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上海昌吉仪器检测聚苯乙烯接枝胶粉的性能

返回列表 来源:未知 发布日期:2019-07-05 16:33【
近年来,汽车工业飞速发展,汽车保有量持续增加,这给人们出行带来了极大便利但同时也产生了大量的废轮胎。据统计,2015 年我国产生废轮胎 3.3×108条,超过 1.2×106 t,已成为世界上产生废轮胎最多的国家。废橡胶不易降解,堆积、填埋、焚烧都会对大气、土壤、水源造成污染,如何处理日益增加的废橡胶已经成为一个严重的环境问题。20 世纪70 年代以来,美国、瑞典、英国、法国等先后开展了橡胶沥青和橡胶粉沥青混合料的应用研究和铺路实验,极大地促进了废轮胎在道路工程中的利用[2]。我国自 20 世纪 80 年代,开始对胶粉沥青进行研究应用。将废轮胎胶粉用于制备胶粉改性沥青,能够大量消耗废轮胎,同时也能够显著改善路面的耐磨、抗老化、抗开裂等性能,对于满足飞速发展的公路建设需求具有重要的意义。
 
胶粉改性沥青性能的改善来源于胶粉与沥青之间的相互作用,但两者之间的作用十分复杂。关于胶粉改性沥青中胶粉与沥青相互作用机理至今仍存在争议,目前主要有物理共混机理、网络填充机理、化学共混机理和溶胀降解机理等几种不同观点。其中获得较多人
支持的观点认为,废胶粉和沥青混合后,胶粉发生溶胀和部分溶解而在沥青中扩散,这些高分子链和沥青轻质组分在胶粉表面形成界面层。同时,界面层的外围吸附沥青中的胶质形成界面过渡层。界面层与沥青中胶团(沥青质和胶质)的外层胶质有亲和作用,使沥青中的胶团与废胎胶粉表面的界面层通过界面过渡层紧紧地结合为一体,形成了废胎胶粉和沥青连续或相互交错的三维空间网络结构。但这个三维网状结构多是通过范德华力缔结的,因此,这种结构较不稳定,对长时间和高温下的存储较为不利。同时也有部分胶粉表面特征官能团与沥青中特征基团的化学作用,能够显著影响胶粉改性沥青的性能。通过对废轮胎胶粉进行表面化学改性、脱硫改性、微波改性、共混改性等,能够显著改善胶粉表面的物理化学结构,增强胶粉界面层与沥青胶团的相互作用,改善胶粉改性沥青的性能。于凯等[9-10]采用 H2O2 和次氯酸钠等为氧化剂改性废轮胎胶粉,在胶粉表面形成羟基、环氧基等有机官能团,能够与沥青中的羧基等基团发生化学反应,形成强相互作用,使改性沥青的软化点显著提高。而脱硫改性能够部分切断交联橡胶中的 S—S 键 和 C—S 键,使废轮胎胶粉中的交联网状结构部分破坏,在沥青中溶胀更加充分,界面结合层厚度显著提高,使脱硫胶粉改性沥青延度提高,黏度降低,低温性能和加工性能明显改善[12-14]。通过以上研究不难发现,在废轮胎胶粉表面修饰特定有机官能团或者增加胶粉-沥青界面结合层的厚度,能够显著提高胶粉改性沥青的界面相容性和界面结合强度,改善胶粉改性沥青的高/低温性能。
 
由于橡胶的主要成分是聚烯烃,其表面存在着丰富的不饱和键。通过接枝聚合改性的方法能够在橡胶表面接枝不同的聚合物链段,可以对橡胶的物理化学性质起到明显的改善作用。目前常见的橡胶接枝聚合改性方法包括乳液聚合、溶液聚合、本体聚合和辐射接枝等,常见的接枝单体包括苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲壳素、马来酸酐等。其中乳液聚合以水为分散介质,条件较为温和,更适于在橡胶粉表面的接枝聚合改性。通过接枝聚合改性的方法将特定的聚合物链段接枝到废轮胎胶粉的表面,可以显著增加胶粉-沥青界面层的厚度,从而增强胶粉-沥青界面相容性与结合强度。但到目前为止,采用接枝聚合改性胶粉制备胶粉改性沥青的研究还未见报道。
 
试剂与仪器
基质沥青采用市售滨阳 70 号沥青。40 目废轮胎胶粉由天津海泰环保科技发展有限公司提供,接枝改性前用环己烷洗涤并干燥后使用。苯乙烯、过氧化二苯甲酰、环己烷等均为市售分析纯试剂。苯乙烯通过预处理去除阻聚剂,其余试剂未经预处理。
 
主要实验仪器有英国 Kratos Analytical Ltd 生产的 Axis Ultra DLD 型 X 射线光电子能谱仪,美国瓦里安公司生产的 Infinityplus-300 固体核磁共振谱仪,中国上海昌吉地质仪器有限公司生产的 SYD-2810D 型针入度检测仪,中国无锡市石油仪器设备有限公司生产的
LYY-9A 型沥青延伸度测定仪,以及中国上海昌吉地质仪器有限公司生产的 SYD-2806H型沥青软化点测定仪。中国上海亚荣生化仪器厂生产的RE-2000A型旋转浓缩仪
 
基质沥青及改性沥青的 25 ℃针入度按照 GB/T 4509-2010 测定、软化点按照 GB/T4507-2014 测定,5 ℃延度按照 GB/T 4508-2010 测定,在延度仪上对样品以 5 cm·min-1的速度进行拉伸,直至断裂,指针指示的标尺读数即为所测沥青的延度。其中 25 ℃针入度和软化点结果取 2 次测试平均值,5 ℃延度结果取 3 次测试平均值。
 
结论
1)采用乳液聚合的方式对废轮胎胶粉进行聚苯乙烯接枝改性,通过 XPS、13C NMR 等表征手段,证明了聚苯乙烯链段的成功接枝。
 
2)通过研究不同接枝率的胶粉改性沥青 25 ℃针入度、软化点和 5 ℃延度 3 个主要性能指标的影响规律发现:随着胶粉表面聚苯乙烯接枝率的增加,胶粉改性沥青的 25 ℃针入度、5 ℃延度均呈先上升后下降的变化趋势;软化点则呈先下降后上升的变化趋势。同时 25 ℃针入度、5 ℃延度、软化点均在接枝率为 36%附近出现极值。此时,接枝胶粉改性沥青的 5 ℃延度达到 11.0 cm,显著高于未接枝胶粉改性沥青和胶粉苯乙烯共混改性沥青。
 
3)由于在废轮胎胶粉表面接枝适量的聚苯乙烯链段,能够显著提高胶粉/沥青界面层和界面过渡层的厚度。同时由于聚苯乙烯与沥青中胶质基团的亲和作用,使胶粉改性沥青的界面层结合强度显著提高,显著改善胶粉改性沥青的低温延展性。