绿色化工废橡胶粉改性沥青工艺研究

废橡胶粉改性沥青工艺研究课题的提出1.1废橡胶粉改性沥青研究进展1.2胶粉的生产方法1.3废橡胶粉改性沥青的方法及结果[1]1.5废橡胶粉实验室制备及机理[7]1.4目录影响橡胶粉改性沥青的因素1.6课题的提出废旧橡胶主要来源于废轮胎、废胶鞋、废胶管以及胶带等橡胶制品，其次来源于橡胶生产过程中产生的边角料及废品，属于工业固体废料[1]。橡胶是高聚物，分解需长达数百年的时间，危害生态环境。而用废橡胶粉改性的沥青比一般沥青性能更好。我国对于废旧橡胶粉改性沥青的研究尚处于起步阶段，且还没有出台相应的标准[1]。1.1据统计，我国2002年废旧轮胎达到8000万条，并将以每年12%的速度增加，2005年达到1.2亿条，2010年达到2亿条[2]。废橡胶现已成为世界性的垃圾问题之一，仅在美国就堆放了25亿条废轮胎，而且每年还有2亿条新增的废轮胎[2]。1.2.1国内研究进展与现状1.2废橡胶粉改性沥青研究进展开始我国从20世纪80年代开始研制废旧轮胎橡胶粉该性沥青方法以橡胶粉作为沥青的分散剂，将高掺量的硫化橡胶粉与沥青在高温条件下混溶制成改性沥青技术我国目前废旧橡胶（主要为轮胎），利用形式主要集中在再生胶、胶粉、轮胎翻新、热裂解四种，其中再生胶占70%[3],不足废胎橡胶粉橡胶沥青应用的具体方案、技术开发等还处于原创性研究、探索之中。特别是关于橡胶粉改性沥青流变性能的研究还较少。滞后胶粉制造工业在我国刚刚起步，生产企业才几十家，年产量不足25万t[3]，尚没有形成新兴的产业，而且设备和技术自身存在一定的问题，发展资金不足，导致胶粉在公路建设中的应用比较滞后。1.2.1国内研究的必要性我国橡胶资源短缺，天然橡胶和合成橡胶价格不断上涨，价差的扩大使部分制品的再生胶用量将会增加，胶粉改性沥青开始大量使用，与传统的再生胶技术相比较，胶粉生产没有二次污染，废旧轮胎的利用率可达100％[3]，可以延伸成高附加值且能够循环使用的新型产品。改性后，沥青的高温稳定性、低温抗疲劳性能和抗裂性能均获得明显改善。由废橡胶粉改性的沥青铺设的道路，具有稳定性好，耐磨、防冻、防滑和维修费用低的特点。汽车行驶在上面，平稳舒适且噪声低。废橡胶粉改性沥青研究进展1.2必要性1必要性21.2.2国外研究现状1901年，美国Fromm等就发现在沥青中添加废胶粉能提高稳定性，并可增加与基料的粘接性，还可提高防滑性和耐磨性[4]。1902年，Anderstor成功地开发了含16％废胶粉的改性沥青。经过改性后其粘弹性增加，温度敏感性降低，弹性恢复和耐老化性提高[4]。Salter和Shimton等在20世纪80年代初就已发现，用7％的废胶粉改性沥青会得到更高的负荷强度，且每增加1份废胶粉，可使改性体系的脆点下降1℃[4]。废橡胶粉改性沥青研究进展1.21.2.3对废旧橡胶回收利用的形式废橡胶粉改性沥青研究进展1.2芬兰法律规定轮胎生产厂商有回收旧胎义务[5]。美国立法规定废旧轮胎的处置，90％以上的废旧轮胎回收利用，主要用于生产胶粉、再生胶等。加拿大成立了废旧轮胎的回收利用组织机构，从法律上规定所有轮胎生产商和轮胎销售进口商必须给OTS（轮胎回收环保组织）支付一定的回收费用中国轮胎翻新和生产再生胶[5]。胶粉的生产方法1.3常温粉碎•加工温度在50±5℃下通过机械作用粉碎橡胶制成胶粉的一种方法。