湿法胶粉表面修饰及其应用研究
发布时间：2021-08-14 15:49
汽车工业的快速发展使得汽车用量急剧增加,由此产生的大量废旧轮胎造成的环境污染以及资源浪费问题备受关注,因此对废旧轮胎的回收利用变得愈加重要,利用废旧轮胎生产湿法胶粉是一种集环保与资源再利用于一体的绿色高效的利用方式。将湿法胶粉应用于其他基体材料,通过对胶粉进行表面修饰,改性胶粉提高两者的界面结合力得到性能优良的复合材料具有一定的实际应用和经济价值。本研究首先对胶粉以及沥青的理化性质进行了表征分析。扫描电子显微镜（SEM）表明湿法胶粉的表面粗糙度高于干法胶粉。湿法80目胶粉含有部分碳碳双键,为胶粉修饰提供了可行性。沥青中存在大量的疏水的烷基链段,还存在亲水的羟基（-OH）。其次,用硫酸活化湿法胶粉,再利用偶联剂氯丙基三乙氧基硅烷（CTS）将2-巯基苯并噻唑（促进剂M）接枝到胶粉表面,得到促进剂M修饰的具有硫化促进作用的胶粉,将其用于丁苯橡胶共混改性。对未改性胶粉（GTR）、硫酸活化胶粉（S-GTR）、偶联剂处理胶粉（C-GTR）和促进剂M修饰的胶粉（M-GTR）进行表征测试,傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、热重分析仪（TG）和水接触角证明促进剂M接枝到胶粉表面,且...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
橡胶和沥青混合料的结构[77]
第一章绪论13由于胶粉网络的形成，会变成由胶粉与沥青基体构成的连续的两相网络结构，胶粉与沥青的结合主要以物理溶胀为主，还有一些化学反应而产生的化学结合，且随着时间的延长，化学反应更加明显，体系中同时出现了3种机理，分别为填料网络、化学结合与物理共混溶胀。崔亚楠等[85]利用红外光谱、热重、扫描电镜和动态剪切分析的方法，在宏观层面研究了改性沥青的综合性能，并探讨了改性沥青受到胶粉结构的影响，分析了二者间的作用机理。结果表明：废胶粉与沥青能够较为均匀地混合，既有物理共混又有化学反应，胶粉颗粒的表面网状结构可很好地吸附沥青，体系中同时存在物理化学结合以及胶粉填料网络，形成稳定的整体，具有良好的相容性，使沥青黏度增大，感温性降低。1.8两亲性化合物概述两亲性化合物既具有疏水的非极性结构，又具有亲水的极性结构，兼具疏水以及亲水的性质，能够提升胶粉以及沥青的相容性，改善胶粉与沥青的界面相互作用，进而改善橡胶沥青的综合性能。常见的两亲性化合物有以下三种：环糊精、季铵盐以及脂肽类化合物。1.8.1环糊精环糊精是直链淀粉在由芽孢杆菌产生的转移酶的影响下形成的一类低聚糖，一般D-吡喃葡萄糖的数量在6到12个之间。学界较为重视葡萄糖单元数量为6到8个的分子，对此类分子进行了大量的研究，对应的环糊精具体为alpha-、beta-与gama-环糊精。图1-2环糊精的结构图[87]Fig.1-2MolecularStructureofCyclodextrin[87]
华南理工大学硕士学位论文38由表3-3可知，对于S-GTR，表面的氧元素以及硫元素含量升高，是由于表面的磺酸基团的接入，这与红外的分析是一致的，而对于C-GTR，氯元素出现在胶粉表面，是由于含氯的偶联剂的接入，对于M-GTR，氯元素含量下降，说明氯原子被反应，并且胶粉表面新增了氮元素，这是由于含氮的促进剂M的接入，通过对改性胶粉表面元素的分析，说明胶粉的改性修饰是成功的。3.3.1.4促进剂M修饰胶粉的水接触角分析对未改性胶粉、硫酸活化处理胶粉、偶联剂处理胶粉以及促进剂M改性胶粉测试水触角，分析改性胶粉的极性变化，测试结果如图3-4所示，数据列于表3-4。a）b）c）d）图3-4胶粉的水接触角（a）GTR，（b）S-GTR，（c）C-GTR，（d）M-GTRFig.3-4WaterContactAngelsof(a)GTR,(b)S-GTR,(c)C-GTRand(d)M-GTR表3-4GTR，S-GTR，C-GTR和M-GTR的水接触角Table3-4WaterContactAngelsofGTR,S-GTR,C-GTRandM-GTR样品GTRS-GTRC-GTRM-GTR接触角（°）116.053.4141.0147.2未改性胶粉的水接触角为116°，是由于胶粉的主要成分为疏水的非极性分子链。