Kazakhstan journal for oil & gas industryKazakhstan journal for oil & gas industry2707-42262957-806XKMG Engineering10885210.54859/kjogi108852Научная статьяАнализ структуры битумно-полимерных композитов по данным ИК-спектроскопииСейтеноваГайни Жумагалиевна<p>канд. хим. наук</p>gainiseitenova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6202-3951СыздыкАяжан Галымкызыayazhanka.syzdyk@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0007-4435-0976ДжексембаеваАсель Ермековна<p>PhD</p>dzhexembayeva_aye@enu.kzhttps://orcid.org/0009-0009-6153-9580ДюсоваРизагуль Муслимовна<p>кандидат технических наук</p>rizagul.dyussova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-3083-5255Ассоциация производителей и потребителей нефтегазохимической продукцииЕвразийский национальный университет им. Л.Н. ГумилеваТорайгыров Университет260920257351583103202522042025Copyright © 2025, Сейтенова Г.Ж., Сыздык А.Г., Джексембаева А.Е., Дюсова Р.М.2025<p><strong>Обоснование.</strong> Использование битумно-полимерных композитов является актуальным направлением для улучшения эксплуатационных характеристик битумных материалов в дорожном строительстве. Изучение структуры и механизмов взаимодействия компонентов в таких композициях позволяет оптимизировать составы и повысить качество конечного продукта.</p> <p><strong>Цель. </strong>Целью работы является исследование структуры и характера взаимодействия компонентов битумно-полимерных композитов на основе битума, полипропилена и тяжёлых нефтяных остатков с использованием метода инфракрасной (далее – ИК) спектроскопии.</p> <p><strong>Материалы и методы. </strong>В исследовании использовали метод ИК-спектроскопии для анализа структурных изменений в композитах. Изучались спектры исходных компонентов (битума, полипропилена, тяжёлых нефтяных остатков) и модифицированного битума. Проводили сравнительный анализ положения и интенсивности характеристических полос поглощения, соответствующих основным функциональным группам.</p> <p><strong>Результаты. </strong>Установлено, что при введении полипропилена происходят изменения в спектрах поглощения битума, особенно в области валентных колебаний углерод-водородных и углерод-кислородных связей. Это свидетельствует о структурных преобразованиях и перераспределении молекулярных взаимодействий в системе. Дополнительное введение тяжёлых нефтяных остатков усиливает эти эффекты, приводя к изменению физических характеристик композита, в частности, увеличению температуры размягчения и снижению пенетрации. Показано, что степень взаимодействия компонентов зависит от концентрации полимера и условий модификации.</p> <p><strong>Заключение. </strong>Полученные результаты раскрывают механизмы структурообразования и взаимодействия компонентов в битумно-полимерных композитах, обеспечивая научную основу для оптимизации рецептур модифицированных битумов. Работа способствует развитию методов исследования и расширению применения битумных материалов в строительной и дорожной индустрии.</p>bitumen-polymer compositeIR spectroscopypolypropyleneheavy petroleum residuesfunctional groupsstructural transformations.битум-полимерлі композитИК-спектроскопияполипропиленауыр мұнай қалдықтарыфункционалды топтарқұрылымдық өзгерістербитумно-полимерный композитИК-спектроскопияполипропилентяжёлые нефтяные остаткифункциональные группыструктурные преобразования1.Weigel S., Stephan D. Bitumen Characterization with Fourier Transform Infrared Spectroscopy and Multivariate Evaluation: Prediction of Various Physical and Chemical Parameters // Energy & Fuels. 2018. Vol. 32, Issue 10. P. 10437–10442. doi: 10.1021/acs.energyfuels.8b02096.2.Ma L., Varveri A., Jing R., Erkens S. Chemical characterisation of bitumen type and ageing state based on FTIR spectroscopy and discriminant analysis integrated with variable selection methods // Road Materials and Pavement Design. 2023. Vol. 24. P. 506–520. doi: 10.1080/14680629.2023.2181008.3.Xing C., Liu L., Li M. Chemical Composition and Aging Characteristics of Linear SBS Modified Asphalt Binders // Energy & Fuels. 