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SBS-膠粉復(fù)合改性瀝青技術(shù)瓶頸與膠粉預(yù)處理

發(fā)布時(shí)間：

2024-09-19

SBS-膠粉復(fù)合改性瀝青技術(shù)瓶頸與膠粉預(yù)處理
苯乙烯－丁二烯－苯乙烯嵌段共聚物（SBS）是目前改性瀝青主要改性劑，然而單一SBS改性劑已經(jīng)無法滿足日益增長的瀝青路面建養(yǎng)需求，同時(shí)石油資源緊缺、高成本現(xiàn)狀嚴(yán)重阻礙了SBS改性瀝青提質(zhì)發(fā)展。將膠粉與SBS復(fù)合用于改性瀝青，既能保證SBS的高溫優(yōu)勢，又能改善瀝青的低溫性能，同時(shí)還可節(jié)約成本、緩解環(huán)境污染的壓力，得到了業(yè)界的廣泛認(rèn)可并發(fā)展迅速。

 

SBS-膠粉復(fù)合改性瀝青關(guān)鍵技術(shù)瓶頸

我們知道，SBS在常規(guī)加工條件下一般以微米尺度分散在瀝青中，而膠粉一般以毫米尺度填料的形式存在。
在廢舊輪胎膠粉中，橡膠分子鏈通過硫化反應(yīng)形成了穩(wěn)定的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種交聯(lián)使得膠粉具有良好的力學(xué)性能和耐久性，但也限制了其在后續(xù)再生利用過程中的可塑性和分散性。因此，傳統(tǒng)橡膠瀝青因膠粉交聯(lián)難以溶解于瀝青，致使在溶解過程中有明顯膠粉顆粒存在，具有顯著的固液特性，從而使得成品橡膠改性瀝青存在易離析、性質(zhì)不穩(wěn)定、施工和易性差、有異味等問題。

為解決膠粉在瀝青中的分散性，傳統(tǒng)通常的解決方法有采用高溫、強(qiáng)剪切工藝或膠粉在助劑中預(yù)溶脹等，大多通過高溫及強(qiáng)剪切力實(shí)現(xiàn)斷鏈，主要表現(xiàn)為斷裂交聯(lián)鍵，保留主鏈結(jié)構(gòu)，膠粉難以熔融和溶解。此外，膠粉在瀝青中的快速分散溫度往往高于200℃，導(dǎo)致瀝青老化、能耗大和污染嚴(yán)重等問題，而彈性膠粉顆粒的存在既增加了油石比，又增加了高溫施工成本。

 

SBS-膠粉復(fù)合改性瀝青的技術(shù)發(fā)展

 現(xiàn)階段，將膠粉充分脫硫降解，破壞其交聯(lián)結(jié)構(gòu)后再加入SBS改性瀝青中，則容易微細(xì)化分散到瀝青中，是當(dāng)前突破SBS-膠粉復(fù)合改性瀝青應(yīng)用瓶頸的有效技術(shù)路徑之一。
 

膠粉熱化學(xué)脫硫機(jī)理

 熱化學(xué)脫硫機(jī)理一般認(rèn)為，橡膠脫硫助劑在軟化劑載體作用下，滲透進(jìn)入橡膠粉內(nèi)部并均勻分散，在熱的作用下，橡膠脫硫助劑分解形成活性自由基，有選擇性地與橡膠C=C雙鍵上的α-H反應(yīng)，斷開C-S/S-S交聯(lián)鍵形成“脫硫”。熱化學(xué)脫硫效率與反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間及膠粉比表面積有關(guān)。隨著膠粉粒徑變小，反應(yīng)溫度升高，橡膠脫硫助劑滲透分散速率加快，分解形成的自由基活性更高，“脫硫”反應(yīng)更劇烈，橡膠解交聯(lián)的程度越大，制備的脫硫膠粉交聯(lián)密度越小，形成的準(zhǔn)線性化有機(jī)分子組分越多，溶膠含量越高。

 

膠粉力化學(xué)脫硫機(jī)理

 力化學(xué)脫硫機(jī)理一般認(rèn)為，在機(jī)械剪切力的作用下，橡膠粉的C-C/C-S/S-S鍵被無序破壞形成自由基，與熱氧空氣及廢橡膠脫硫助劑耦合封端形成“脫硫”。力化學(xué)脫硫效率與機(jī)械剪切力強(qiáng)度、反應(yīng)溫度及膠粉的粒徑有關(guān)。機(jī)械剪切力越大，反應(yīng)溫度越高，“脫硫”反應(yīng)越劇烈，橡膠解交聯(lián)的程度越大，制備的脫硫膠粉交聯(lián)密度越小，形成的準(zhǔn)線性化有機(jī)分子組分越多，溶膠含量越高。當(dāng)雙螺桿擠出機(jī)剪切強(qiáng)度及工藝參數(shù)不變時(shí)，橡膠粉的粒徑越小，受到的摩擦剪切力越弱，“脫硫”反應(yīng)越慢，橡膠解交聯(lián)的程度越小，制備的脫硫膠粉交聯(lián)密度越大，溶膠含量越低。

 

膠粉不同脫硫方式達(dá)到的效果

 熱化學(xué)和力化學(xué)法均可實(shí)現(xiàn)橡膠粉的脫硫降解，經(jīng)脫硫降解，膠粉表面蓬松、孔洞增多，表面接枝上部分含氧官能團(tuán)，脫硫膠粉的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低，分子熱運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)，膠粉改性瀝青的加工和易性與儲(chǔ)存穩(wěn)定性增強(qiáng)。通常，隨著膠粉脫硫程度加深，脫硫膠粉的溶膠含量升高、交聯(lián)密度降低、彈性減弱、塑性增強(qiáng)，其在瀝青中吸收輕組分的能力變?nèi)酰?/span>脫硫膠粉溶膠的聚合物多分散系數(shù)變大，其中的有機(jī)小分子含量增加，對(duì)改性瀝青的增塑作用增強(qiáng)。

由于硫化膠粉的交聯(lián)密度與其溶脹能力密切相關(guān)，交聯(lián)密度越大，其在瀝青中吸收輕組分的能力越強(qiáng)，橡膠瀝青的高溫粘度越大，25℃針入度越低，軟化點(diǎn)越高；交聯(lián)密度越大，橡膠的彈性越足，改性瀝青的彈性恢復(fù)越高。通常，力化學(xué)法脫硫膠粉改性瀝青的180℃布氏粘度、軟化點(diǎn)及25℃彈性恢復(fù)低于熱化學(xué)法脫硫膠粉改性瀝青，25℃針入度高于熱化學(xué)法脫硫膠粉改性瀝青。

 

SBS-膠粉復(fù)合改性瀝青的未來

 膠粉預(yù)處理技術(shù)在SBS-膠粉復(fù)合改性瀝青中的應(yīng)用，顯著改善了膠粉與SBS、基質(zhì)瀝青的相容性及分散性，從而提升了改性瀝青的力學(xué)性能和耐久性。

雖然預(yù)膠粉處理的技術(shù)優(yōu)勢明顯，但在實(shí)際應(yīng)用中，仍面臨預(yù)處理工藝復(fù)雜、次生成本增加及相關(guān)環(huán)保問題。未來，膠粉預(yù)處理技術(shù)的高摻量化、高效效能化、環(huán)?；?、性價(jià)比合理化與智能化的研究領(lǐng)域大有可為。