石蜡烯对沥青的改性研究

2018-09-20彭庆华

山东化工 2018年15期

许川，彭庆华

(滨州学院化工与安全学院，山东滨州 256603)

目前改性沥青[2]的方法很多，有物理改性和化学改性两大类。物理改性沥青，把改性剂与沥青的混合之后，结果却没有改变沥青的化学成分和化学与结构，沥青性能改变的不彻底。不能在短期内制备且现用，会使聚合物与沥青的产生分离。在沥青制备时，混合用时较长沥青的结构发生了氧化，资源利用率较低，因此如果采用化学改性沥青方法会凸显很多优势。化学改性方法就是采用沥青中活性官能团，让其与改性物之间发生化学反应，几者之间发生融合。通过化学改性，进而提高沥青的高温低温功能，感温性和和抗疲劳性得到提高。

沥青的性能评价有软化点、针入度、延度三个指标。软化点是沥青的高温性能指标之一，其实质代表沥青的粘度。针入度是能把沥青进行分级，且针入度反映了沥青在特定区域范围内(一定压力，特定时间，合适温度)的抵抗形变能力。而且沥青的稠度也需用针入度表示。延度反映了沥青的延展性能。

通过研究，发现沥青结构和成分相当复杂，所以用于沥青改性的改性剂很难选择。然而，如果在改性剂中存在不饱和键，则沥青改性时，沥青的改性作用就会得到很大提高。用短链的聚烯烃物质，对沥青进行改性，这些方面的探究目前还比较欠缺。本研究针对这种现状，特别用石蜡烯[3]这种含有短链的聚烯烃物质，然后对沥青进行改性，同时与其它几种改性剂进行对比，最终说明石蜡烯在改性沥青方面所存在的明显优势。

1 实验部分

1.1 实验仪器及药品

沥青软化点[4]测定仪，甘油、大钢球、支架台。针入度测试仪、标准测试针、温度计(型号1400)、延度测试仪、冰块、超恒温水浴装置、电动机。电子天平、分析天平、电热恒温鼓风干燥箱、封闭可调式电炉、剪切机、水银温度计、大烧杯、铲刀。氯化聚丙烯、氯化石蜡、三氯化铁、甘油、滑石粉、石蜡烯。

1.2 改性沥青制备

1.2.1 样品制备

1)先打开分析天平，然后称取一定重量的改性物，待用；

2)对沥青进行加热，将沥青放135℃的烘厢中，加热到沥青完全变稀状态为止；

3)再称量一定重量的沥青，倒于不锈钢的容器中；

4)沥青放在电炉上，进行加热，同时迅速将剪切机剪切头正好能浸入沥青中。然后打开剪切机，让沥青整体受热均匀；

5)把水银温度计放置在合理的位置，并将水银温度计与不锈钢容器的内壁能达到良好接触；

6)然后再加入改性物，计时，调节电炉温度，应将沥青温度控制在145℃；

7)加热时，不断使用玻璃棒对容器中的聚合物搅拌，切记搅拌均匀；

8)对沥青加热，然后计时，当剪切机工作40min后就停止化学反应,把电炉电源开关关闭,先取出剪切机，再取出温度计,彻底清洗剪切机，把温度计放置好。

1.2.2 模型制作

1)称量规定质量的甘油，然后把甘油加入到滑石粉里面，搅拌均匀，看起来会形成粘稠物质，这时就可以停止搅拌，此时隔离剂已经制作完成；

2)清洗模具，并把他们放在烘箱中加热45 min；

3)把隔离剂涂在模具相应位置，而且玻璃板表面也应涂上，把模具放在玻璃板的上面，静置10min；

4)打开烘箱门，把准备好的放置在里面，调节温度为130℃,加热45min，把沥青加热到完全变稀为止；

5)把变稀的沥青倾倒与模具内，沥青刚好没过针入度金属平地皿最佳；

6)把所有的模具放置于室温下即可，时间为2 h，把针入度金属平地皿放置在27 ℃的恒温水槽里，浸泡时间为2h，然后开始测定；

7)接下来把电炉打开，把铲刀加热一下，把黄铜环沥青外边缘线的部分切除掉，把他们放在 6℃的恒温水槽中浸泡。特别注意，软化点金属环，必须浸泡1h之后才能进行测量。

1.3 软化点测定

(1)拿出浸泡在保温槽中的黄铜环，把它放置在支架的圆孔里面，把钢球定位器卡主，再在上面放上大钢球；

(2)把6℃左右的水(或32℃的甘油)加入到向500 mL的烧杯中，把烧杯放在软化点测试仪的加热板上，此时再把支架放在烧杯中；

(3)把热电偶插入里面。把测试仪电源开关打开，启动操作程序，按一下“start”开关，仪器会自动执行升温功能，若钢球坠入到下层板时，测量仪将停止工作，记录读数；

(4)关闭仪器，取出支架，迅速放入冷水中冷却，过15min后，清洗软化点测试仪，并放置好。

1.4 针入度测试

(1)把26℃的水加入到平底玻璃槽中，使水能完全的没过金属平地皿15 mm；

(2)把平地皿从恒温水浴中取出，小心放置于盛水的平底玻璃槽里面；

(3)打开针入度计，，把标准测试针安装好，此时再把玻璃槽放在针入度计的平台上面，把刻度盘上的指标调整好；

(4)调试一下标准测试针，应该让针尖刚好与沥青的表面完好接触，打开连杆下降功能的开关，针入度计即将工作， 10s之后，连杆会停止下降，快速读出刻度盘上的数字(针入度值)，记录下来;

(5)样品的测量次数不应低于5次，应保证最大的针入度值与最小针入度值两者之间不应超过6，若差值超过6，需要重新测定.

