可回收轮胎橡胶在沥青中的结构演变外文翻译资料

 2022-10-22 16:52:46

英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

可回收轮胎橡胶在沥青中的结构演变

作者：Hongru Yao, Shuai Zhou, Shifeng Wang

化学与化工学院，上海交通大学，上海，中国

通讯作者：S. Wang（E - 邮箱：shfwang@sjtu.edu.cn）

摘要：可回收轮胎橡胶改性沥青的性能主要取决于在沥青中的橡胶结构。废橡胶在沥青中的固化温度、搅拌时间、剪切对化学结构和形态结构演变的影响都曾经被研究过。这些残余橡胶颗粒都是以交联密度，组成成分和形态演变为表现特点的。结果表明，在沥青中的轮胎橡胶的结构演进大大受到固化温度的影响。在一个低的固化温度（1808℃）时，轮胎橡胶的交联网络被分解，而这导致了天然橡胶的部分溶解（NR）。然而，在一个高的固化温度（2408℃）时，随着NR的溶解，合成橡胶，炭黑和无机填料（这些情况）都能被观察到。被结合橡胶的薄层覆盖的炭黑在释放并以微结构化或纳米大小的尺寸分散在沥青之中。

关键词：交联; 形态学;回收利用; 橡胶

介绍

随着汽车行业的迅速发展，丢弃的废旧轮胎的数量逐年增多。因为废轮胎的三维交联结构，所以他们的回收是一个很大的挑战。像燃料一样燃烧、热解、粉碎和废旧轮胎橡胶的回收是四个典型的循环方法。其中，因为其配置的溢出，为沥青的改性橡胶粉碎成橡胶粉导致其活性的提升，从而提高了路面的使用性能[1-5]。

在一个干燥过程中，加入粒状橡胶的直接进入沥青混合料，这个方面还没有被广泛使用[6]。这是主要是由于对未被破坏的橡胶粉末的交联结构和在橡胶粉末和混合热沥青之间的弱界面粘接。在终端共混工艺的湿法工艺中，三维网络由一个热过程中，在交联部位或在主链键分解。沥青和橡胶之间的相互作用增强[7-9]。因为橡胶沥青的部分溶解了，终端混合吸引导致了极大的活性；这不仅降低了在路面改性沥青的成本，但也使得适合不同种类的具有不同的聚合等级，诸如致密级混合物，沥青玛蹄脂碎石热混合沥青的改性沥青，和一个开放式混合级。橡胶粉末的大小或状态也对沥青路面的性能有很大的影响。最近的调查还发现，为了防止在沥青混凝土躯干裂纹形成的最有效的方法是添加超细橡胶颗粒（150-750纳米）的成沥青的沥青粘合剂[10]。

然而，由于非常复杂的化学性质和沥青和粒状橡胶的组合物，所以这样是很难检测的橡胶和沥青的相互作用中的化学键和物质交换的真实性质的[11,12]。沥青被认为是一种沥青质分散在油性软沥青相的胶体悬浮液。粒状橡胶是一种复杂的混合物，主要由天然橡胶（NR）和合成橡胶（SR），与硫相交联，加炭黑后会增强。同时，通过添加工艺油脂，以改善其加工性和柔软性[12]。

虽然在沥青的轮胎橡胶的结构变化进行了研究，但是在沥青中的轮胎橡胶的结构现在仍不清楚。Zanzotto和同事们[13-15]研究了橡胶粉沥青溶解和不同的参数对其速度和程度的影响。根据它们的分子量，可以发现从胶粉释放到沥青中的这种材料扩散的行为。温度，时间，和混合的相互作用速率对粒状橡胶的结构变化具有显著的影响。Ghavibazoo等人研究了橡胶的来源对其橡胶粒状溶解时的影响。他们发现，卡车轮胎橡胶比乘用车轮胎橡胶有更多的NR（部分溶解）和更快的溶解速率[11]。

