров с применением хемометрических алгоритмов при исследовании ПБВ, содержащих СБС. Проиллюстрировано применение метода главных компонент (PCA, МГК), а также метода одноклассовой классификации – метода формального независимого моделирования аналогий классов (DD-SIMCA). Применение ИКС в сочетании с хемометрическими методами обработки данных значительно облегчает и ускоряет такую исследовательскую задачу, как установление наличия СБС в битумных продуктах. Цель данной работы состояла в решении классификационной задачи при исследовании битумных продуктов, а именно отнесение / не отнесение битумного продукта к ПБВ с СБС.

At present polymer-bitumen binders (PBB), including those containing styrene-butadiene copolymer (SBC), are widely used for improving the performance of asphalt concrete coverings. Qualitative detection of the polymer in the petroleum bitumen composition is a difficult research task owing to the low content of the polymer in the PBB composition. Existing methods for determining the polymer in petroleum bitumen are based on a complex multi-stage extraction or on measuring the specific characteristic viscosity of the polymer in the analyzed PBB. These methods are time-consuming and labor-intensive, and require application of a number of specific organic solvents and reference standards. The present work considers the possibility of applying infrared spectroscopy of disturbed total internal reflection (ATR) with subsequent processing of spectra using chemometric algorithms in the study of PBB containing SBC. Application of the principal component analysis (PCA), as well as one-class classification method, the method of soft independent modeling of class analogy (DD-SIMCA), is illustrated. The use of infrared spectroscopy in combination with chemometric data processing methods greatly simplifies and accelerates the research task of detection SBS in bitumen products. The objective of this work was to solve the classification and identification problem in the course of studying bitumen products, i.e. attributing/non-attributing a bitumen product to PBB with SBS.