【摘要】：熱塑性聚合物在商品包裝中扮演著重要的角色,但這些材料一旦失去原有功能便作為廢料丟棄,既造成了環(huán)境污染,也造成巨大的資源浪費(fèi),因此有效解決環(huán)境問題,研究開發(fā)熱塑性包裝廢棄聚合物高價(jià)值再利用技術(shù)刻不容緩。另一方面,我國(guó)對(duì)高性能瀝青材料的需求已促使我國(guó)成為世界上改性瀝青的消費(fèi)大國(guó)�？旖莞咝У奈锪鹘煌ㄐ枨鬄楦咝阅芨男詾r青的應(yīng)用和研究提供了廣闊的發(fā)展空間。然而,激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)使得改性瀝青的研究多基于商業(yè)目的,主要對(duì)聚合物原材料改性瀝青在改性工藝及改性配比進(jìn)行相關(guān)開發(fā)與應(yīng)用研究,極少對(duì)瀝青改性的機(jī)理及組織結(jié)構(gòu)等微觀進(jìn)行研究,且尚無完全明確的定論。本課題以熱塑性包裝廢棄聚合物樹脂(WPE和WEVA)代替普通聚合物作為改性劑,對(duì)基質(zhì)石油瀝青進(jìn)行改性,首先從四組分組織結(jié)構(gòu)研究了改性瀝青相容性與瀝青性能的相關(guān)性,其次,采用廢棄低價(jià)的聚丙烯腈基碳纖維和氧化石墨烯從兩種技術(shù)層面增強(qiáng)改性瀝青組分的相容性,并從組織結(jié)構(gòu)變化研究改性瀝青相容性與熱穩(wěn)定性、老化性等性能的關(guān)聯(lián)性,微觀和宏觀相結(jié)合揭示熱塑性包裝廢棄聚合物瀝青改性機(jī)理,為廢棄聚合物的高價(jià)值利用和高性能改性瀝青的制備提供了理論基礎(chǔ)。對(duì)熱塑性包裝廢棄聚合物改性瀝青改性工藝研究發(fā)現(xiàn),WPE聚合物改性瀝青,WPE配比含量占瀝青總重量4%左右,改性溫度在170℃左右,剪切速率為3900轉(zhuǎn)/分,改性時(shí)間控制在60-100 min,所得改性瀝青綜合性能最優(yōu)。采用四組分與性能變化關(guān)聯(lián)性研究法對(duì)WPE改性瀝青研究發(fā)現(xiàn),WPE瀝青改性屬于物理改性,隨著WPE含量的增加,WPE改性瀝青四組分中瀝青質(zhì)和膠質(zhì)的含量增加,飽和分含量減少,芳香分含量基本保持不變,WPE與改性瀝青的輕質(zhì)組分芳香分和飽和分具有較好相容性,而與瀝青質(zhì)和膠質(zhì)相容性較差。瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量與改性瀝青高溫性成正比,對(duì)瀝青高溫性能具有決定作用。在改性瀝青“瀝青質(zhì)膠團(tuán)”和“聚合物膠團(tuán)”作用模型中,芳香分和飽和分為膠團(tuán)的良性溶劑,對(duì)瀝青體系相容性起決定作用。采用PAN基碳纖維可增強(qiáng)WPE聚合物復(fù)合改性瀝青相容性,碳纖維表層不均勻的層狀和表面粗糙化處理的極性基團(tuán)使得碳纖維與WPE具有良好的吸附性,形成的類荊棘吸附模型增強(qiáng)了 WPE聚合物對(duì)改性瀝青輕質(zhì)組分的吸附和溶脹,改善了瀝青相容性。瀝青相容性改善了熱穩(wěn)定性和抗老化性,隨碳纖維含量的增加,WPE和碳纖維復(fù)合改性瀝青的熱分解溫度逐漸上升,在相同溫度下的熱損失逐漸減少,改性瀝青的高溫性和抗變形能力得到改善。采用熔融共擠和溶解絮凝兩種改性劑制備工藝制得復(fù)合改性瀝青的熱穩(wěn)定性相對(duì)較好,其中,熔融共擠改性劑改性所得復(fù)合改性瀝青的性能最優(yōu)。碳纖維和WPE復(fù)合改性瀝青中,碳纖維通過提高相容性減少瀝青體系平衡的破壞,減輕了輕質(zhì)組分氧化對(duì)改性瀝青性能的影響,改善瀝青抗老化性。老化瀝青的熱分解溫度隨著碳纖維含量的增加上升,但碳纖維含量0.12%的復(fù)合改性瀝青老化后熱分解溫度低,碳纖維含量不宜超過0.1%,過量的碳纖維將發(fā)生自身團(tuán)聚,從而影響到瀝青體系平衡,降低抗老化性能。采用氧化石墨烯增強(qiáng)WEVA復(fù)合改性瀝青相容性,氧化石墨烯以納米級(jí)粒子分散于微米級(jí)熱塑性WEVA中,降低了氧化石墨烯和WEVA彼此間的表面自由能,抑制了WEVA的團(tuán)聚,阻止了 WEVA的上浮分層,提高了改性瀝青相容性,改善了瀝青的綜合性能。氧化石墨烯和WEVA復(fù)合改性瀝青中的氧化石墨烯含量控制在0.08%-0.1%左右為宜,過量的氧化石墨烯不僅增加瀝青改性的工藝復(fù)雜性,同時(shí)對(duì)改性瀝青的高低溫性能也會(huì)發(fā)生影響。分散在瀝青中的氧化石墨烯本身與瀝青溶解度差別很大,在高溫儲(chǔ)存狀態(tài)下并不能形成長(zhǎng)期穩(wěn)定的瀝青分散體系。本課題在大量實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上,從微觀組織結(jié)構(gòu)變化研究了熱塑性包裝廢棄聚合物瀝青改性及其改性機(jī)理,熱塑性包裝廢棄聚合物及其與碳纖維和氧化石墨烯的復(fù)合改性瀝青均屬于物理改性。熱塑性聚合物顆粒的分散和溶脹及其空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成是提高瀝青相容性進(jìn)而改善瀝青綜合性能的關(guān)鍵。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U414

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本文編號(hào)：2253620