Avslöja strukturen
Med hjälp av en avancerad analysmetod börjar forskare hos Nynas skaffa sig insyn i bitumens kemiska struktur. Xiaohu Lu förklarar hur TOF-SIMS används för att analysera ytstrukturen hos bitumen.
– TOF-SIMS (time-of- flight secondary ion mass spectroscopy) gör att vi kan karakterisera den kemiska sammansättningen och strukturen på ytan av bitumen. Vi har även jämfört vaxfritt bitumen med bitumen som innehåller naturligt vax och vaxfritt bitumen med tillsatt vax, säger Dr Xiaohu Lu, Senior Technical Specialist hos Nynas Bitumen.
TOF-SIMS-projektet har möjliggjort för forskarna att tränga djupare in i några av de obesvarade frågor som rör den kemiska strukturen hos olika typer av bitumen och dess komponenter. Genom att öppna ett fönster mot ytstrukturen hos bitumen har deras arbete exempelvis avslöjat vilken roll vax spelar.
Forskarna fann att de strukturer som bildas på ytan av bitumen i hög grad är kopplade till vaxinnehållet. De kunde observera att vax anrikas och samlas på ytan av bitumen, vilket hjälper till att förklara den fassegregering som detta är förknippat med.
Dr Xiaohu Lu
Senior Technical Specialist, leder flera av Nynas FoU-projekt inom bitumen och bituminösa material. Innan han började arbeta på Nynas år 2002 hade han en docenttjänst på KTH i Stockholm, där han tidigare även doktorerade inom området vägteknik.
– Ytan hos vaxfritt bitumen karakteriseras av en homogen fördelning utan kemisk variation eller fasstrukturer, men tillsats av naturligt vax ger segregering som leder till att vax anrikas på ytan, förklarar Xiaohu Lu.
Segregeringen liknar dock inte den som sker i bitumen som innehåller naturligt vax. I bitumen med tillsatt vax fann forskarna inga av de så kallade bi-strukturer (långsträckta och väldefinierade strukturer liknande ränderna på ett bi), som är vanliga hos bitumen innehållande naturligt vax.
– Resultaten kommer att hjälpa oss att förstå och förutsäga de skillnader i prestanda som finns mellan olika typer av bitumen. Vi bygger nu vidare på den ursprungliga studien genom att använda TOF-SIMS för att titta närmare på hur bitumen åldras, avslutar Xiaohu Lu.
Analys av ytskikt
TOF-SIMS används för att samla kemisk information om ytskiktet hos ett prov från sekundärjoner som emitteras efter att ytan bombarderats med energirika primärjoner. Kollisionen mellan primärjonerna och provet leder till emission av en rad olika partiklar. De flesta är neutrala, exempelvis atomer och molekyler eller delar av molekyler, men vissa är positivt eller negativt laddade joner.
Den masspektrometriska analysen av dessa sekundärjoner hjälper till att skapa en “bild” av ytan. Separata masspektra för individuella pixlar inom det analyserade området fås genom att strålen av primärjoner scannas över provets yta. Det ger information med upplösning på submikron-nivå som kan återges visuellt på olika sätt.