硫酸处理的胶粉水接触角为53.4°，是由于表面的亲水的磺酸基团。偶联剂改性的胶粉水接触角增大为141.0°，是由于偶联剂上疏水成分的接入，而促进剂修饰胶粉的水接触角进一步增大为147.2°，是由于促进剂M里疏水的非极性成分较多，水接触角实验佐证了促进剂M接枝到了胶粉表面。3.3.1.5促进剂M修饰胶粉中促进剂M的接枝率对促进剂M、偶联剂处理胶粉和促进剂M修饰胶粉进行热重测试，分析改性前后胶粉热稳定性的变化以及计算促进剂M的接枝率，热重曲线如图3-5所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]废轮胎资源化利用现状及发展趋势[J]. 张兴. 山东化工. 2019(14)
[2]湿法和干法SBS改性沥青混合料对比研究[J]. 付超,周雄,吴林生. 公路工程. 2018(06)
[3]低温等离子体活化胶粉改性沥青的性能[J]. 尤凤兵,田永静,沈菊男,成雪君. 环境工程学报. 2017(02)
[4]废旧橡胶现状及回收利用技术[J]. 姜军. 橡塑资源利用. 2016(01)
[5]尼龙纤维增强纺织废胶吸声复合材料的性能[J]. 姜生. 复合材料学报. 2015(06)
[6]我国废旧橡胶综合利用现状及发展[J]. 钱伯章. 橡塑资源利用. 2014(01)
[7]The Mechanism of Asphalt Modification by Crumb Rubber[J]. Zhang Xiaoying,Xu Chuanjie. China Petroleum Processing & Petrochemical Technology. 2012(03)
[8]废胶粉的表面处理及在天然橡胶中的应用[J]. 丁国新,程国君,杨小龙,逯全县. 材料科学与工程学报. 2011(06)
[9]废胶粉改性沥青改性机理[J]. 崔亚楠,邢永明,王岚,张淑艳. 建筑材料学报. 2011(05)
[10]废旧天然胶胶粉应用研究[J]. 杨静,吴兵,章于川. 再生资源与循环经济. 2011(09)
硕士论文
[1]旧轮胎橡胶粉再生橡胶力学性能的研究[D]. 周妮.苏州科技大学 2017
[2]胶粉改性及其在橡胶中的应用研究[D]. 张欣.华南理工大学 2015
[3]废胶粉与有机小分子杂化阻尼垫的制备和改性[D]. 朱文宏.南昌航空大学 2012
本文编号：3342744
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
橡胶和沥青混合料的结构[77]
第一章绪论13由于胶粉网络的形成，会变成由胶粉与沥青基体构成的连续的两相网络结构，胶粉与沥青的结合主要以物理溶胀为主，还有一些化学反应而产生的化学结合，且随着时间的延长，化学反应更加明显，体系中同时出现了3种机理，分别为填料网络、化学结合与物理共混溶胀。崔亚楠等[85]利用红外光谱、热重、扫描电镜和动态剪切分析的方法，在宏观层面研究了改性沥青的综合性能，并探讨了改性沥青受到胶粉结构的影响，分析了二者间的作用机理。结果表明：废胶粉与沥青能够较为均匀地混合，既有物理共混又有化学反应，胶粉颗粒的表面网状结构可很好地吸附沥青，体系中同时存在物理化学结合以及胶粉填料网络，形成稳定的整体，具有良好的相容性，使沥青黏度增大，感温性降低。1.8两亲性化合物概述两亲性化合物既具有疏水的非极性结构，又具有亲水的极性结构，兼具疏水以及亲水的性质，能够提升胶粉以及沥青的相容性，改善胶粉与沥青的界面相互作用，进而改善橡胶沥青的综合性能。常见的两亲性化合物有以下三种：环糊精、季铵盐以及脂肽类化合物。1.8.1环糊精环糊精是直链淀粉在由芽孢杆菌产生的转移酶的影响下形成的一类低聚糖，一般D-吡喃葡萄糖的数量在6到12个之间。学界较为重视葡萄糖单元数量为6到8个的分子，对此类分子进行了大量的研究，对应的环糊精具体为alpha-、beta-与gama-环糊精。图1-2环糊精的结构图[87]Fig.1-2MolecularStructureofCyclodextrin[87]