2020. Vol. 34, Issue 4. P. 4194–4200. doi: 10.1021/acs.energyfuels.9b04523.4.Werkovits S., Bacher M., Theiner J., et al. Multi-spectroscopic characterization of bitumen and its polarity-based fractions // Construction and Building Materials. 2022. Vol. 352. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.128992.5.Yadykova A.Y., Strelets L.A., Ilyin S.O. Infrared Spectral Classification of Natural Bitumens for Their Rheological and Thermophysical Characterization // Molecules. 2023. Vol. 28, Issue 5. doi: 10.3390/molecules28052065.6.Olabemiwo O.M., Esan A.O., Bakare H.O., Agunbiade F.O. Polymer modified-natural bitumen thermal aging resistance studies // International Journal of Pavement Engineering. 2019. Vol. 20, Issue 10. P. 1207–1215. doi: 10.1080/10298436.2017.1394102.7.Fini E.H., Hosseinnezhad S., Oldham D.J., Sharma B.K. Investigating the effectiveness of liquid rubber as a modifier for asphalt binder // Road Materials and Pavement Design. 2016. Vol. 17, Issue 4. P. 825–840. doi: 10.1080/14680629.2015.1124800.8.Marafi A., Albazzaz H., Rana M.S. Hydroprocessing of heavy residual oil: Opportunities and challenges // Catalysis Today. 2019. Vol. 329, Iss 1. P. 125–134. doi: 10.1016/j.cattod.2018.10.067.9.Zofka A., Maliszewska D., Maliszewski M., Boratyński J. Application of FTIR ATR method to examine the polymer content in the modified bitumen and to assess susceptibility of bitumen to ageing // Roads and Bridges. 2015. Vol. 14, N 3. P. 163–174. doi: 10.7409/rabdim.015.011.10.Muraza O., Galadima A. Aquathermolysis of heavy oil: A review and perspective on catalyst development // Fuel. 2015. Vol. 157, Iss 1. P. 219–231. doi: 10.1016/j.fuel.2015.04.065.11.Belyaev P.S., Frolov V.A., Belyaev V.P., et al. Petroleum bitumen and polymer-bitumen binders: Current state and Russian specifics. Review // Oil and Gas Engineering. 2021. Vol. 2412, Issue 1. doi: 10.1063/5.0075420.12.Kayukova G.P., Vakhin A.V., Mikhailova A.N., et al. Road bitumen’s based on the vacuum residue of heavy oil and natural asphaltite: Part I – chemical composition // Petroleum Science and Technology. 2017. Vol. 35, issue 16. P. 1680–1686. doi: 10.1080/10916466.2017.1356852.13.Primerano K., Mirwald J., Lohninger J., Hofko B. Characterization of long-term aged bitumen with FTIR spectroscopy and multivariate analysis methods // Construction and Building Materials. 2023. Vol. 409. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2023.133956.14.Elwardany M., Habbouche J., Andriescu A., et al. Comprehensive performance evaluation of high polymer-modified asphalt binders beyond linear viscoelastic rheological surrogates // Construction and Building Materials. 2022. Vol. 351. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.128902.15.Luo S., Tian J., Liu Z., et al. Rapid determination of styrene-butadiene-styrene (SBS) content in modified asphalt based on Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer and linear regression analysis // Measurement. 2020. Vol. 151. doi: 10.1016/j.measurement.2019.107204.16.Lim C.S., Jang D.S., Yu S.M., Lee J.J. Analysis of the Properties of Modified Asphalt Binder by FTIR Method // Materials. 2022. Vol. 15, Issue16. doi: 10.3390/ma15165743.17.Sun G., Li B., Sun D., et al. Chemo-rheological and morphology evolution of polymer modified bitumens under thermal oxidative and all-weather aging // Fuel. 2021. Vol. 285. doi: 10.1016/j.fuel.2020.118989.18.Yang Q., Lin J., Wang X., et al. A review of polymer-modified asphalt binder: Modification mechanisms and mechanical properties // Cleaner Materials. 2024. Vol. 12. doi: 10.1016/j.clema.2024.100255.19.Weigel S., Stephan D. The prediction of bitumen properties based on FTIR and multivariate analysis methods // Fuel. 2017. Vol. 208. P. 655–661. doi: 10.1016/j.fuel.2017.07.048.20.Xu M., Zhang Y., Zhao P., Liu C. Study on aging behavior and prediction of SBS modified asphalt with various contents based on PCA and PLS analysis // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 265. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.120732.