废旧塑料与沥青混合料改性剂

目录第一章绪论...............................................................................................................................11.111.1.1废旧塑料........................................................................................................................21.1.1.1废旧塑料的种类................................................................................................21.1.1.2废旧塑料的回收再生........................................................................................21.1.2改性沥青混合料的研究、应用现状............................................................................31.1.2.1单纯的沥青改性研究、应用现状....................................................................41.1.2.2外掺改性剂改性沥青混合料的研究、应用现状............................................41.2问题的提出.................................................................................................................................61.3研究的主要内容和方法............................................................................................................71.3.1研究的主要内容............................................................................................................71.3.2研究的方法:..................................................................................................................7第一章绪论1.1概述随着国民经济的增长， 我国的交通运输事业也在蓬勃发展， 截止目前为止高速公路的里程数达到了世界第二6.5万公里。其中沥青路面以其连续性好、平整舒适、噪音低、便于养护等优点在高速公路中得到了广泛应用。但是近些年来，随着道路交通量的不断增大，特别是重型车辆的增多和高压轮胎的使用、 交通流的渠化及恶劣的气候条件， 沥青路面出现了各种病害，路面往往达不到设计年限就要进行翻修。 因此对于如何有效增强沥青路面抗病害能力、提高沥青路面服务寿命和水平、 降低沥青路面大修的养护成本， 公路研究者进行了大量的研究，研究主要集中于对沥青混合料的改性上，取得了一些重大进展。另外一方面，据国家统计数据所示 ,我国2004年塑料制品年产量达到 1846.61万t,且仍以每年接近 10%的速度递增,每年产生大量的废塑料难以得到有效处理，以前通常采用填埋或焚烧方法处理，不仅造成了二次污染又造成了资源浪费。 本文总结了国内外改性沥青混合料的研究情况，提出了利用废旧塑料改善沥青混合料路用性能的研究主题， 希望以此方法来有效利用废旧塑料和提高沥青混合料路用性能，实现保护生态环境和创造经济效益的目的。1.1.1 废旧塑料塑料是一种具有塑性行为的材料，一般是以树脂 (或在加工过程中用单体直接聚合 )为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂、着色剂等添加剂为辅助成分，并在一定的温度和压力下可塑制成型的材料。塑料具有质轻、化学性稳定、耐冲击、耐磨、绝缘性好等优异性能，使其在生活和生产中得到广泛应用， 但同时也存在它自身的缺点例如耐热性差、 热膨胀率大、尺寸稳定性差、耐低温性差、易老化，而且所产生的废旧塑料在自然环境中难以分解， 焚烧又易产生有毒气体，污染环境，因此有必要对废旧塑料进行有效地回收利用。1.1.1.1 废旧塑料的种类为了对废旧塑料进行合理有效地回收再生， 需要分清废旧塑料的种类。 按照原塑料制品的受热加工状态可将废旧塑料分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。热塑性塑料 加热到一定温度可软化甚至流动 （特别是加压时易流动） ，可塑制加工成一定的形状，冷却后变硬，再加热可软化。这种塑料中所包含的高分子聚合物属于线型或支链型分子结构。常见的热塑性塑料有： 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）。热固性塑料 受热或其他条件下能固化或具有不溶 （熔）特性的塑料。热固性塑料第一次加热时可以软化流动， 加热到一定温度， 产生化学反应一交链固化而变硬， 这种变化是不可逆的，此后，再次加热时， 已不能再变软流动了。热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的，固化后分子链之间形成化学键， 成为三度的网状结构，不仅不能再熔触， 在溶剂中也不能溶解。常见的热固性塑料有：酚醛塑料、聚氨酯塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、邻苯二甲酸二丙烯酯（ DAP）树脂等。1.1.1.2 废旧塑料的回收再生对于废旧塑料的回收利用， 目前国内外采用的方法大致可以分为两大类： 物理再生技术和化学再生技术。①物理再生技术物理再生技术又可以两类：一类是简单再生，是指将废旧塑料进行分类、清洗、破碎、造粒后作为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。 