聚乙烯和聚乙烯膠粉復合改性瀝青的實(shí)驗

2007年03月.沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版).Mar. 2007第23卷第2期Journal of Shenyang Jianzhu University (Natural Science)Vol .23，No.2文章編號:1671 - 2021(2007)02 - 0267 -04聚乙烯和聚乙烯膠粉復合改性瀝青的實(shí)驗張巨松',王文軍',趙宏偉2,王紅2(1.沈陽(yáng)建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧沈陽(yáng)110168; 2. 沈陽(yáng)市城鄉建設委員會(huì ),遼寧沈陽(yáng)110164)摘要:目的 研究聚乙烯(polyethylene, PE)、膠粉復合改性瀝青的韌性、相容性能,以及抗老化性能.方法通過(guò)高速剪切法使PE分散于瀝青中,在混溶的過(guò)程中加入相容劑,使其和PE發(fā)生接枝反應不至于發(fā)生團聚行為,通過(guò)拉伸試驗和薄膜烘箱試驗比較基質(zhì)瀝青和改性瀝青的韌性和抗老化性能.結果經(jīng)過(guò)物理化學(xué)方法改性過(guò)的PE改性瀝青韌性得到改善,相容劑在瀝青和PE互容的過(guò)程中起著(zhù)顯著(zhù)的作用;經(jīng)過(guò)改性的瀝青抗老化性明顯提高.結論酸酐類(lèi)相容劑通過(guò)與PE進(jìn)行接枝反應可明顯改變其與瀝青的相容性,相對于基質(zhì)瀝青,經(jīng)過(guò)PE改性的瀝青韌性及抗老化性能明顯提高。關(guān)鍵詞:PE;改性瀝青;相容性;韌性;抗老化性中圖分類(lèi)號:TU502文獻標識碼:A .高分子聚物作為優(yōu)良的瀝青改性劑得到越來(lái)生產(chǎn);低密度聚乙烯,廢舊食品包裝塑料袋;相容越廣泛的運用,作為高聚物改性劑中樹(shù)脂類(lèi)改性劑，酸酐類(lèi)化合物.劑代表的PE備受重視[1-3].PE既可以提高瀝青儀器:JB90-D型強力電動(dòng)攪拌機;高速瀝青的高溫和抗老化性能,又可以改善瀝青的韌性,尤剪切儀;SY1.5C型恒溫雙數顯瀝青延度儀;DF-其是在能源短缺的今天,大量回收的PE可以作5型電腦全自動(dòng)瀝青軟化點(diǎn)儀;XI-3型光學(xué)顯為瀝青改性劑,解決“白色污染”問(wèn)題,所以PE作微鏡;KD- 5型微機控制電子試驗機.為瀝青改性劑又能帶來(lái)環(huán)境效益[4-6].但是PE1.2實(shí)驗方法改性瀝青存在著(zhù)-一個(gè)難以解決的問(wèn)題就是PE和(1)高、低溫性瀝青的相容性問(wèn)題.目前通過(guò)高速剪切工藝和膠高溫性:對瀝青試樣進(jìn)行軟化點(diǎn)實(shí)驗,測量體磨工藝已經(jīng)能將PE分散于瀝青當中,但是由PE改性瀝青和PE+4%的60目膠粉復合改性瀝于瀝青和PE的溶解度參數相差較大,導致被分青的軟化點(diǎn)與PE摻量之間的關(guān)系.散的PE在瀝青中隨著(zhù)時(shí)間的推移會(huì )出現團聚的低溫性:對瀝青試樣進(jìn)行低溫(5 C)延度實(shí)現象[7-11.筆者的主要目的就是通過(guò)化學(xué)手段對驗,測量PE改性瀝青和PE+4%的60目膠粉復PE進(jìn)行接枝改性,降低PE和瀝青溶解度參數合改性瀝青的低溫(5 C)延度與PE摻量之間的差,防止PE團聚,并對PE改性瀝青的其它性能關(guān)系.進(jìn)行分析. .(2)相容性對改性瀝青進(jìn)行離析和體式顯微鏡實(shí)驗.1實(shí)驗原料和方法(3)韌性1.1 原料和設備將制備好的瀝青試樣置于15 c恒溫水浴中原料:AH- 90瀝青,盤(pán)錦北方瀝青有限公司保持中國煤化工:m/ min的速度進(jìn)IYHCNMHG收稿日期:2006- 10-15基金項目:遼寧省教育廳項目(202083064)作者簡(jiǎn)介:張巨松(1962 - ),男,教授,博土,主要從事透水路面、地鐵混凝土材料研究.268沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第23卷行拉伸試驗,測量其拉伸性能.0.5 cm,而PE膠粉復合改性瀝青則從9.6 cm降(4)抗老化性到了3.8 cm.