TOR對(duì)橡膠瀝青抗老化性能的影響

穆建青

（山西交控科技轉(zhuǎn)化有限公司，山西太原 030006）

0 引言

隨著中國(guó)汽車保有量的提升，廢舊輪胎的產(chǎn)生量越來(lái)越大。廢舊輪胎作為一種大宗性的固廢，目前其主要用于生產(chǎn)再生膠、焚燒，但是絕大多數(shù)仍然沒(méi)有有效的處置辦法[1-2]。而交通行業(yè)每年瀝青用量巨大，若能將廢舊輪胎膠粉部分替代瀝青用于交通行業(yè)，可以化解廢舊輪胎產(chǎn)生的黑色污染，同時(shí)能夠提升瀝青路面的使用性能，節(jié)約建設(shè)成本，可謂一舉多得[3-5]。目前關(guān)于橡膠瀝青的研究很多集中于提升橡膠瀝青的性能，提高橡膠瀝青摻量以及降低橡膠瀝青拌合溫度等方面[6-7]。在工程應(yīng)用中，多采取廢舊膠粉與聚合物復(fù)合改性瀝青的方法提升橡膠瀝青的綜合性能。

根據(jù)《路用廢胎膠粉橡膠瀝青》（JT∕T 798—2019）中關(guān)于橡膠瀝青的要求可知，橡膠瀝青的老化性能不作為橡膠瀝青行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求[8]。這是由于橡膠瀝青老化性能衰減嚴(yán)重，目前沒(méi)有一個(gè)好的處置方式，而且不同類型的廢舊膠粉和工藝所制備的橡膠瀝青其老化性能差異較大，故未作統(tǒng)一要求。但是橡膠瀝青存儲(chǔ)和運(yùn)輸過(guò)程均處于高溫狀態(tài)，不可避免地出現(xiàn)老化和性能衰減的問(wèn)題[9]。因此，研究橡膠瀝青抗老化機(jī)制和提出改善橡膠瀝青抗老化性能的方法有著現(xiàn)實(shí)意義。

本文引入TOR 橡膠連接劑，試圖通過(guò)TOR 在高溫下與廢舊膠粉顆粒發(fā)生交聯(lián)，進(jìn)而提升橡膠瀝青的穩(wěn)定性和抗老化性能，同時(shí)分析了TOR 的引入對(duì)橡膠瀝青其他性能的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料及儀器

克拉瑪依70 號(hào)瀝青，性能指標(biāo)見表1。膠粉選用安泰橡膠有限公司30 目廢膠粉，該膠粉主要來(lái)源于廢舊子午胎。維他連接劑（TOR），德國(guó)Degussa 公司。

表1 克拉瑪依70號(hào)瀝青性能指標(biāo)

1.2 橡膠瀝青的制備

將70 號(hào)基質(zhì)瀝青在100 ℃烘箱中恒溫加熱5 h，然后稱取500 g 基質(zhì)瀝青置于改性容器中，將容器置于烘箱中，烘箱溫度調(diào)整至160 ℃，加熱速度10 ℃∕min，加熱至160 ℃后恒溫30 min。然后稱取廢舊膠粉（按照外摻法計(jì)算）。將預(yù)熱過(guò)的基質(zhì)瀝青置于加熱板上，調(diào)整加熱板溫度至190 ℃，使用機(jī)械攪拌，攪拌速度為500 rmp，當(dāng)基質(zhì)瀝青溫度升至190 ℃后，緩慢加入廢舊膠粉，當(dāng)廢舊膠粉加入后，測(cè)量瀝青溫度。當(dāng)瀝青溫度升至190 ℃時(shí)，加入一定量的TOR，繼續(xù)攪拌。保持在190 ℃攪拌2 h，完成后澆模測(cè)試。該試驗(yàn)考察了廢舊膠粉含量、TOR 含量，對(duì)橡膠瀝青抗老化性能的影響。其中老化試驗(yàn)采用RTFOT 的試驗(yàn)方法。

1.3 瀝青性能測(cè)試

橡膠瀝青的軟化點(diǎn)、25 ℃針入度、5 ℃延度、25 ℃彈性恢復(fù)和180 ℃旋轉(zhuǎn)黏度均按JTJ052∕T0604206 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

本文試驗(yàn)所用廢舊膠粉摻量（外摻）為20%、25%和30%，TOR 含量占廢舊膠粉質(zhì)量0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 不同膠粉含量對(duì)橡膠瀝青性能影響

