廢舊塑料與瀝青混合料改性劑

目錄第一章緒論...............................................................................................................................11.111.1.1廢舊塑料........................................................................................................................21.1.1.1廢舊塑料的種類................................................................................................21.1.1.2廢舊塑料的回收再生........................................................................................21.1.2改性瀝青混合料的研究、應(yīng)用現(xiàn)狀............................................................................31.1.2.1單純的瀝青改性研究、應(yīng)用現(xiàn)狀....................................................................41.1.2.2外摻改性劑改性瀝青混合料的研究、應(yīng)用現(xiàn)狀............................................41.2問(wèn)題的提出.................................................................................................................................61.3研究的主要內(nèi)容和方法............................................................................................................71.3.1研究的主要內(nèi)容............................................................................................................71.3.2研究的方法:..................................................................................................................7第一章緒論1.1概述隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)， 我國(guó)的交通運(yùn)輸事業(yè)也在蓬勃發(fā)展， 截止目前為止高速公路的里程數(shù)達(dá)到了世界第二6.5萬(wàn)公里。其中瀝青路面以其連續(xù)性好、平整舒適、噪音低、便于養(yǎng)護(hù)等優(yōu)點(diǎn)在高速公路中得到了廣泛應(yīng)用。但是近些年來(lái)，隨著道路交通量的不斷增大，特別是重型車輛的增多和高壓輪胎的使用、 交通流的渠化及惡劣的氣候條件， 瀝青路面出現(xiàn)了各種病害，路面往往達(dá)不到設(shè)計(jì)年限就要進(jìn)行翻修。 因此對(duì)于如何有效增強(qiáng)瀝青路面抗病害能力、提高瀝青路面服務(wù)壽命和水平、 降低瀝青路面大修的養(yǎng)護(hù)成本， 公路研究者進(jìn)行了大量的研究，研究主要集中于對(duì)瀝青混合料的改性上，取得了一些重大進(jìn)展。另外一方面，據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)所示 ,我國(guó)2004年塑料制品年產(chǎn)量達(dá)到 1846.61萬(wàn)t,且仍以每年接近 10%的速度遞增,每年產(chǎn)生大量的廢塑料難以得到有效處理，以前通常采用填埋或焚燒方法處理，不僅造成了二次污染又造成了資源浪費(fèi)。 本文總結(jié)了國(guó)內(nèi)外改性瀝青混合料的研究情況，提出了利用廢舊塑料改善瀝青混合料路用性能的研究主題， 希望以此方法來(lái)有效利用廢舊塑料和提高瀝青混合料路用性能，實(shí)現(xiàn)保護(hù)生態(tài)環(huán)境和創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的目的。