將基質(zhì)瀝青和4. 5% PE + 4%膠粉改性瀝青膠粉的加入增加了瀝青的低溫延度,其原因進(jìn)行薄膜烘箱實(shí)驗,對比兩者各方面性能的變化.為在低溫條件下,基質(zhì)瀝青中分子流動(dòng)性下降,分子間距離縮短,分子間作用力增加,脆性增加,當2實(shí)驗結果與分析改性瀝青處于拉伸狀態(tài)時(shí),起到應力集中作用的2.1PE摻量對瀝青高低溫性的影響膠粉顆粒容易引起大量銀紋和剪切帶,這些銀紋PE摻量對瀝青高溫性的影響:通過(guò)改性瀝青或剪切帶往往終止于另一膠粉顆粒,同時(shí)銀紋和的軟化點(diǎn)實(shí)驗得圖1,PE和PE膠粉復合改性瀝銀紋相遇時(shí),會(huì )使銀紋轉向或支化,這些過(guò)程大大青的軟化點(diǎn)在聚乙烯摻量為0~6%隨著(zhù)PE的摻延緩了材料的破壞作用.另外,由于低溫下瀝青模量增大而增加，但是PE改性瀝青的軟化點(diǎn)比PE量大于膠粉模量,當銀紋轉化為裂縫時(shí),界面處存膠粉復合改性瀝青的軟化點(diǎn)高.在膠粉顆粒,它跨越裂縫兩岸阻礙了裂縫的進(jìn)一當PE在機械作用下分散于瀝青中時(shí), PE中步擴大，同時(shí)還吸收了斷裂時(shí)剩余的能量,所以.晶態(tài)轉為非晶態(tài),為了降低表面能會(huì )吸附瀝青中PE膠粉復合改性瀝青的低溫性能比PE改性瀝的部分飽和分,并在這些輕質(zhì)組分作用下發(fā)生溶青優(yōu)越.脹,通過(guò)吸附和溶脹,使瀝青的聚集態(tài)結構組成由2.2 PE和瀝青的相容性溶膠型、溶膠凝膠型向凝膠型結構轉化,大大改變各不同配方PE改性瀝青相容性效果如表1,瀝青的粘彈性質(zhì),導致軟化點(diǎn)增高,改善了瀝青的各試樣所對應的顯微透光實(shí)驗圖片如圖3所示.高溫性能.PE膠粉復合改性瀝青由于膠粉的加入表1 PE 改性瀝青離析實(shí)驗部分改變了瀝青的連續網(wǎng)狀結構使瀝青向溶膠型編號配離析試驗現象轉化,所以黏度降低,軟化點(diǎn)增幅較小.基質(zhì)瀝青無(wú)團秦現象b 1.S%E改性?xún)汕?「-←PEc 4.5%PE 改性舞青厚的全面結皮e 70十PE+4%膠粉d 4.5%陀改性酒青 +相容劑邊緣有輕微結皮(較厚)4.5%PE+4%膠粉改性面青薄的全面結皮4.5%PE+4%膠粉改性瀝青+相容劑邊緣有輕微結皮(較薄)柳s0由表1可知,基質(zhì)瀝青和PE含量為1.5%的40w(PE)/%6g改性瀝青經(jīng)過(guò)離析實(shí)驗后,表面無(wú)團聚現象,從圖圖1軟化點(diǎn)溫度和改性劑摻量關(guān)系片上看, (a)圖中無(wú)任何不容物, (b)圖中的少量PE在瀝青中分散均勻,這是由于(a)圖試樣沒(méi)有2[+.PE引入聚合物，不存在相容性問(wèn)題,而(b)圖試樣中0一PE+4%膠粉的少量PE經(jīng)過(guò)機械攪拌后在瀝青中分散均勻，由于PE顆粒相距較遠,沒(méi)有發(fā)生團聚現象;離析.的。實(shí)驗中(c)圖試樣表面全部結皮,且較厚,這是因為PE和瀝青的溶解度參數相差較大，攪拌停止后,在表面張力的作用下PE顆粒發(fā)生團聚行為,最終浮于瀝青表面;加入相容劑的(d)圖試樣中圖2低溫(5C )延度和改性劑摻量關(guān)系PE分中國煤化工密，沒(méi)有發(fā)生大規PE摻量對瀝青低溫性的影響:由改性瀝青低模團TCTHCNMHG,使得PE顆粒表溫(5 C)延度實(shí)驗得圖2,隨著(zhù)PE摻量的增加，面發(fā)生」按餃義應，re秋科相wi青的溶解度參數PE改性瀝青低溫(5C)延度從7.3cm降到了差減小,表面張力減小,所以PE顆粒能夠較好地第23卷張巨松等:聚乙烯和聚乙烯膠粉復合改性瀝青的實(shí)驗269分散于瀝青中而不發(fā)生團聚行為,離析實(shí)驗中(d)較細且分散得均勻,離析試驗中(f)圖試樣只有邊圖試樣表面只有邊緣有輕微結皮也說(shuō)明了這個(gè)問(wèn)緣有輕微結皮,說(shuō)明了此試樣中PE和瀝青相容題;(e)圖試樣在離析試驗中有薄的全面結皮,其性很好.