廢膠粉改性瀝青研究進展-

1、廢膠粉改性瀝青研究進展馬玉峰,林青(福州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,福建福州350108摘要:介紹了廢膠粉改性瀝青的國內(nèi)外研究和應(yīng)用現(xiàn)狀,分析了膠粉改性瀝青的特點、改性機理及制備方法等。指出廢膠粉用于改性瀝青,既能提高瀝青的性能,降低產(chǎn)品成本,又能促進廢舊橡膠的循環(huán)利用,減少環(huán)境污染,具有顯著的環(huán)保效益和明顯的經(jīng)濟社會效益。關(guān)鍵詞:廢膠粉;改性瀝青;改性機理;研究進展中圖分類號:TE626188文獻標(biāo)識碼:A文章編號:167129905(20081220037203汽車輪胎全世界每年的報廢量在10億條以上,我國每年約有50006000萬條橡膠輪胎報廢,若以每條15kg計,廢舊橡膠的產(chǎn)生量應(yīng)為750900

2、kt a-112,且廢舊橡膠輪胎對環(huán)境的污染可長達幾十年之久。大量廢輪胎的堆積,不僅造成資源的浪費,而且在自然條件下很難降解,不但惡化自然環(huán)境,破壞植物生長,而且經(jīng)過日曬雨淋后極易滋生蚊蟲,傳播疾病,危及生態(tài)環(huán)境。隨著我國交通運輸業(yè)的迅猛發(fā)展,車輛大型化,超重、超載現(xiàn)象越來越嚴(yán)重,普通瀝青路面已無法滿足現(xiàn)代交通運輸行業(yè)的要求。廢膠粉改性瀝青以其優(yōu)良的高低溫性能、抗老化性能、抗疲勞性能,冬季柔性等優(yōu)點,受到廣泛關(guān)注3。因此,廢膠粉改性瀝青的應(yīng)用技術(shù)研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。1廢膠粉改性瀝青研究進展111國外廢膠粉改性瀝青研究進展國際上最早的橡膠改性瀝青的文獻見于1843年的英國專利?，F(xiàn)代意義上

3、的橡膠瀝青混合料首先出現(xiàn)在20世紀(jì)40年代的美國。從20世紀(jì)60、70年代以來,美國、瑞典、英國、法國、比利時、澳大利亞、日本、南非、印度等國家先后開展了橡膠瀝青和橡膠粉瀝青混凝土的應(yīng)用研究,并通過立法和技術(shù)推廣,極大地促進了廢舊輪胎在道路工程中的利用。20世紀(jì)60年代,美國開始用橡膠粉改性瀝青進行鋪路試驗。20世紀(jì)80年代初,國外研究瀝青改性有關(guān)方面的機構(gòu)和學(xué)者發(fā)現(xiàn),用7%的膠粉改性瀝青,會得到更高的負(fù)荷強度,且每增加1份膠粉,可使改性體系的脆點下降1。同時還發(fā)現(xiàn),由于硫化膠粉已摻有各種穩(wěn)定劑(包括抗氧劑、硫化劑、炭黑和氧化鋅等,這有利于提高瀝青的吸附性和耐候性。發(fā)達國家的政府都大力扶持廢橡

4、膠回收利用企業(yè)。1991年,美國國會通過了陸上綜合運輸經(jīng)濟法案(ISTEA,又稱冰茶法,其中一條要求從1994年起凡使用聯(lián)邦經(jīng)費的熱拌瀝青混合料都必須將5%的經(jīng)費用于廢橡膠瀝青混合料,以后每年再增加5%,直至1997年達20%4。美國現(xiàn)有100多家收集并利用廢橡膠的加工廠,其廢輪胎的利用率達80%以上。近幾年來,其膠粉的增長率高達64%,需求量約3200kt,其中52%的膠粉來自廢輪胎。美國6家膠粉改性瀝青公司就消耗膠粉總量的25%以上?，F(xiàn)有3個州的膠粉改性瀝青中的膠粉比例由1996年的15%提高到現(xiàn)在的20%。其他工業(yè)發(fā)達國家也有許多類似法律,這使橡膠粉用于改性瀝青得到穩(wěn)定的發(fā)展。日本、俄羅