在橡胶粉末的每个上述条件下，以及在这种条件下释放的组分的类型和状态，和其对沥青的最终性能的影响这些已经被研究了许多年[16-22]。Gawel等人[23]通过研究表明从沥青线性脂肪链渗入粒状橡胶的结构，并从粒状生胶颗粒的脂肪酸被释放到中间相互作用条件下的沥青基质，而且在这种条件下的小粒状橡胶溶解会其中发生。据我们所知，这些研究都没有能够限定橡胶的交联网络如何变化及其与沥青交互期间被释放到沥青基质什么类型和粒状橡胶成分的量。在沥青的相互作用橡胶的形态也没有澄清。为了澄清轮胎橡胶的结构演变过程，在沥青上的微观尺度是不仅用于优化屑轮胎橡胶改性的沥青的性质很有用，而且也有益了解轮胎的橡胶沥青路面的真正功能。

在这项研究中，我们通过将其用甲苯萃取后运行交联的测量、成分分析和轮胎橡胶改性的沥青的残留物质在电子显微镜的观察下，来研究交联密度，组成和微观形态。而且我们也研究了在屑橡胶在改性沥青的软化点时，对轮胎橡胶的结构演化的影响。

实验

物料

沥青（中海70＃）由中国海洋石油公司生产，它的基本特性在表Ⅰ中都有标注显示。粒状橡胶（尺寸540目）是从由本地橡胶回收公司提供，从整个卡车轮胎橡胶衍生周围地面橡胶制成。碳黑（N330）由卡博特有限公司提供。

橡胶改性沥青的制备

低固化 - 橡胶改性沥青 基础沥青加热到1808℃，这是一个通常选择用于常规橡胶改性的沥青的温度下，和20％重量的粒状生胶加入到沥青中。将该共混物在300rpm下搅拌60分钟。制备的橡胶颗粒改性的沥青混合物在1808℃放入烘箱。每3小时将样品从改性沥青中取出以供进一步分析。

高固化橡胶改性沥青 该基地是沥青加热至1808℃，和20％重量的粒状生胶加入到该沥青中。然后，将温度迅速提高到2408℃;这就是通常被选择为终端掺合物时的温度。在3，5，15，30，和60分钟时，分别取出一次样品以供检测。

描述

提取屑橡胶改性沥青 为了清晰地标记出相互作用后的粒状橡胶的变化，索氏提取常被用于将可溶部分从该共混物中分离出来。橡胶颗粒改性沥青（约2.5克）由包裹滤纸而且由甲苯24小时萃取得到。工艺油脂，该粒状生胶的溶胶级分，而且是沥青为可溶于甲苯。不溶部分是在1108℃在真空烘箱中进一步干燥1.5小时后，溶剂会在通风罩中的第一时间蒸发，因此，只有残余物留下。

软化点的团粒状橡胶改性沥青 软化点分别根据ASTM D36-06试验。

热重量分析（TGA） TGA分析（来自TA公司TGA-Q5000）用50毫升/分钟的流速在N 2气中进行。测量温度速率为108℃/分钟，温度范围从室温到5508℃。计算炭黑和无机填料的含量，将气氛改变为空气，并加热进一步超过7008℃。为统计分析，热重分析，重复使用残余物的样品。观察到的结果是超过3％的变异较少，而这证明了该测试方法具有很高的重复性。

交联密度 将残余物研磨成薄片（1 cm 2的厚度为0.2毫米）通过双辊碾磨机的交联密度的测量。直到膨胀平衡在258℃达到床单放入甲苯膨胀的考验。

溶胀度（Q）根据当量来计算。 （1）：

在这里分别用W1和W2表示两种橡胶，分别用q1和q2表示甲苯的密度和橡胶的密度。

交联密度根据当量来计算。 （2）：

Mc是二交联点之间的平均分子量，〜Ⅴ类1是溶剂的摩尔体积，V1是橡胶和甲苯之间的相互作用参数，0.40按照参考文献第24个[24]。

微观形态 残余样品稀释和分散用甲苯。将少量的悬浮液投入到铝板。样品是在镀铂的甲苯蒸发之后得到。然后，用高分辨率扫描电子显微镜法去观察在显微镜下的形态，（SEM; JEOL JSM-7401F）。