相容劑起著(zhù)改性PE顆粒表面的作用,使顯微照片顯示PE在瀝青中以團聚形式存在,這得PE顆粒與瀝青的溶解度參數差減小,以便很說(shuō)明了膠粉的加入一定程度上阻礙了PE凝膠結好地相容,另外,在膠粉的作用下PE顆粒在瀝青構的形成,使得PE不能發(fā)生大規模團聚,但是膠中分散得更穩定,不易形成團聚現象.所以,相容粉不能保證PE在瀝青中以細顆粒形式分散均劑和橡膠粉的復合使用更有利于PE在瀝青中的勻,與改性的目的相差較遠;(f)圖試樣中PE顆粒分散.(ab)(e(de)(f圖3改性瀝青 顯微透光試驗(400X )2.3 PE 摻量對瀝青韌性的影響青抗拉性能最差.PE的加入使瀝青的聚集態(tài)結構經(jīng)由瀝青的拉力實(shí)驗得圖4,4.5% PE改性由溶膠型向溶膠凝膠型的連續結構轉變,瀝青在拉瀝青最大拉力為34. 66 N,對應的伸長(cháng)量為26. 9伸狀態(tài)時(shí)PE分子呈單向有序狀態(tài)分布,由于PEcm;4. 5%PE + 4%膠粉復合改性瀝青的最大拉力大分子鏈的韌性使得瀝青試樣不容易斷裂,所以為19.38N,對應的伸長(cháng)量為16.74cm;基質(zhì)瀝青4.5% PE改性瀝青拉伸性能最好.最大拉力為7.3 N,對應的伸長(cháng)量為9. 49 cm.2.4抗老化性基質(zhì)瀝青經(jīng)過(guò)薄膜烘箱試驗后得圖2數據, 5C延度從9 cm下降到2.1 amn,針入度有所下降,而”去PE軟化點(diǎn)上升了大約2 C,質(zhì)量損失為0.368% ;PE膠20粉復合改性瀝青經(jīng)過(guò)薄膜烘箱實(shí)驗后,5C延度從5t4.8 cm下降到4.2 cm,針入度有所下降,而軟化點(diǎn)上o升了大約19.8 C,質(zhì)量損失為0.321%.020 3040比較兩者的5 C延度下降值,基質(zhì)瀝青下降1/em了6.9 cm,而改性瀝青下降了0.6 cm,雖然改性圖4改性瀝青韌性實(shí)驗瀝青初始延度值小于基質(zhì)瀝青,但是其最終延度三種瀝青材料的最大拉力F比較結果為:值要大于基質(zhì)瀝青,而其延度比又明顯高于基質(zhì)4.5%PE改性瀝青>4.5% PE + 4%膠粉改性瀝青瀝青雖外階性瀝者質(zhì)丹棉失小于基質(zhì)瀝青,說(shuō)>基質(zhì)瀝青.三種材料的F/L 值比較結果為:4.明瀝中國煤化工瀝青.這兩個(gè)重5%PE改性瀝青>4.5%PE+4%膠粉改性瀝青>要指;YHC N M H G改性瀝青的抗老基質(zhì)瀝青.比較結果發(fā)現4.5% PE改性瀝青的韌性化性能比基質(zhì)瀝青優(yōu)越.最優(yōu)越,4.5% PE + 4%膠粉改性瀝青次之，基質(zhì)瀝沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第23卷表2瀝青試樣 薄膜烘箱實(shí)驗延度針入度軟化質(zhì)量損分類(lèi)延度/cm度/0. 1mm比/%比(25C)/%點(diǎn)/心失/%TFOT試驗前20.1/58.546.5基質(zhì)TFOT試驗后2.120. 1/58.523548.70.3684.829.561.PE+4%膠粉87.549.50.3214.24.6.81.6density polyethylene as bitumen modifier in asphalt3結論concrete mix[J]. Materials ltters, 2004(58):267 -71.(1)PE改性瀝青和PE膠粉復合改性瀝青的[4]王仕峰,查偉斌.LDPE改性瀝青的研究[J].中國高溫性能在最大PE摻量為6%的實(shí)驗范圍內隨塑料, 2001(3):51 -53. .著(zhù)PE摻量的增加而改善,而低溫性能則相反,但[5]原建安 . PE改性瀝青中幾個(gè)問(wèn)題的討論[J].西安公路交通大學(xué)學(xué)報，1999(1):13- 16.PE膠粉復合改性瀝青的低溫性能要優(yōu)于PE改[6]邱欣,張敏江，薛亮.香港地區透水瀝青路面路用性瀝青.性能研究[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，(2)PE通過(guò)與相容劑反應,能夠與瀝青更好2005(1):204 - 207.地相容;膠粉的加入使得PE在瀝青中更穩定.