1.1.1 廢舊塑料塑料是一種具有塑性行為的材料，一般是以樹脂 (或在加工過(guò)程中用單體直接聚合 )為主要成分，以增塑劑、填充劑、潤(rùn)滑劑、著色劑等添加劑為輔助成分，并在一定的溫度和壓力下可塑制成型的材料。塑料具有質(zhì)輕、化學(xué)性穩(wěn)定、耐沖擊、耐磨、絕緣性好等優(yōu)異性能，使其在生活和生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用， 但同時(shí)也存在它自身的缺點(diǎn)例如耐熱性差、 熱膨脹率大、尺寸穩(wěn)定性差、耐低溫性差、易老化，而且所產(chǎn)生的廢舊塑料在自然環(huán)境中難以分解， 焚燒又易產(chǎn)生有毒氣體，污染環(huán)境，因此有必要對(duì)廢舊塑料進(jìn)行有效地回收利用。1.1.1.1 廢舊塑料的種類為了對(duì)廢舊塑料進(jìn)行合理有效地回收再生， 需要分清廢舊塑料的種類。 按照原塑料制品的受熱加工狀態(tài)可將廢舊塑料分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。熱塑性塑料 加熱到一定溫度可軟化甚至流動(dòng) （特別是加壓時(shí)易流動(dòng)） ，可塑制加工成一定的形狀，冷卻后變硬，再加熱可軟化。這種塑料中所包含的高分子聚合物屬于線型或支鏈型分子結(jié)構(gòu)。常見的熱塑性塑料有： 聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP ）、聚苯乙烯（PS）、丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ ABS）、聚四氟乙烯（ PTEF）。熱固性塑料 受熱或其他條件下能固化或具有不溶 （熔）特性的塑料。熱固性塑料第一次加熱時(shí)可以軟化流動(dòng)， 加熱到一定溫度， 產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)一交鏈固化而變硬， 這種變化是不可逆的，此后，再次加熱時(shí)， 已不能再變軟流動(dòng)了。熱固性塑料的樹脂固化前是線型或帶支鏈的，固化后分子鏈之間形成化學(xué)鍵， 成為三度的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不僅不能再熔觸， 在溶劑中也不能溶解。常見的熱固性塑料有：酚醛塑料、聚氨酯塑料、環(huán)氧塑料、不飽和聚酯塑料、鄰苯二甲酸二丙烯酯（ DAP）樹脂等。1.1.1.2 廢舊塑料的回收再生對(duì)于廢舊塑料的回收利用， 目前國(guó)內(nèi)外采用的方法大致可以分為兩大類： 物理再生技術(shù)和化學(xué)再生技術(shù)。①物理再生技術(shù)物理再生技術(shù)又可以兩類：一類是簡(jiǎn)單再生，是指將廢舊塑料進(jìn)行分類、清洗、破碎、造粒后作為新塑料的原料并按一定比例加入到新塑料中， 然后加工成制品。 通常這種技術(shù)可用來(lái)生產(chǎn)一些日雜用品，例如凳子、餐桌、路標(biāo)、柵欄、下水道的井蓋等；另一類是改性再生，就是通過(guò)機(jī)械共混和化學(xué)接枝技術(shù)對(duì)再生料進(jìn)行改性后再利用， 這種技術(shù)已廣泛應(yīng)用于新型建筑材料制備，制備工藝是將廢舊塑料（主要是聚氯乙烯、聚苯乙烯）與木屑、木粉進(jìn)行高溫混煉，并經(jīng)過(guò)高壓成型， 這種工藝所制的建筑材料具有良好的防潮、 防腐、隔音效果，可以在一定程度上替代水泥、木材一些常用建材。②化學(xué)再生技術(shù)：化學(xué)再生技術(shù)是將廢舊塑料經(jīng)過(guò)水解或醇解后制成單體或低分子量的多聚體， 或?qū)U舊塑料經(jīng)高溫裂解或加入催化劑裂解成化學(xué)制品及燃油。主要有以下幾種技術(shù)：油化技術(shù) 包括熱解法、熱變法。熱變法是加入某種催化還原劑， 將廢舊塑料向從石油中提煉塑料的催化過(guò)程逆轉(zhuǎn)， 得到燃油；熱解法通過(guò)高壓裂解爐將廢舊塑料的高分子化合物裂解成低分子化合物，再經(jīng)油汽分離塔使不同分子量的油、汽分別回收，以此獲得汽油、柴油、溶劑油等燃料。焦化技術(shù) 是采用煤與廢舊塑料共焦化， 是利用現(xiàn)有焦?fàn)t及焦油處理設(shè)備在生產(chǎn)合格焦的同時(shí)大規(guī)模高溫炭化處理廢舊塑料，并將廢舊塑料分解成焦炭、焦油和煤氣。