SEM耦合到能量色散X射线光谱仪用于获得被释放材料的化合物。在甲苯中释放的碳黑稀释并分散。将少量的悬浮液滴到铜网格（300目）。用透射型电子显微镜（JEOL JEM-2100）以200千伏的电压来确定炭黑的形态。

结果与讨论

固化温度对软化点的影响

软化点是代表沥青的典型和常规耐热属性。它可以被用来作为表示粒状橡胶和沥青的相互作用的指标。如图1所示，胶粉改性沥青的软化点，先升后降。当粒状橡胶沥青的饱和（饱和烃类）和环烷烃芳族化合物（包括部分氢化的多环芳香族化合物的）沥青的相互作用被胶粉吸收;这导致在沥青的固体的体​​积增加。树脂（高分子量苯酚和羧酸）和沥青质（由高分子量苯酚和杂环化合物）也冷凝并形成较强的相互作用; 这个显著提高了改性沥青的高温性能[25,56]。该粒状橡胶部分降解和释放聚合物，在沥青中吸收油与延长的储存时间。橡胶的溶解导致了胶粉改性沥青的软化点的降低。

如在图1（a）所示，粒状生橡胶改性沥青的软化点在初始存储时间增加，3小时后缓慢减少。在粒状橡胶与在低固化温度下的沥青相互作用的比较，软化点高的固化温度降低更快，如图1的（b）;这表明胶粉在这些条件下呈现迅速降解的结果。用TGA和显微镜观察，进一步分析溶解过程和组成变化的细节。

TGA

TGA是清晰阐述轮胎橡胶的组合物的有用工具[27-29]。如图2中所示，点A是最小TGA中的导数曲线的峰;这也被认为是NR和SR的分界点。 3008℃到温度A之间的重量损失是由于天然橡胶的分解，而从温度A到5508℃之间重量的损失是由于SR的分解。550℃和7008℃之间的重量损失是由于炭黑的分解，并将残余物作为无机填料。交互期间的粒状橡胶的组合物的细节列于表II中。如图所示，NR的含量随相互作用时间的增加而显著下降，而SR的含量也降低了一点。因为NR的部分溶解的，所以炭黑的含量相对增加。无机填料的显示出的含量在整个过程中几乎没有变化。

如表II中所示，提取的溶解的橡胶的量估计从5.9％（原胶）提高到40.0％时，粒状生胶与沥青在低固化温度（相互作用的12小时后）相互作用。从46.8到16.6％，NR的含量明显降低，从TGA估计，而SR、碳黑以及相对于NR无机残留物呈小幅变化。其结果是与由Ghavibazoo研究协议。这主要是由于包括SBR的SR有芳香基团，和共价键此推断的热阻。在粒状橡胶的处理过程中，NR从46.8下降到22.6％，且该减少程度变得明显少得多;它在存储12小时后只有6％。这表明了NR在初始处理阶段溶入沥青的速度非常快，并在以后的存储阶段减慢。

与高温固化后的残余物的TGA显示于图3得结果相比，在低固化温度NR和SR的含量降低了很多。下降速率减慢时，固化时间被延长了15分钟。在残余物中的碳黑含量明显增加，而无机填料的含量稍有减少。为了理解轮胎橡胶的不同组合物在高的固化条件下的演变过程，我们就用它们的相对含量以时间为轴作函数来进行计算，其结果并在图4中列出。