原理就是通过机械剪切力的作用对胶粉进行切断和压碎[6]。•生产的胶粉表面凹凸不平，呈毛刺状态，具有较大的表面积，利于进行活化低温粉碎•在低温下进行粉碎。国外用制冷介质液氮进行冷冻。我国自行开发了一种空气膨胀制冷技术[6]。•低温法生产的胶粉，粒径小，表面光滑胶粉的应用称取30g胶粉置于三颈瓶中，再称取一定量的二氯异氰尿酸钠，用100ml蒸馏水溶解迅速转移至反应器内，搅拌，水浴恒温加热恒温反应一定时间后，将反应产物抽滤，将滤饼在红外灯下烘干至质量恒定，得到改性胶粉废橡胶粉实验室制备及机理[7]1.4扫描电镜(SEM)分析一般认为沥青是由沥青质、胶质、芳香烃和饱和烃组成的高分子混合物。沥青质是超微粒的固体，在沥青中是分散相，是沥青胶体结构的核心，它借助于胶体分散在芳烃和饱和烃中，形成稳定的胶体结构[7]。改性剂与沥青的充分混溶是改善沥青性能的基本前提。在此基础上，胶粉吸附沥青中的轻质组分而发生溶胀，已溶胀的胶粉又与沥青的其余组分相互作用，从而形成一种新的结构体系。改性后沥青与胶粉形成均相混容体系，既可保持沥青原有的力学性质，又可赋予橡胶材料的弹性及可塑性，共同作用使沥青的黏接性、感温性、耐久性等性能获得改善[8]。改性沥青的目的是加入一种或多种在胶体结构中起到类似沥青质作用的改性剂，吸附沥青中的芳烃和胶质，使沥青中沥青质含量适中、沥青的胶体结构变为溶-凝胶型，改善沥青的温度稳定性和弹性，保留或增加原沥青的粘结性、塑性和流动性等特点。废橡胶粉实验室制备及机理[7]1.4废胶粉集料混合集料沥青混合料湿法废胶粉沥青橡胶粉改性沥青集料热拌混合料干法废橡胶粉改性沥青的方法及结果[1]1.5实验室加工方法---湿法溶胀剪切发育降温测定溶胀：将已混合的沥青和胶粉放在控温加热仪里进行加热溶胀，温度在180℃-190℃。剪切：将溶胀结束的混合物进行搅拌剪切，剪切速度为8000r/min。发育：将剪切结束的混合物放到烘干箱发育48h。降温：将发育结束的混合物放到冰箱进行冷却4h。测定：取上段和下段的混合物分别进行测温，如果两段的温度均≤2.5℃，即说明混合料已经达到稳定，改性达到要求。废橡胶粉改性沥青的方法及结果[1]1.5实验室加工方法---湿法废橡胶粉改性沥青的方法及结果[1]1.5(a)胶粉颗粒(b)基质沥青(c)胶粉颗粒×1000(d)胶粉颗粒×10000影响胶粉改性沥青的因素1.6沥青组分对胶粉改性沥青的影响胶粉的表面形态和粒径对胶粉改性沥青的影响加工条件对胶粉改性沥青的影响分子量较轻、芳香分较高的沥青脱硫过程快，较轻分子量的组分能容易地扩散到膨胀的橡胶微粒中，并与橡胶相互作用而溶解橡胶，从而形成较均匀的体系。沥青质含量越低，分子量越轻，沥青的黏度越低，沥青的扩散性质越好[9]。橡胶表面越粗糙，表面积越大，改性沥青的弹性恢复越高；橡胶粉改性沥青的弹性恢复随橡胶粒子大小的降低而增加[10]。Billiter[12]研究发现，高温、高剪切速率加工处理可导致橡胶的溶解增加，改善沥青的低、中温流变性质，降低高温黏度Memon[13]等研究发现，只用剪切过程就可改善橡胶粉改性沥青的温度敏感性；若在加热条件(267℃)剪切2h，然后搅拌处理(228℃，95min)，则能达到更好的降解和脱硫效果[11]。谢谢观赏!致谢