液化技術(shù) 是通過(guò)煤和廢舊塑料共處理液化成液態(tài)燃料， 利用廢舊塑料中的氫， 降低煤液化的氫耗量，使廢舊塑料得以資源化利用， ，同時(shí)改善煤液化反應(yīng)的條件，降低粹化油的生產(chǎn)成本。燃料技術(shù) 是將廢舊塑料直接作為燃料進(jìn)行再生利用，一般用于高爐和水泥煅燒中。工藝是將廢舊塑料去雜后粉碎到小粒摻入煤粉一塊從風(fēng)口噴入即可， 提高了爐溫，降低了燃料成本。1.1.2 改性瀝青混合料的研究、應(yīng)用現(xiàn)狀由于現(xiàn)代交通的交通密度大、車輛軸載重、負(fù)荷作用間歇時(shí)間短，以及高速和渠化等特點(diǎn)，使得一些瀝青路面高溫出現(xiàn)車轍，低溫產(chǎn)生裂紋，抗滑性下降，使用年限不長(zhǎng)，出現(xiàn)坑槽、松散等水破壞以及局部龜裂等破壞現(xiàn)象。 為了進(jìn)一步提高瀝青混合料的路用性能， 必須對(duì)瀝青混合料加以改性， 以提高瀝青混合料的流變性能， 改善瀝青與集料的粘附性， 提高瀝青的耐久性。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)瀝青混合料的改性的研究可以按照改性方式的不同分為兩大類：一為單純地對(duì)瀝青的改性；二為通過(guò)外摻改性劑法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)瀝青混合料的改性。1.1.2.1 單純的瀝青改性研究、應(yīng)用現(xiàn)狀瀝青的改性是指在基本瀝青中摻入橡膠、樹脂、高分子聚合物、磨細(xì)的橡膠粉或其它填料等外摻劑（改性劑），或采用對(duì)瀝青輕度氧化加工等措施，使瀝青的性能得以改善，其目的歸根到底還是為了提高瀝青混合料的性能。對(duì)于瀝青改性方面的研究始于20世紀(jì)70年代世界石油危機(jī)之后，石油危機(jī)出現(xiàn)使得優(yōu)質(zhì)瀝青供不應(yīng)求，于是研究者們把目光投向了瀝青的改性技術(shù)。到目前為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)此方面的研究可以按照加入改性劑的不同分為以下幾類：橡膠類改性瀝青：橡膠類改性瀝青不僅是世界上最早出現(xiàn)并廣泛應(yīng)用的改性瀝青品種，也是我國(guó)較早得到研究和推廣的品種。目前使用最多的是丁苯橡膠（ SBR）和氯丁橡膠（ CR），還有天然橡膠（NR）。我國(guó)的重慶公路研究所所生產(chǎn)的丁苯橡膠（SBR）改性瀝青已成功應(yīng)用到各個(gè)省道和國(guó)道上。另外氯丁橡膠（CR）常摻入煤瀝青中使用，已成為煤瀝青的改性劑。2熱塑性橡膠類改性瀝青：改性劑主要是苯乙烯嵌段，如苯乙烯—丁二烯—苯乙烯（ SBS）、苯乙烯—異戊二烯—苯乙烯（SIS）、苯乙烯—聚乙烯 /丁基—聚乙烯（ SE/BS）等，尤其是 SBS具有良好的彈性（變形的自恢復(fù)及裂紋的自愈性） ，被廣泛地應(yīng)用到路面瀝青混合料中。3熱塑性樹脂類改性瀝青：如聚乙烯（PE），聚丙烯（PP）,聚氯乙烯（PVC），聚苯乙烯（PS）、乙烯—乙酸乙烯酯共聚物（EVA）等等，這一類的熱塑性樹脂的共同特點(diǎn)是加熱后軟化，冷卻后變硬。這種改性劑的最大特點(diǎn)是使瀝青混合料在常溫下粘度變大，從而使高溫穩(wěn)定性增加，缺點(diǎn)是不能提高瀝青混合料的彈性，且加熱后易離析，再次冷卻時(shí)產(chǎn)生眾多的彌散相。1.1.2.2 外摻改性劑改性瀝青混合料的研究、應(yīng)用現(xiàn)狀瀝青改性的最終目的是為了改善瀝青混合料的路用性能，而對(duì)于單純的瀝青改性方法來(lái)說(shuō)，面臨著改性設(shè)備開發(fā)與利用、加工模式的選擇、改性劑與瀝青的相容、離析處理、成品改性瀝青質(zhì)量保證以及價(jià)格偏高的問(wèn)題， 于是一種直接在集料混合料中通過(guò)外摻改性劑來(lái)提高混合料的路用性能的方法得到了發(fā)展。對(duì)此方面的研究主要可分為以下幾類：1外摻纖維法：纖維作為瀝青混合料的外摻劑， 其應(yīng)用最早可追溯至二十世紀(jì)中后期。 澳大利亞、加拿大等國(guó)家首先在瀝青混合料中添加纖維材料來(lái)對(duì)混合料進(jìn)行改性， 隨后許多歐美國(guó)家興起了纖維加強(qiáng)瀝青路面技術(shù)的研究高潮。 在美國(guó)、加拿大、澳大利亞、德國(guó)、比利時(shí)、奧地利、日本等國(guó)，許多工程中都采用纖維做外摻劑鋪筑瀝青路面。國(guó)內(nèi)自 1998年以來(lái)，外摻纖維瀝青混凝土先后在我國(guó)四川、河南、新疆、寧夏、山東、江蘇、河北和內(nèi)蒙等地的路面工程中得到了應(yīng)用，且使用效果良好。