如在图4中所示（A，B），两者NR和SR分别在高固化条件下释放到沥青之中。NR的释放度比SR的慢。这似乎更加NR SR或高剪切被释放到沥青。炭黑和无机填料的含量随固化时间的增加而下降如图4（C，D）。这表明这些无机材料可被释放到高固化条件下沥青之中;这与从低的固化条件下的行为不同。这样的一种高剪切具有明显的促进无机材料在沥青中的搅拌并且将它们分散的能力。

残余的胶的交联密度变化

交联密度是硫化橡胶的最重要的参数之一。如表III所示，Mc随着固化时间的增加而增加。这主要是由于在低固化过程中的主链或交联断链。这也导致了NR的部分溶解。 MC相互作用的3小时后显着增加，这种现象是与图1中所示的软化点的快速下降是一致的。

在表III和表IV中所示，Mc逐渐下降，这表明交联密度的增加。主要原因是NR在沥青中的溶解;这样的话也减少了低交联密度的百分比。在后一阶段中，SR的交联结构是难以打破的。一些新的交联点被连形成，并且这增加了交联密度。在另一方面，伴随着炭黑和无机填料的增加，这样导致了在残余胶粉中吸收到的甲苯减少，而这样的结果也会减少了Q的值。

形态学观察

残留橡胶在低固化和高固化后状态的结果呈在图5之中。这清楚地表明了胶粉在低温固化后依然会保持其原始形状，没有很大的变化。粒状橡胶在高温固化之后会精细地分散。当炭黑经过滤纸过滤时，一些炭黑直接穿过了滤纸，而有一些却留在了滤纸之上。

将原胶粉和从低固化橡胶沥青提取得到的残余物，它们的SEM显微照片示于图6之中。因为粒状橡胶生产的环境条件下的磨削工艺，所以可以很明显地观察到原始的粒状橡胶有很多的孔隙。低固化并且在相互作用之后可以观察道光滑角的表面。这一观察结果意味着这些颗粒它们与沥青的在相互作用过程中会丢失粗糙度;这可能是由橡胶的表面在溶解而引起的。

样品经过高的固化之后的SEM显微照片如图7中所示。图像清楚地显示，有很多在60纳米大小的炭黑在橡胶基质之中均匀的分散;而另外的一些炭黑则被释放到沥青和橡胶剩余空隙的表面上。

被释放炭黑的透射电子显微照片如图8中所示。高固化橡胶的残余物周围围绕着微尺度的炭黑。从高倍率的图像，则可以观察到，将炭黑被厚度为28纳米橡胶的薄层覆盖并结合。被释放出来的碳黑有三种形式，初始颗粒尺寸为30纳米，具有尺寸为200纳米和其由几个聚集体的聚集的第三附聚物。在此被释放出来的炭黑的组合物，我们可以用SEM-能量色散X射线光谱仪（EDX）（表V）来进行分析。将所释放的碳黑与原始炭黑N330相比较，它具有较低的氧含量;这表明释放炭黑的表面被结合橡胶的薄层所包封。这些释放的炭黑在经过高固化之后会出现锌，也可以经过TGA来显示。根据一个碳黑填充橡胶的橡胶填料接口模型，将这个内聚合物层用双层玻璃态组成。因为强烈的分子堆积，两层中的分子运动也大大的受到了限制。因此填料橡胶强结合键不会在高固化过程受到影响，所以仍然是结合橡胶。

结论

沥青中的轮胎橡胶在低的和高的固化温度之下的结构演化过程中的化学和形态方面的情况进行了研究。下列结论是从前面的讨论之中获得的。轮胎橡胶在沥青中低温固化之后，橡胶沥青的软化点逐渐下降，因为交联网络的被破坏断裂导致了橡胶沥青的部分溶解。相比于SR ，NR是更容易溶解到沥青之中。当在高固化温度时，软化点急剧下降，因为交联网络的快速退化导致橡胶的严重溶解。这个溶解的百分率在60％左右，而其余部分的NR和SR分别为6％和

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[152732]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章