关于废橡胶粉改性沥青配比的探讨

labs

目前，废胶粉改性沥青的研究、开发、推广正如火如荼，势不可当，废胶粉改性沥青大量替代SBS改性沥青的时代即将到来，与SBS改性沥青比较，废橡胶粉改性沥青路面具备抗滑性能优秀，耐磨损，安全系数高，交通噪音低，经济投入较少等优势，因此大力推广废橡胶粉改性沥青的应用具有十分重要的意义，对废橡胶粉改性沥青的配方研究更是重中之重。

一、废胶粉粒度的选择
, C/ A' ?) \! c) K4 F( Z8 ~
  U6 K) d+ V2 E! u* x胶粉的粒度一般为20～40目为宜，胶粉的质量应符合标准，其天然胶碳氢化合物含量应大于30%。在高温状态下（<210℃），胶粉颗粒越细，越容易在沥青中混合、分散、溶胀，反应时间缩短，但过细的胶粉在高温沥青中容易被消化或油化，使橡胶沥青过早失去弹性失去胶粉对沥青的改性机理，同时细胶粉的生产成本较高；但使用40目以下胶粉同时也存在着颗粒过大导致在沥青中难以溶胀分散的现象，无法全面地发挥对沥青的改性作用，且大颗粒胶粉易沉淀或离析，在施工中不易喷洒、拌合和压实；因此必须选择天然胶碳氢化合物>30%40目以下的废胶粉，通过在高温状态下与基质沥青拌合、溶胀经高速剪切机剪切研磨变细后，胶粉在沥青中得以充分溶胀，才能充分发挥胶粉对基质沥青的改性作用。

5 a! d/ K8 j- Q7 l$ T. e4 G! L二． 废胶粉掺入量的选择   
6 w; S! [; [4 E  ]+ Z
废胶粉合理的加入量主要考虑如下几个方面的因素：a）胶粉改性沥青的路面使用情况。b)加工、运输、摊铺性能。C)加工成本等。通过不断试验和生产实践后发现：
  k( P* l2 L' U* \
1. 当胶粉加入量为10%时，胶粉改性沥青的软化点只有51℃，5℃时延度为7.80，对基质沥青的改善幅度较大。

2. 当胶粉加入量为15%时，胶粉改性沥青的软化点为53℃， 5℃时延度为9.00，对基质沥青的改善效应有所增强，但无法达到质量技术标准。

3. 当胶粉加入量为20%时，胶粉改性沥青的软化点为61.5℃，5℃时改延度为10.05，基本达到橡胶粉改性沥青的技术指标。但在未加入活化剂和渗透剂的情况下，粘度太大，180℃时粘度高达11.8，不易加工，必须加入千分之一以下的活化剂和渗透剂，这种状况才能得以改变。
: r. O) I  R7 P% Q7 j8 v$ x
4. 当胶粉加入量高达25%～30%时，虽然其软化点、延度、针入度等有所提高，但其粘度太大，即使在加入活化剂或渗透剂的情况下，也无法正常生产、加工，因而产品也无法喷洒和推铺。

! R3 M$ Q" Q. U4 w1 i5 _因此，通过研究并结合美国、日本、德国等发达国家开发废胶粉改性沥青的经验，一般情况下选择18%～22%的废胶粉加入量比较合适，同时必须加入适量的活化剂和渗透剂。

, d7 b! @. }  `5 j7 H9 u三． 关于复配改性胶粉
# S& c* p2 r' |( F$ e! {' u( a8 V
% V. M( P, c8 y; a1 M4 N& D    胶粉是废旧橡胶经粉碎机断裂交联网状结构，产生的大量分子碎片颗粒其表面呈椭性，是一种有橡胶、炭黑、软化剂及硫化促进剂等多种材料组成的含交联结构材料组成的。其与沥青混合由于表面性质不同，使它们之间的相溶性较差，把胶粉直接掺入沥青中难以形成较好的粘接界面；容易产生离析或沉淀现象；因此用一定的方法对胶粉表面进行改性，促使胶粉与沥青等高分子材料的界面结合，提高胶粉与沥青的配伍性。
4 g# H" w. O+ Z. x: @: }6 o! S4 ^9 N* n
     胶粉表面改性是指用物理、化学、机械和生物等方法对胶粉表面进行处理，改变胶粉表面的物理化学性能，如表面结构和官能团、表面能、表面润湿性、电性、表面吸附性、反应特性等，胶粉表面改性的方法有表一几种方法。