5、斯、加拿大、法國、南非、瑞典、韓國、芬蘭、澳大利亞等已成功地使用廢橡膠改性瀝青,且用于修筑高速或高等級公路5。112國內(nèi)廢膠粉改性瀝青研究進展我國對廢橡膠改性瀝青用于公路的研究,始于20世紀(jì)80年代,并在四川、江西等省進行鋪路試驗。但因當(dāng)時膠粉生產(chǎn)行業(yè)尚未形成,生產(chǎn)的膠粉粒徑粗,加之相關(guān)技術(shù)不配套,未達到實用化階段。以石油大學(xué)重質(zhì)油研究所為代表的一些大專院校和科研機構(gòu)在廢膠粉改性瀝青的機理及開發(fā)應(yīng)用等方面開展了大量的研究工作,國內(nèi)高等級公路瀝青的生產(chǎn)技術(shù)獲得了突破性進展。目前我國已具備生產(chǎn)粒徑01175mm粒膠粉的成熟技術(shù),可以大量工業(yè)第37卷第12期2008年12月化工技術(shù)與開發(fā)Techno

6、logy&Development of Chemical IndustryVol137No112Dec12008收稿日期:2008207224化生產(chǎn),其價格遠低于SBS、PE、SBR等改性劑,具有很好的成本優(yōu)勢。在這種情況下,廣東、山東、遼寧、北京、天津、江西等省市都紛紛開展了廢橡膠粉改性瀝青的應(yīng)用研究,并取得了一定的實踐成果。隨著“高油價”時代的到來,以及廢橡膠改性瀝青技術(shù)水平的日益成熟,“十一五”期間我國廢橡膠粉改性道路瀝青必將在道路建設(shè)中得到更好的推廣應(yīng)用。近年來,我國每年用于修路的瀝青(不包括公路的維修保養(yǎng)用量多達20003000kt,從過去只在公路上面層使用發(fā)展到中、下面層都

7、用。使用的改性劑多以SBS為主,價格較貴。若摻入15%的廢橡膠改性,則年需橡膠粉300400kt,既可降低改性瀝青的生產(chǎn)成本,又可解決膠粉對環(huán)境的污染問題。實踐證明,用膠粉改性的瀝青鋪設(shè)的公路可以減少路面龜裂和軟化,路面不易結(jié)冰和打滑,可提高車輛行駛的安全性。此外,還可以提高路面使用壽命,比一般瀝青路面的使用壽命至少可以提高一倍以上,優(yōu)點十分明顯6。2膠粉改性瀝青的特點膠粉改性瀝青的特點包括7:(1針入度減小,軟化點提高,黏度增大,說明瀝青高溫穩(wěn)定性提高,對夏季行車的路面車轍、推擠現(xiàn)象有改善。(2溫度敏感性降低。在溫度較低時,瀝青變脆使路面發(fā)生應(yīng)力開裂;在溫度較高時,路面變軟,受承載車輛作用而

8、變形。而用膠粉改性后,瀝青的感溫性得到改善,抗流動性提高,橡膠瀝青的黏度系數(shù)大于基質(zhì)瀝青,說明改性后的瀝青有較高的抗流動變形能力。(3低溫性能得到改善。膠粉可提高瀝青的低溫延度,增加瀝青的柔韌性。(4黏附性增強。由于石料表面黏附的橡膠瀝青膜厚度增加,可提高瀝青路面抗水侵害能力,延長路用壽命。(5降低噪聲污染。(6增加車輛輪胎與路面的抓著性,提高行駛安全。3廢膠粉改性瀝青制備方法廢橡膠粉改性瀝青的制備方法分為干法和濕法8。干法是直接將膠粉充當(dāng)一部分混合料噴灑到正在攪拌的熱瀝青攪拌器中,制成膠粉改性瀝青混合料9。由于干法制成的改性瀝青對溫度的敏感性改進不大,所以該方法制備的改性瀝青僅適用于攤鋪公路

9、的底層和中層,不適用于公路的面層和制備防水瀝青。所謂濕法,是將廢橡膠粉投入到160200的瀝青中攪拌2h以上制成改性瀝青。用于公路面層的廢橡膠粉改性道路瀝青和用于建筑防水的廢橡膠粉改性瀝青絕大多數(shù)采用該法生產(chǎn)。近年來,用濕法生產(chǎn)廢橡膠粉改性瀝青的工藝又有了重大改進1012,即廢橡膠粉混入瀝青以后,不僅僅是簡單的機械混合,而是通過膠體磨或高速剪切乳化機進行加工,使廢橡膠粉在加工過程中得到進一步的溶脹和粉碎,混合得更加均勻,從而收到更好的改性效果。4廢膠粉改性瀝青改性機理411溶脹性橡膠粉與瀝青充分混容是改性瀝青的前提條件。在此基礎(chǔ)上,膠粉吸收瀝青中的輕質(zhì)組分而發(fā)生“溶脹”,與瀝青的其他組分相互作