外摻廢舊橡膠粉通過(guò)外摻廢舊橡膠粉對(duì)瀝青混合料進(jìn)行改性的技術(shù)最早可追溯到 20世紀(jì)60年代。當(dāng)時(shí)，瑞典兩個(gè)公司開發(fā)了一種通過(guò)在瀝青混合料中摻加橡膠粉而進(jìn)行改性的干法表面層混合料工藝，并命其產(chǎn)品名稱為 RUBITTM。到90年代后，美國(guó)政府迫于廢舊輪胎對(duì)環(huán)境的壓力，通過(guò) ISTEA 法案，極大地促進(jìn)了廢舊橡膠粉對(duì)瀝青混合料進(jìn)行改性的利用，至此廢舊橡膠粉改性瀝青混合料進(jìn)入了新的階段。 國(guó)內(nèi)對(duì)外摻廢舊橡膠粉用于瀝青混合料改性的研究主要是西部交通科技項(xiàng)目“廢舊橡膠粉用于筑路的技術(shù)研究” ，之后交通部公路科學(xué)研究所曾蔚研究了廢舊橡膠粉瀝青混合料的低溫性能， 曹衛(wèi)東、呂偉明等人研究了橡膠粉瀝青混合料的設(shè)計(jì)和性能。外摻專業(yè)改性劑主要產(chǎn)品有法國(guó)的 PLAST.S抗車轍改性顆粒，十幾年來(lái)該產(chǎn)品已在法國(guó)、德國(guó)、意大利、土耳其等國(guó)家大量應(yīng)用。 PLAST.S的抗車轍能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)有的瀝青改性技術(shù)，其主要優(yōu)勢(shì)在于 :明顯提高瀝青混合料的抗車轍能力、明顯改善瀝青混合料的抗疲勞性能、改善瀝青混合料低溫抗裂性和水穩(wěn)性、 對(duì)瀝青無(wú)相容性要求、 操作工藝簡(jiǎn)單、不需添加瀝青改性設(shè)備、常溫下可以長(zhǎng)期庫(kù)存。國(guó)內(nèi)對(duì)專業(yè)改性劑也大力開發(fā)， 2006年，深圳海川公司博士后工作站與歐洲道路試驗(yàn)室合作共同開發(fā)了 RadSpunrie車轍王抗車轍劑，并在國(guó)內(nèi)鋪筑了多條試驗(yàn)路，使用效果良好。除此之外，還有主要有殼牌 SEAM、德國(guó)的DUROFLEX、。4外摻廢舊塑料：廢舊塑料對(duì)瀝青混合料進(jìn)行改性的研究最早可追溯到 20世紀(jì)80年代中后期。起初，人們?yōu)榱私鉀Q廢舊塑料對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題， 嘗試將廢舊塑料替代部分礦料加入到瀝青混合料中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)廢舊塑料對(duì)瀝青混合料高溫性能有改善作用。 在此基礎(chǔ)上一種新的瀝青混合料外摻改性劑 STARFLEX?由此產(chǎn)生。1993年，美國(guó)的 Bayomy對(duì)低密度聚乙烯在瀝青混合料中的改性效果進(jìn)行了研究， 結(jié)果表明：低密度聚乙烯對(duì)瀝青混合料的高溫和疲勞性能有改善作用。在國(guó)內(nèi)，對(duì)外摻廢舊塑料改善瀝青混合料性能的研究較少，還未形成系統(tǒng)，并且產(chǎn)品還未得到廣泛的應(yīng)用。其他除此之外，我國(guó)還對(duì)硅藻土、廢舊玻璃等用于瀝青混合料的改性進(jìn)行了研究，特別是硅藻土。然而大部分實(shí)際應(yīng)用仍集中在硅藻土改性瀝青范圍，混合料應(yīng)用較少。1.2問(wèn)題的提出為了提高瀝青混合料的路用性能以及充分利用廢舊塑料資源，我們提出了使用廢舊塑料來(lái)對(duì)瀝青混合料進(jìn)行改性這一問(wèn)題。相對(duì)于其他瀝青混合料的改性方法，廢舊塑料改性方法具有其獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)。第一， 廢舊塑料來(lái)源廣泛，數(shù)量巨多，且價(jià)格便宜，若能充分利用，即能創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。第二， 廢舊塑料改性瀝青混合料相對(duì)單一塑料改性瀝青混合料，省去了塑料的分選問(wèn)題，工藝操作簡(jiǎn)單。第三， 據(jù)國(guó)內(nèi)外研究，廢舊塑料中的有效成分可以提高瀝青的軟化點(diǎn) ,改善瀝青的低溫柔韌性，降低針入度,使瀝青具有較好的溫度穩(wěn)定性，進(jìn)而使瀝青混合料具有良好的路用性能。另外針對(duì)廢舊塑料如何具體改性瀝青混合料這一問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)相關(guān)試驗(yàn)并提出了以下幾點(diǎn)問(wèn)題：①?gòu)U舊塑料如何加工問(wèn)題