华南理工大学硕士学位论文38由表3-3可知，对于S-GTR，表面的氧元素以及硫元素含量升高，是由于表面的磺酸基团的接入，这与红外的分析是一致的，而对于C-GTR，氯元素出现在胶粉表面，是由于含氯的偶联剂的接入，对于M-GTR，氯元素含量下降，说明氯原子被反应，并且胶粉表面新增了氮元素，这是由于含氮的促进剂M的接入，通过对改性胶粉表面元素的分析，说明胶粉的改性修饰是成功的。3.3.1.4促进剂M修饰胶粉的水接触角分析对未改性胶粉、硫酸活化处理胶粉、偶联剂处理胶粉以及促进剂M改性胶粉测试水触角，分析改性胶粉的极性变化，测试结果如图3-4所示，数据列于表3-4。a）b）c）d）图3-4胶粉的水接触角（a）GTR，（b）S-GTR，（c）C-GTR，（d）M-GTRFig.3-4WaterContactAngelsof(a)GTR,(b)S-GTR,(c)C-GTRand(d)M-GTR表3-4GTR，S-GTR，C-GTR和M-GTR的水接触角Table3-4WaterContactAngelsofGTR,S-GTR,C-GTRandM-GTR样品GTRS-GTRC-GTRM-GTR接触角（°）116.053.4141.0147.2未改性胶粉的水接触角为116°，是由于胶粉的主要成分为疏水的非极性分子链。硫酸处理的胶粉水接触角为53.4°，是由于表面的亲水的磺酸基团。偶联剂改性的胶粉水接触角增大为141.0°，是由于偶联剂上疏水成分的接入，而促进剂修饰胶粉的水接触角进一步增大为147.2°，是由于促进剂M里疏水的非极性成分较多，水接触角实验佐证了促进剂M接枝到了胶粉表面。3.3.1.5促进剂M修饰胶粉中促进剂M的接枝率对促进剂M、偶联剂处理胶粉和促进剂M修饰胶粉进行热重测试，分析改性前后胶粉热稳定性的变化以及计算促进剂M的接枝率，热重曲线如图3-5所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]废轮胎资源化利用现状及发展趋势[J]. 张兴. 山东化工. 2019(14)
[2]湿法和干法SBS改性沥青混合料对比研究[J]. 付超,周雄,吴林生. 公路工程. 2018(06)
[3]低温等离子体活化胶粉改性沥青的性能[J]. 尤凤兵,田永静,沈菊男,成雪君. 环境工程学报. 2017(02)
[4]废旧橡胶现状及回收利用技术[J]. 姜军. 橡塑资源利用. 2016(01)
[5]尼龙纤维增强纺织废胶吸声复合材料的性能[J]. 姜生. 复合材料学报. 2015(06)
[6]我国废旧橡胶综合利用现状及发展[J]. 钱伯章. 橡塑资源利用. 2014(01)
[7]The Mechanism of Asphalt Modification by Crumb Rubber[J]. Zhang Xiaoying,Xu Chuanjie. China Petroleum Processing & Petrochemical Technology. 2012(03)
[8]废胶粉的表面处理及在天然橡胶中的应用[J]. 丁国新,程国君,杨小龙,逯全县. 材料科学与工程学报. 2011(06)
[9]废胶粉改性沥青改性机理[J]. 崔亚楠,邢永明,王岚,张淑艳. 建筑材料学报. 2011(05)
[10]废旧天然胶胶粉应用研究[J]. 杨静,吴兵,章于川. 再生资源与循环经济. 2011(09)
硕士论文
[1]旧轮胎橡胶粉再生橡胶力学性能的研究[D]. 周妮.苏州科技大学 2017
[2]胶粉改性及其在橡胶中的应用研究[D]. 张欣.华南理工大学 2015
[3]废胶粉与有机小分子杂化阻尼垫的制备和改性[D]. 朱文宏.南昌航空大学 2012
本文编号：3342744
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