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  • 改性瀝青的研究現狀及展望

    東營潤豐博越石油技術有限公司   2022-06-27 09:36:02 作者:gehongping 來源: 文字大小:[][][]
        石油瀝青是原油蒸餾后的殘渣產物,是石油煉制行業中的重要化工產品,可用于涂料、塑料、橡膠等工業以及鋪筑路面等。中國汽車行業的飛速發展、極端區域的地理環境、人們環保理念的提升以及國家多種行業標準的嚴格要求等都對道路瀝青路用性能提出了嚴苛的要求。鋪筑路面使用一般瀝青時可能會導致路面出現大量的病害,影響行車安全性。研究人員發現應用改性瀝青可顯著提高路面的使用性能,提升行車舒適度。當前,通過添加其它物質來改性瀝青進而改善瀝青混合料的實際 使用性能是1種重要手段,而瀝青改性劑的選擇和改性劑之間的復配等是影響瀝青實際路面使用性能的核心因素。
    1.瀝青改性劑種類

    在國內外改性瀝青的研究中,通常采用在基質瀝青中摻雜改性劑并經過物理混溶或化學反應的方式制備改性瀝青。目前文獻報道中添加的改性劑主要分為聚合物型和非聚合物型2種。 聚合物型瀝青改性劑包含熱塑性彈性體、橡膠瀝青改性劑和樹脂類等。苯乙烯 —丁二烯—苯乙烯嵌段共聚(SBS)、苯乙烯—異戊二烯—苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、 聚酯彈性體、聚烯烴彈性體等均屬于熱塑性彈性體,由于SBS改性瀝青制備工藝簡單 且材料來源廣泛,是當前國內外研究最多、應用最廣的改性瀝青;丁苯橡膠(SBR)、 天然橡膠(NR)、氯丁橡膠(CR)等均屬于橡膠瀝青改性劑,其中具有良好低溫性能的SBR應用較為廣泛;聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、環氧樹脂和呋喃樹脂等均屬于樹脂類改性劑,且相比于SBS等傳統改性劑,環氧樹脂改性瀝青因具備更好的彈性而研究廣泛。

    非聚合物型瀝青改性劑包含生物瀝青、天然瀝青、硅藻土、硫磺、部分陰陽離子配制的表面活性劑等,其中硅藻土應用最為廣泛,硫磺常被用作改性瀝青中的交 聯劑。另外,近年來一些化學改性劑、納米改性劑、纖維材料、廢舊材料和生物瀝青等如多聚磷酸(PPA)、納米電氣石、廢舊塑料包裝袋、廢舊陶瓷、木質或礦物質等制備的纖維、秸稈生物瀝青,被用于改性瀝青的研究也越來越廣泛。

    2.常用改性劑改性瀝青

    *納米材料改性瀝青

    近年來,無機納米材料改性瀝青因具有環保性、經濟性、改性效果明顯等特點成為瀝青工程的研究熱點,納米材料的小尺寸效應使其具有傳統高分子聚合物如SBS及SBR等改性材料沒有的優異性能,如高比表面積、高表 面自由能、高分散性、抗老化性能、自潔性能、凈化廢氣性能等。目前,報道相對較多的納米材料有納米ZnO、改性蒙脫土、火山巖等,具備特殊性能的電氣石開始進入人們視野進行改性瀝青的研究。

    *纖維材料改性瀝青常作為瀝青改性劑的纖維材料包括礦物質纖維、塑料 纖維、木質纖維、石棉纖維、玻璃纖維等,有研究顯示摻加纖維材料的瀝青使用性能得到了更好的提升。但目前還沒有研究出完善的性能指標能夠規定纖維改性瀝青 及其混合料的性能。

    *廢舊材料改性瀝青

    生產生活廢舊材料一直以來都是威脅人類生存環境的重大問題,在廢舊材料的處理上,對于廢舊材料的加工和2次利用是有效途徑。如 廢輪胎橡膠、廢塑料、廢陶瓷、化工廢料等回收作為瀝青改性劑,成為研究改性瀝 青和加強環境保護的發展方向。

    *化學改性劑改性瀝青

    化學改性劑與其它常用改性劑不同,在一定的工藝條件下,化學改性劑會與基質瀝青發生化學反應,從根本上改變瀝青原有結構和理化性能,很好地補充了其它改性瀝青性能上的不足;瘜W改性瀝青中,彈性體3元共 聚物(Reactive Elastomeric Terpolymer,RET)改性劑、聚磷酸(Polyphosphoricaid, PPA)改性劑、環氧樹脂改性劑等研究最為廣泛。近年來,聚氨酯(Polyurethane, PU)改性劑發展較好,由于其具有很多優異性能而在醫學、煤礦、汽車等領域均有應用,但其在路面工程上的應用較少,有部分研究將PU作為膠結料使用。

    *生物瀝青

    生物瀝青是由農作物秸稈、廢棄食物油和生畜糞便等生物質資源,通過熱裂解、分離和深加工得到重質油,再與石油瀝青或其它藥劑混融制成。

     

    3.摻雜2種及以上改性劑的復合改性瀝青

    為了解決單一改性劑改性瀝青性能的不足之處,可以選取2種及以上改性劑于基質瀝青中制備復合改性瀝青。

     

    4.結束語

    對于改性瀝青的研究,最早始于國外。從19世紀法國使用天然橡膠制備改性瀝青至今,關于改性瀝青的研究發展已經有上百年的歷史。由于SBS改性瀝青實用性強、 使用壽命較長、工藝簡單、工程造價相對較低且來源廣泛,迄今為止SBS改性瀝青是 實際道路瀝青中研究和應用最為廣泛的。但隨著SBS廢料的逐年增多和人們環保理念的提升,未來對SBS的回收利用應該得到更高的重視。 廢舊材料包括廢舊橡膠、廢舊塑料、廢舊陶瓷和化工生產廢舊料等,應用在改性瀝青研究上已得到進展。據不完全統計,中國約有140×104 t/a廢舊輪胎,增長速度年均15%,利用率卻僅為發達國家的30%左右。世界廢塑料累積量也已經超過70×108 t,其中僅9%得到回收。另外,廢舊陶瓷也是愈來愈受人們關注的可再利用資源;どa廢料處理對于“雙碳”背景下的煉化企業具有重要意義,改性瀝青如果能應用這些廢舊材料,這樣即節省了大量的資源又保護了環境,是未來改性瀝青研究的重要趨勢。

    納米材料和纖維材料是當今流行的材料,具有普通材料所不具備的特殊性能,已開始用作瀝青改性劑。雖然已經研究了納米改性瀝青和纖維材料改性瀝青的性質和機理,但納米材料與瀝青之間相互作用的機理大多是猜想,纖維材料改性瀝青的研究還不夠深入,因此對于納米材料和纖維材料改性瀝青的研究仍是重要的。

    生物瀝青在石油資源日益緊缺、環境污染日益嚴重的今天,因其良好的環保效應和可替代部分石油基質瀝青的特點逐漸進入研究人員的視野。生物瀝青是1種新型材料,在路面瀝青領域報道較少,具有生產成本低、工程造價低、減少溫室氣體排放等優點,但是在技術性能上還存在缺陷,具有良好的發展前景。

    對于摻雜2種及以上材料于基質瀝青中制備改性瀝青及相應的瀝青混合料,現研究已經非常廣泛,它可以很好地運用不同改性劑或材料間的協同作用來達到單一改性劑所達不到的效果,且這種思路也為改性瀝青的研究帶來了多種可能,仍是未來的重要研究手段。

     

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