表一    胶粉改性的主要方法

序号 6 A# h( l  r$ Y4 {3 W5 G	改性方法分类	改性方法机理 ! d3 j" a( r% S* w) ~+ U. \% i! Q	改性方法作用 5 N# J' C# E% I
1	机械力化学改性	用机械力化学反应处理胶粉	作为胶料的活性填充剂
2	聚合物涂层改性 # d+ `) H* N0 _. P7 h	用聚合物及其它配合剂处理胶粉   l9 _& F+ T! ?$ P' J6 x9 ?	改进掺用胶料或塑料的物理性能 1 d( d9 r) a: z. ]
3	再生脱硫改性 : b3 g; \9 _3 g$ Z: x% Y	用再生活化剂和微生物等处理胶粉	与生胶、再生胶配合
4 8 C" T7 `; `# L& @	接枝或互穿聚合物网络改性 + v3 o8 I7 i; Z6 u' {8 |8 S	用苯乙烯、乙烯基聚合物等接枝胶粉，用聚氨酯、苯乙烯引发剂等使胶粉互穿聚合物网络 4 c0 c$ U, K, x6 O4 ~	改进聚苯乙烯物性，增加胶粉与塑料或橡胶的相容性
5 ' o* `4 X( X; \4 _+ [	气体改性 + s3 ~* M( x' C7 x! A	活性气体（F、C1、O、Br及5O）等处理胶粉 + ]7 U9 [. v7 L	改善与橡胶（如丁睛橡胶）和塑料（如聚氨酸）的粘着性、相容性
6	核-壳改性	用特殊核-壳改性剂处理胶粉	改善胶料和塑料的物理性能 0 W% o4 m) r+ K/ e2 d
7	物理辐射改性	用微波、r-射线等处理胶粉 ; |  {0 K  Q+ A" T; x	改善胶料和塑料的相容性 3 V, l1 }- G7 G7 o2 D
8	磺化与氮化反应改性	用磺化和氮化反应进行处理 5 J: i, A  p' |, O	作离子交换剂或橡胶配合

$ l# `( n& `( C5 J2 \
& m7 [" Z/ g! q9 E目前，国内作为胶粉改性沥青的上游企业即复配胶粉生产企业一般采用表一中前三种方法：
' Q, S4 N7 m0 S: r' z4 y( O
0 f% ~; p% ]; A１ 机械力化学改性
   机械力化学法是将化学反应原料添加于胶粉中，在一定条件下借机械作用使胶粉产生化学反应而改性胶粉的一种方法。其方法简单、实用、效果好，应用广泛。 机械力化学法的改性用机械及化学原料有多种！                                                                                                                     看a)开炼机法改性采用的改性剂为硫黄２％，促进剂Ｍ1.2％；或硫黄２％，促进剂ＣＺ0.7％，邻苯二甲酸酐５％（溶于乙醇），二辛基酞酸酯或高芳烃油８％－１０％。改性工艺条件是将粒径为0.3－0.4ｍｍ的胶粉在开炼机上捏炼１５遍，辊距0.15ｍｍ，速比为１：1.17，辊温５５℃或８５℃。延长捏炼时间，可加大改性剂的结合量，提高胶粉表面降解程度，从而提高掺用胶料硫化胶的拉伸强度和伸长率。提高捏炼辊温，也可以加大改性剂的结合量，缩短捏炼时间，但不能高于８５℃，否则掺用胶料硫化胶伸长率下降。                             .
   b)反应器法采用的改性剂为胺衍生物、ｃ－亚硝基芳胺衍生物等。其改性工艺条件是使用带涡流层的ＡＢＣ－１５０型反应器，将0.25ｍｍ的胶粉在反应器中处理１８０ｓ。处理过程中，反应器里的铁磁性颗粒同胶粉相互碰撞，产生高温高压的局部着落点，达到机械化学改性的目的。
% D  i4 W% R6 N1 e& l
; |: S2 b8 h4 b' e9 fC)搅拌器反应法则采用的改性剂为苯肼或促进剂Ｄ 0.29％－0.4％，催化剂为氯化亚铁0.2％－0.3％，增塑剂可为二戊烯或妥尔油８％－17％， 隔离剂为陶土或滑石粉， 其工艺条件是在搅拌罐中搅拌反应７－15分钟， 反应温度不超过   ８０℃。改性剂苯肼或促进剂Ｄ起塑解剂作用，要求其在起始搅拌过程中溶解在胶粉中。又如采用乙撑胺类化合物对胶粉的机械力化学改性，可使含胶粉混炼胶性能大大改善，且成本低，方法简单。具体改性过程是先将二乙撑三胺与煤焦油混合均匀，再和胶粉一起直接投入高速搅拌机中搅拌，搅拌一定时间出料即为改性胶粉。