[7]駱光林, 方長(cháng)青.包裝廢PE改性瀝青的研究[J].包裝工程, 2005(2):31 - 32.(3)拉伸實(shí)驗表明:PE改性瀝青的韌性最好,[8] Giovanni Polacco, Stefano Berlincioni. Asphalt Modi-PE膠粉復合改性瀝青次之,而基質(zhì)瀝青最差.fication with diferent polyethylene - based polymers[J]. European Polymer Jourmal, 2005<(41):2831 -(4)PE膠粉復合改性瀝青的抗老化性?xún)?yōu)于基2844.質(zhì)瀝青.[9]許傳路, 王哲.改性聚乙烯對瀝青影響分析與探討[J].石油瀝青, 2006(1):65- 69.參考文獻:[10]高光濤, 朱玉堂.儲存穩定的LDPE/SBS共混物改[1]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京:人.性瀝青的制備[J].公路交通科技, 2002(6):28 -1.民交通出版社, 2001.[2]鄭長(cháng)江,李鐵虎. 路用改性瀝青材料的路用性能[11] Stastna J, Zanzotto L. Viscosity function in polymer -[].材料導報，2004(2):59 - 60.modified asphalts[J]. Journal of Colloid and interfaceScience 2003(259) :200- 207.[3] Sinan Hinslioglu, Emine Agar. Use of waste highThe Study on Performance of Asphalt Modified with Polyethyleneand Rubber PowderZHANG Jusong', WANG Wenjun 1 , ZHAO Hongwei, WANG Hong2(1. School of Material Science and Engineering, Shenyang Jianzhu University, Shenyang 110168, China;2.Architectural Comnit-tee of shengang, shengang 110164, China)Abstract: The paper researches into the performance of toughness and consistency and anti-aging. For thesake of preventing reuniting of polyethylene, the polyethylene is dispersed with rapid cutting and the admix-ture is added, which can graft into polyethylene in milling process. Compare the toughness and anti- agingperformance of crude asphalt and modified asphalt by pull-strength and TFOT experiment. The toughnessand anti-aging performance of the polyethylene is improved after being modified by physical and chemicalmethod. The admixture plays an important role in milling pol中國煤化工ries of anhyridecan improve the consistency between asphalt and polyethylenne. In comparisonwith the crude asphalt, the toughness and anti-aging performMYHc N M H Groved evidently.Key words: polyethylene; modified asphalt;consistency; toughness; anti- aging