不同膠粉含量老化前后性能的變化見圖1。

圖1 不同膠粉含量老化前后性能的變化

從圖1 可以看出，隨著膠粉含量的提升，軟化點(diǎn)、5 ℃延度、25 ℃彈性恢復(fù)和180 ℃黏度先增加后趨于穩(wěn)定，針入度先下降后趨于平穩(wěn)。主要是由于膠粉在瀝青改性過(guò)程中發(fā)生了降解反應(yīng)，隨著含量的提升，在改性過(guò)程中降解的膠粉量達(dá)到穩(wěn)定后，不再繼續(xù)降解，所以提升廢舊膠粉含量對(duì)橡膠瀝青性能的影響減弱。

橡膠瀝青老化后性能的衰減隨著膠粉含量的增加越發(fā)顯著，只有軟化點(diǎn)有所提升，但是隨著膠粉含量的提升，軟化點(diǎn)老化后提升幅度有所降低。老化性能變化的原因可能是由于廢舊膠粉在高溫下氧化老化比較明顯，尤其廢舊膠粉在高溫情況下，容易脫硫降解導(dǎo)致膠粉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)破裂，大量炭黑融入到瀝青中，使得橡膠瀝青的黏彈性有所衰減。此外，瀝青在RTFOT 老化試驗(yàn)中，瀝青中飽和分更容易氧化老化，導(dǎo)致瀝青流動(dòng)性降低。而廢舊膠粉改性瀝青，對(duì)廢舊膠粉起到溶解作用的主要是飽和分和芳香分，飽和分的氧化老化使得膠粉在瀝青中的溶脹受阻，難以充分溶脹。因此，隨著膠粉含量的增加，橡膠瀝青老化后性能衰減幅度增加，但是整體的性能依然隨著膠粉含量的增加而更優(yōu)。

從圖2 可以看出，當(dāng)膠粉含量維持在30%時(shí)，通過(guò)添加TOR 試圖提升橡膠瀝青性能的同時(shí)改善橡膠瀝青抗老化性能。

圖2 不同TOR含量老化前后性能的變化

通過(guò)圖2 發(fā)現(xiàn)，TOR 的加入對(duì)橡膠瀝青性能有一定提升，且隨著TOR 用量的提升，橡膠瀝青各項(xiàng)性能先增加后趨于平穩(wěn)。TOR 提升橡膠瀝青性能的原因是TOR 中含有不飽和雙鍵結(jié)構(gòu)，在高溫情況下可以使得不同膠粉之間形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在一定程度上緩解了橡膠瀝青高溫降解過(guò)度導(dǎo)致的性能衰減問(wèn)題。但是當(dāng)TOR 用量較大時(shí)，對(duì)橡膠瀝青性能的提升幅度降低，主要是因?yàn)門OR 能與膠粉發(fā)生反應(yīng)的位點(diǎn)取決于膠粉表面的活性，廢舊膠粉是通過(guò)物理破碎制備而成，表面的活性基團(tuán)較少，較多的TOR 并不能更充分地參與反應(yīng)，只起到填充作用，因此對(duì)橡膠瀝青性能的提升效果減弱。通過(guò)圖2 發(fā)現(xiàn)，TOR 對(duì)橡膠瀝青軟化點(diǎn)和彈性恢復(fù)提升尤為顯著，這也印證了TOR 在橡膠瀝青中起到了交聯(lián)的作用，進(jìn)而提升了橡膠瀝青的黏彈性和力學(xué)性能；對(duì)橡膠瀝青延展性和流動(dòng)性影響相對(duì)較小。而TOR 量的增加對(duì)橡膠瀝青抗老化性能的改善有顯著效果，其中最容易受老化影響的性能主要是橡膠瀝青的黏彈性和延展性能。通過(guò)添加TOR 后，橡膠瀝青的針入度、延度及彈性恢復(fù)衰減很小，而且隨著TOR 含量的提升抗老化性能有所提升，主要得益于TOR 中的雙鍵，可以一定程度上緩解廢舊膠粉過(guò)度降解和瀝青氧化老化，進(jìn)而使得橡膠瀝青的抗老化性能有了顯著提升。

3 結(jié)論

a）隨著膠粉含量的增加，橡膠瀝青的軟化點(diǎn)、5 ℃延度、25 ℃彈性恢復(fù)和180 ℃旋轉(zhuǎn)黏度均有所提升。

b）TOR 的加入極大地提升了橡膠瀝青的性能，且隨著TOR 含量的增加，橡膠瀝青性能提升越明顯，當(dāng)TOR 含量達(dá)到0.8%的時(shí)候?qū)ο鹉z瀝青性能的提升效果趨于平穩(wěn)。

c）TOR 的加入有效地提升了橡膠瀝青的抗老化性能，隨著TOR 含量的增加，抗老化性能顯著提升。