乙烯渣油沥青的改性及表征
导读:通过对其进行适宜的改性处理获得具有特殊理化性质的特种沥青，对高品质沥青基炭材料的开发意义重大。鉴于此，本文采用常压空气氧化法对乙烯渣油沥青进行改性处理，并利用元素
来源：未知
发布日期：2020-04-03 13:47【大 中 小】
沥青作为炭材料的优质前驱体而被广泛应用于储能、建筑、航天等各个领域。近年来，以煤 焦油沥青、石油沥青为前驱体制备高品质沥青基炭材料备受研究者们的青睐。乙烯渣油沥青作为 石油沥青的一种，具有来源广泛、芳香性好、可溶性高的特点。通过对其进行适宜的改性处理获 得具有特殊理化性质的特种沥青，对高品质沥青基炭材料的开发意义重大。鉴于此，本文采用常压空 气氧化法对乙烯渣油沥青进行改性处理，并利用元素分析、FTIR、和 TGA 法考察常压空气氧化对乙 烯渣油沥青的热聚合行为的影响，也为高品质乙烯渣油沥青基炭材料的制备提供一定的理论依据。
实验部分
上海昌吉地质仪器有限公司提供沥青检测仪器。改性沥青的制备 称取一定量乙烯渣油沥青加入到自制反应釜中，以 5℃/min 的升温速率加热至预定反应温度 （365 ℃～380 ℃），反应过程中调节空气流量为 8L/h～32L/h，在一定反应时间（4 h～7 h）内进行 空气氧化聚合反应。待反应结束后，自然冷切至室温，取出反应釜中的剩余物，即为改性后的乙烯渣 油沥青。通过单因素（反应温度，反应时间，和空气流量）考察，选取最佳的制备方案。其中，乙烯 渣油沥青用 ETP（ethylene tar pitch）表示，最佳制备方案制备出的改性沥青命名为 MP（modified pitch）。
沥青的工业分析
沥青的工业指标软化点（SP）、喹啉不溶物（QI）、结焦值（CV）、甲苯不溶物（TI）分别按 照 GB/T4507−1999、GB/T 2293−997、GB 8727−88、GB/T 2292−1997 来进行测定。
乙烯渣油沥青与改性沥青的元素分析、FTIR 分析
乙烯渣油沥青与改性沥青的元素分析在德国 Elmentar 公司生产的 Vario EL Ⅲ型元素分析仪上进 行测试。其中，氧元素含量是按差减法得到。利用 PerkinElmer Spotlight-400 型 FTIR/NIR 光谱仪对乙 烯渣油沥青、改性沥青进行 FTIR 光谱测试。
乙烯渣油沥青与改性沥青的热稳定性研究
乙烯渣油沥青与改性沥青的 TGA 分析在上海昌吉沥青运动粘度计分析仪上完成测 试。测试条件：以 5 ℃/min 的升温速率自室温升温至 750 ℃，升温过程中通入高纯 N2 吹扫（确保 N2 流量为 100 mL/min）。
随着反应时间的增加，改性沥青的 SP、QI、CV 和 TI 均呈现增加的趋势。当反应 时间为 4 h～6 h 时，SP、CV 随着时间的增加呈直线上升状态，QI 值增长趋势相对平缓，收率下降明 显。说明在分子聚合的同时沥青中轻组分随着空气不断逸出体系外。随着反应时间的进一步延长， SP、CV 增加变得缓慢，而 QI 值急剧增加到 15.60%，并且收率下降趋势减缓。这主要是由于空气氧 化过程中分子随着聚合程度逐渐增大，大分子含量逐渐增多，当大分子含量增多达一定程度时，分子 间聚合难度增加。当反应时间为 6 h 时，改性沥青结焦值高达 75.38%，收率下降 15%左右，考虑到成 本及改性沥青出现成焦趋势，确定最佳反应时间为 5 h。
空气流量的增加，SP、QI、CV、TI 都有所增加。当空气流量小于 24 L/h 时， 改性沥青的各项性质指标增加都呈直线上升的趋势，在 8L/h～16 L/h 收率平缓减小,之后下降速率明 显。这主要是由于在一定反应温度下，随着时间的延长反应不断加剧，空气流量逐渐增大，在氧化过 程中沥青中小分子迅速的被空气携带出体系外，而体系中的沥青分子不断芳构化所引起的。当空气流 量大于 24 L/h 时，沥青性质指标和收率变化较小。考虑到改性沥青的收率和成本问题，选取最佳空气 流量为 24 L/h。 通过单因素实验可知，常压空气氧化聚合法制备优质改性沥青的反应温度为 370℃，反应时间为 5h，空气流量为 24 L/h。制备出的改性沥青 SP 为 233 ℃，QI 为 1.21%，CV 为 75.45%，TI 为 43.42%，收率为 51.67%。
结论
以乙烯渣油沥青为原料，上海昌吉地质仪器有限公式通过单因素考察法对其进行常压空气氧化聚合处理，并对沥青的基础物 性、分子结构和热稳定性研究可得出如下结论：
（1）利用单因素法考察得，反应温度、反应时间和空气流量对改性沥青的性质和收率有很大影 响。当反应温度 370 ℃，反应时间为 5 h，空气流量为 24 L/h 时，制备出的改性沥青 SP 为 233 ℃， QI 为 1.21%，CV 为 75.45%，TI 为 43.42%，收率为 51.67%，该种改性沥青可用作高品质包覆沥青和 可纺沥青。
（2）通过对乙烯渣油沥青和改性沥青的元素分析、分子结构和热稳定性研究可知，由于乙烯渣油 沥青分子本身芳香缩合度较高，并且含有较多的支链，在空气氧化聚合的过程中，具有多活性位点， 促使稠环大分子的不断聚合生长，从而使得改性后的沥青具有较好的热稳定性。