10、用,從而形成部分相容體系,有利于提高瀝青的理化性能,其改性機理1315是膠粉加入瀝青后不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),只是膠粉在瀝青的輕組分作用下發(fā)生部分溶解和體積上的溶脹,從而改善瀝青性能。少量膠粉加入瀝青中,被瀝青所溶脹的橡膠相分散在瀝青中呈“海島”狀微觀結(jié)構(gòu)。若加入量較多,則形成相互貫通的網(wǎng)絡(luò),表現(xiàn)為雙連續(xù)相,此時瀝青的軟化點會隨著膠粉用量的增大而急劇上升。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成時,會伴隨著低溫脆性到彈性行為的轉(zhuǎn)變。若加入量過大,瀝青成為非連續(xù)相分布在連續(xù)的橡膠相中,軟化點的升高變緩。然而,廢膠粉是一種硫化橡膠,其大分子鏈間已形成交聯(lián),膠粉在瀝青中只能是溶脹,其改性效果與膠粉在瀝青中的溶脹狀態(tài)密切相關(guān)。影響膠粉

11、與瀝青溶脹性的因素主要有膠粉的種類和粒徑。紀(jì)奎江等16嘗試用溶度參數(shù)來闡明改性機理,認(rèn)為高聚物與軟瀝青質(zhì)的溶度參數(shù)相近,高聚物可被瀝青中的輕組分溶脹,形成部分混容結(jié)構(gòu),有效降低蠟含量,改善瀝青的性能。膠粉的添加最終改變了瀝青的膠體結(jié)構(gòu),橡膠分子的部分鏈段與瀝青質(zhì)膠團均勻地分布在瀝青中,形成一個穩(wěn)定的不易產(chǎn)生分離的相容體系,與橡膠溶度參數(shù)相近的油蠟組分,會緩慢地擴散進入橡膠分子鏈段的空隙中,使其松動、脫離以至混容。412相容性瀝青由飽和分、芳香分、瀝青質(zhì)和膠質(zhì)組成17。聚合物能吸收瀝青中的飽和分和芳香分而溶脹,飽和分和芳香分含量與相容性密切相關(guān)18。瀝青與膠粉之間存在相對分子質(zhì)量及分子結(jié)構(gòu)上的差

12、異,83化工技術(shù)與開發(fā)第37卷屬于熱力學(xué)上的不相容體系19。從熱力學(xué)角度看,聚合物與瀝青是不相容的,采用剪切攪拌等機械方法將其混合,也是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系,分散相具有自動凝聚、離析的能力20。溫貴安等21認(rèn)為,在橡膠共混改性瀝青中,橡膠硫化對貯存穩(wěn)定性的改善不大,橡膠與瀝青之間必定存在某種化學(xué)作用,這是橡膠簡單改性瀝青中所沒有的。Maccarrone22認(rèn)為相容才能發(fā)揮對瀝青的改性作用,橡膠分布在瀝青中的理想狀態(tài)是細分布而不是完全的相容,即處于微觀不相容而宏觀均勻狀態(tài),這時,橡膠粒子細而均勻地分布于瀝青中。相容性太差時,橡膠粒子會呈絮狀、粒狀或發(fā)生分層等現(xiàn)象。原健安等23認(rèn)為不同的改性瀝青,改性

13、劑粒子的溶脹程度及粒子間的空間結(jié)構(gòu)形態(tài)不盡相同,就一般而論,高分子間作用力較弱的聚合物,其無規(guī)線團結(jié)構(gòu)較為疏松,瀝青中的小分子極易滲入其分子網(wǎng)絡(luò)中,小而短和柔順性好的高分子鏈段容易運動和擴散到瀝青中。5結(jié)語廢膠粉用于改性瀝青,既能提高瀝青性能,降低產(chǎn)品成本,又有利于促進廢舊橡膠的循環(huán)利用,減少環(huán)境污染。目前,我國的廢膠粉改性瀝青理論、技術(shù)、實踐均已取得不同程度的進展,可以指導(dǎo)生產(chǎn)性能良好、價格合理的廢膠粉改性瀝青,具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實意義。參考文獻:1陳占勛1廢舊高分子材料資源及綜合利用M1北京:化學(xué)工業(yè)出版社,199712何永峰,劉玉強1膠粉生產(chǎn)及其應(yīng)用M1北京:中國石化出版社,20