1.5 延度的测定

(1)使延度计的水浴槽温度处于6℃左右，时间应约1h以上，调节延度计的刻度，让指针处于归零状态；

(2)把浸泡在6℃水浴里面的延具拿出来，放置在延度计滑动板上面，为了稳定必须卡好。

(3)然后再把电动机打开，让滑动板移动，保持速度为3cm/s，在模具中的试样被拉长，试样断裂的那一刻，记录指针所在刻度；

(4)必须保证一个样品做3次实验数据，再进行平行测量。

2 结果与讨论

2.1 氯化聚丙烯对沥青改性的影响

2.1.1 氯化聚丙烯对软化点的影响

图1 氯化聚丙烯对软化点的影响

向一定质量的沥青中，加入的氯化聚丙烯质量不同，再电加热并保持搅拌状态。此过程进行中，发现沥青中的气泡量比较少。且容器上方仔细观察，会发现有白色烟雾生成。沥青软化点的结果如图1所示。由图可以得出，随着氯化聚丙烯含量的增加，软化点逐渐缓慢递增，沥青的高温性就会得到提升。

2.1.2 氯化聚丙烯对针入度的影响

由图2得出,伴随着氯化聚丙稀加入含量的增多,针入度呈下降[5]的趋势，沥青的抗车辙能力就会得到提高。

图2 氯化聚丙烯对针入度的影响

2.1.3 氯化聚丙烯对延度的影响

图3 氯化聚丙烯对延度的影响

由图3可知,当加入少量氯化聚丙稀时,延度就迅速下降,原因是通过实验测量发现在氯化聚丙烯当中存在大量的氯元素。若把氯化聚丙稀置于较高温度下，氯化聚丙稀会分解产生氯化氢气体。而且发现在改性沥青中会逐渐形成一些细小的气泡。根据沥青性能的测试所采用的方法,细小气泡的存在对沥青的延度有非常致命的影响。因为通过研究发现，细小气泡的存在,使沥青拉断变得容易,从而沥青的延度会发生迅速下降现象。因此,通过实验沥青的实际延度在理论上比测试的结果稍微好了一点。当氯化聚丙稀含量一直在增加时,虽然影响了沥青的高温性能,但在实际工程中,这样的沥青使用范围将会受到极大的限制。因为延度太小,结果沥青会马上变得很脆,非常容易在低温下发生压裂的现象。

2.2 三氯化铁对沥青改性的影响

2.2.1 三氯化铁对沥青软化点的影响

图4 三氯化铁对沥青软化点的影响

若在沥青中添加金属，则会对沥青的性能有明显的影响，用三氯化铁对沥青进行改性。通过图4可以得出：随着三氯化铁用量的增加，沥青的软化点呈逐渐上升的趋势。

2.2.2 三氯化铁对针入度的影响

图5 三氯化铁对针入度的影响

由图5可以得出，三氯化铁对沥青的针入度有明显的影响。随着三氯化铁用量的增加，沥青的针入度明显下降。这是因为：沥青针入度代表了沥青的硬度。

2.2.3 三氯化铁对延度的影响

图6 三氯化铁对延度的影响

由图6可知,当沥青中一旦加入到三氯化铁时,对沥青延度就会有明显的影响。随着三氯化铁用量的继续增加，沥青延度会产生波动趋势。因为三氯化铁对沥青有氧化作用。结果使沥青质明显增多，氢元素含量减少，出现碳化现象。同时制备[6]过程中产生的小气泡会使延度迅速下降。

所以在制备过程中，三氯化铁改性沥青让软化点提升很高,即高温性能较好,但沥青的软化点会变得太低,结果使沥青变得很轻脆,低温性能就会受到影响,事实上,这种沥青工程应用的可能性非常小。

2.3 石蜡烯对沥青改性的影晌

2.3.1石蜡烯对软化点的影响

图7 石蜡烯对软化点的影响

由图7可知：当掺杂含氯量为62.1%的石蜡烯时，随着加入量的增加，软化点升高速率变化的略显快的趋势。因为石蜡烯中含有双键[7]，结果会让沥青质分子与石蜡烯中的直链较容易结合，形成含有侧链的，大分子结构，结果使沥青的整体分子量变得很大，很难被软化;而氯含量仅有15.3%的石蜡烯，对于沥青的软化点影响不是很明显。

2.3.2 石蜡烯对针入度的影响