２  聚合物涂层改性
    聚合物涂层法是借助粘附力用聚合物对胶粉进行表面包覆的方法。通过聚合物涂层改性可制成热固性和热塑性两种改性胶粉。热固性胶粉一般采用液体橡胶（如丁苯橡胶）进行表面包覆；热塑性胶粉则采用液体塑料或热塑性弹性体（如聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯等）进行表面包覆获得。用于涂层的聚合物一般还含有交联剂、增塑剂等材料，其对胶粉包覆后呈干态或粉末状混合物。包覆层在胶粉与胶料或塑料之间起着化学键的作用，在与胶料一起硫化或与塑料塑化成型时产生化学结合。其同基质高分子材料相容性好，故可加快其在高分子基质材料中的分散，获得性能良好的共混材料。聚合物涂层法采用的包覆工艺简便易行，效果较好，应用较普遍。                                                               
３  再生脱硫改性
    胶粉的再生脱硫是通过在胶粉中加入再生活化剂或者通过热或其它作用来打断硫化胶中的硫交联键，从而破坏其三维网状结构的改性方法，主要分为一下三种办法：

a)如用高温处理胶粉，胶粉中的硫交联键在再生活化剂、热、氧的作用下被破坏，表面产生较多的活性基团，有利于同胶料的化学键合，使胶粉在胶料中的分散性和硫化性改善；
5 I, t; x$ E4 C5 b% `& i5 E5 d    b)低温脱硫再生法能耗小且节约劳动力，对环境污染小；其改性方法是在胶粉中混入少量软化增塑剂和脱硫剂，主要化学成分为2、4、7、9四甲基-5葵诀-4、7-二醇，然后在室温或稍高的温度下，借助机械作用进行短时间脱硫再生得脱硫胶粉。低温脱硫胶粉配合的硫化胶性能大大优于普通胶粉配合硫化胶性能。
0 y; D) R( g' h4 X   c)最新开发的一种生物表面脱硫技术为胶粉改性提供了一种新的途径。该方法不需高温、高压、催化剂,为常温常压下操作，操作费用低，设备要求简单,无二次污染，即利用微生物脱硫。      

目前，深圳、北京及上海的相关企业已采用上述工艺开发出许多种复配改性胶粉，已基本满足国内废胶粉改性沥青的需求。

6 Y  e% x* h. ?2 W& y& c) q四． 关于复合胶粉改性沥青配比
! B2 K# G- @& Y) O5 L3 j* k

7 y3 Q% D5 E1 P$ r; I) g. J虽然说橡胶粉改性沥青有诸多方面的优点，但任何事物都有其二重性，现在国内个别厂家把废胶粉改性沥青说得神乎其神；其实不然，按照实事求是、科学理性的观点来看，废胶粉改性沥青在有许多特长的同时也存在许多不足和欠缺之处，从表二中可以看到普通橡胶改性沥青的软化点、延度较低，虽然基本达到橡胶改性沥青的行业标准，但与《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40—2004聚合物改性沥青标准及高速公路管理部门的技术要求相差甚远，只有通过加入3‰左右SBS及3%的芳香烃油（即橡胶油）的办法来解决这个问题，具体的加入量须根据基质沥青的产地和牌号进一步做好小试后才能确定。
/ e' A# Q7 [0 t

有必要指出橡胶改性沥青的小试设备不能等同于SBS改性沥青小试设备所配备的实验式高剪切乳化机，胶粉必须通过小型反应釜与基质沥青搅拌混合以后，再通过小型管线式高速剪切机多次循环剪切后才能确定准确的数据，同时反应釜必须配备夹套电加热及温控数显装置，剪切机须配置变频调速器（见表三及流程图），这样才能使实验室所取得的数据与大批量生产胶粉改性沥青所需的配比数据更接近。