14、0113楊志峰,李美江,王旭東1廢舊橡膠粉在道路工程中應(yīng)用的歷史和現(xiàn)狀J1公路交通科技,2005,22(7:192 2214韓秀山1我國公路應(yīng)推廣使用廢膠粉改性瀝青J1橡膠工業(yè),2001,48(8:47415石洪波,鄒明旭,等1廢橡膠粉改性道路瀝青的研究進展J1化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù),2005,26(2:272291 6袁德明,劉冬,廖克儉1廢舊橡膠粉改性瀝青研究進展J1合成橡膠工業(yè),2007,30(2:159216217紀(jì)奎江1膠粉改性瀝青:技術(shù)已經(jīng)成熟應(yīng)用尚需推動J1中國公路建設(shè)市場,2004,29(3:2822918董誠春1膠粉改性瀝青的制備方法及其應(yīng)用(一J1中國橡膠,2003,19(10

15、:2622719Adhikari B,De D,Maiti S1Reclamation and recycling ofwaste rubberJ1Progpolym Sci,2000,25(7:90929481 10沈金安1關(guān)于橡膠粉改性瀝青的生產(chǎn)J1中國橡膠,2001,17(6:19220111石洪波,王洪國,等1廢橡膠粉改性瀝青配方與工藝條件研究J1石化技術(shù)與應(yīng)用,2005,23(4:282301 12薛鳳清,糜月琴,等1橡膠粉改性瀝青技術(shù)J1中國建筑防水,2000(6:16219113Brule B1Paving asphalt polymer blends relationships

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19、ng Technology,1991,60:210123原健安,趙可1聚合物改性瀝青機理研究(:改性劑粒子的亞微觀形態(tài)及改性機理綜述J1西安公路交通大學(xué)學(xué)報,2001,21(3:202241(下轉(zhuǎn)第36頁93第12期馬玉峰等:廢膠粉改性瀝青研究進展75136朱媛媛,蔣新元,胡訊1生物質(zhì)材料在重金屬廢水處理中的應(yīng)用J 1環(huán)境保護科學(xué),2008,34(1:9212137K ayser K 1Wenger A 1K eller A 1etal Enhancement ofphytoremedialion of Zn ,Cd and Cu from calcareous soils The use o

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21、K ,Sharma A 1Studies on theuptake of lead and zinc by lignin obtained from black liquor 2a paper industry waste material J 1EnvironTechnol ,1994,15:3532361140Stephen Y Lin ,Lin H Hoo 1Sulfonated lingo 2aminodi 2carboxylates and process for making same P1US 4728728,1988141AR G oncalves ,P Benar 1Hydr

22、oxymethylation and oxi 2dation of organosolv lignins and utilization of the prod 2uctsJ 1Bioresource Technology ,2001,2(79:1032111142顏素珠18種水生植物對污水中重金屬銅的抗性及凈化能力的討論J 1中國環(huán)境科學(xué),1990,10(3:1662170143黃會一1木本植物對土壤中鎘的吸附積累和耐性J 1中國環(huán)境科學(xué),1989,9(5:3272330144周青,黃曉華1鎘對5種常綠樹木若干生理化特性的影響J 1環(huán)境科學(xué)研究,2001,14(3:92121T reatme

23、nt Method of H eavy Metal W aste w ater and its ProgressL U Dong 2liang1,2,X IA L u1,2(1.Institute of Chemical and Ecological Engineering ,Guangxi University for Nationalities ,Nanning 530006,China ;2.The Guangxi K ey Laboratory of Environmental Engineering ,Protection and Assessment ,Guilin 541004,

24、China Abstract :With the development of social industry ,the pollutions of poisonous heavy metals become a global is 2sue.The technological method and progress of heavy metal wastewater in recent years at home and abroad was reviewed.Some new biotechnology adsorption method was also discussed.The mutli 2technology such as biologic cells and plants was a useful method to deal with the pollution of heavy metals.K ey w ords :heavy metal wastewater ;adsorption ;biologic treatment ;plant disp