通常这种技术可用来生产一些日杂用品，例如凳子、餐桌、路标、栅栏、下水道的井盖等；另一类是改性再生，就是通过机械共混和化学接枝技术对再生料进行改性后再利用， 这种技术已广泛应用于新型建筑材料制备，制备工艺是将废旧塑料（主要是聚氯乙烯、聚苯乙烯）与木屑、木粉进行高温混炼，并经过高压成型， 这种工艺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化学再生技术：化学再生技术是将废旧塑料经过水解或醇解后制成单体或低分子量的多聚体， 或将废旧塑料经高温裂解或加入催化剂裂解成化学制品及燃油。主要有以下几种技术：油化技术 包括热解法、热变法。热变法是加入某种催化还原剂， 将废旧塑料向从石油中提炼塑料的催化过程逆转， 得到燃油；热解法通过高压裂解炉将废旧塑料的高分子化合物裂解成低分子化合物，再经油汽分离塔使不同分子量的油、汽分别回收，以此获得汽油、柴油、溶剂油等燃料。焦化技术 是采用煤与废旧塑料共焦化， 是利用现有焦炉及焦油处理设备在生产合格焦的同时大规模高温炭化处理废旧塑料，并将废旧塑料分解成焦炭、焦油和煤气。液化技术 是通过煤和废旧塑料共处理液化成液态燃料， 利用废旧塑料中的氢， 降低煤液化的氢耗量，使废旧塑料得以资源化利用， ，同时改善煤液化反应的条件，降低粹化油的生产成本。燃料技术 是将废旧塑料直接作为燃料进行再生利用，一般用于高炉和水泥煅烧中。工艺是将废旧塑料去杂后粉碎到小粒掺入煤粉一块从风口喷入即可， 提高了炉温，降低了燃料成本。1.1.2 改性沥青混合料的研究、应用现状由于现代交通的交通密度大、车辆轴载重、负荷作用间歇时间短，以及高速和渠化等特点，使得一些沥青路面高温出现车辙，低温产生裂纹，抗滑性下降，使用年限不长，出现坑槽、松散等水破坏以及局部龟裂等破坏现象。 为了进一步提高沥青混合料的路用性能， 必须对沥青混合料加以改性， 以提高沥青混合料的流变性能， 改善沥青与集料的粘附性， 提高沥青的耐久性。目前国内外对沥青混合料的改性的研究可以按照改性方式的不同分为两大类：一为单纯地对沥青的改性；二为通过外掺改性剂法来实现对沥青混合料的改性。1.1.2.1 单纯的沥青改性研究、应用现状沥青的改性是指在基本沥青中掺入橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其它填料等外掺剂（改性剂），或采用对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青的性能得以改善，其目的归根到底还是为了提高沥青混合料的性能。对于沥青改性方面的研究始于20世纪70年代世界石油危机之后，石油危机出现使得优质沥青供不应求，于是研究者们把目光投向了沥青的改性技术。到目前为止，国内外对此方面的研究可以按照加入改性剂的不同分为以下几类：橡胶类改性沥青：橡胶类改性沥青不仅是世界上最早出现并广泛应用的改性沥青品种，也是我国较早得到研究和推广的品种。目前使用最多的是丁苯橡胶（ SBR）和氯丁橡胶（ CR），还有天然橡胶（NR）。我国的重庆公路研究所所生产的丁苯橡胶（SBR）改性沥青已成功应用到各个省道和国道上。另外氯丁橡胶（CR）常掺入煤沥青中使用，已成为煤沥青的改性剂。2热塑性橡胶类改性沥青：改性剂主要是苯乙烯嵌段，如苯乙烯—丁二烯—苯乙烯（ SBS）、苯乙烯—异戊二烯—苯乙烯（SIS）、苯乙烯—聚乙烯 /丁基—聚乙烯（ SE/BS）等，尤其是 SBS具有良好的弹性（变形的自恢复及裂纹的自愈性） ，被广泛地应用到路面沥青混合料中。3热塑性树脂类改性沥青：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，这一类的热塑性树脂的共同特点是加热后软化，冷却后变硬。这种改性剂的最大特点是使沥青混合料在常温下粘度变大，从而使高温稳定性增加，缺点是不能提高沥青混合料的弹性，且加热后易离析，再次冷却时产生众多的弥散相。1.1.2.2 外掺改性剂改性沥青混合料的研究、应用现状沥青改性的最终目的是为了改善沥青混合料的路用性能，而对于单纯的沥青改性方法来说，面临着改性设备开发与利用、加工模式的选择、改性剂与沥青的相容、离析处理、成品改性沥青质量保证以及价格偏高的问题， 于是一种直接在集料混合料中通过外掺改性剂来提高混合料的路用性能的方法得到了发展。对此方面的研究主要可分为以下几类：1外掺纤维法：纤维作为沥青混合料的外掺剂， 其应用最早可追溯至二十世纪中后期。 澳大利亚、加拿大等国家首先在沥青混合料中添加纤维材料来对混合料进行改性， 随后许多欧美国家兴起了纤维加强沥青路面技术的研究高潮。 在美国、加拿大、澳大利亚、德国、比利时、奥地利、日本等国，许多工程中都采用纤维做外掺剂铺筑沥青路面。国内自 1998年以来，外掺纤维沥青混凝土先后在我国四川、河南、新疆、宁夏、山东、江苏、河北和内蒙等地的路面工程中得到了应用，且使用效果良好。外掺废旧橡胶粉通过外掺废旧橡胶粉对沥青混合料进行改性的技术最早可追溯到 20世纪60年代。当时，瑞典两个公司开发了一种通过在沥青混合料中掺加橡胶粉而进行改性的干法表面层混合料工艺，并命其产品名称为 RUBITTM。到90年代后，美国政府迫于废旧轮胎对环境的压力，通过 ISTEA 法案，极大地促进了废旧橡胶粉对沥青混合料进行改性的利用，至此废旧橡胶粉改性沥青混合料进入了新的阶段。 国内对外掺废旧橡胶粉用于沥青混合料改性的研究主要是西部交通科技项目“废旧橡胶粉用于筑路的技术研究” ，之后交通部公路科学研究所曾蔚研究了废旧橡胶粉沥青混合料的低温性能， 曹卫东、吕伟明等人研究了橡胶粉沥青混合料的设计和性能。外掺专业改性剂主要产品有法国的 PLAST.S抗车辙改性颗粒，十几年来该产品已在法国、德国、意大利、土耳其等国家大量应用。 PLAST.S的抗车辙能力远远超过现有的沥青改性技术，其主要优势在于 :明显提高沥青混合料的抗车辙能力、明显改善沥青混合料的抗疲劳性能、改善沥青混合料低温抗裂性和水稳性、 对沥青无相容性要求、 操作工艺简单、不需添加沥青改性设备、常温下可以长期库存。国内对专业改性剂也大力开发， 2006年，深圳海川公司博士后工作站与欧洲道路试验室合作共同开发了 RadSpunrie车辙王抗车辙剂，并在国内铺筑了多条试验路，使用效果良好。除此之外，还有主要有壳牌 SEAM、德国的DUROFLEX、。4外掺废旧塑料：废旧塑料对沥青混合料进行改性的研究最早可追溯到 20世纪80年代中后期。起初，人们为了解决废旧塑料对环境的污染问题， 尝试将废旧塑料替代部分矿料加入到沥青混合料中，结果发现废旧塑料对沥青混合料高温性能有改善作用。 在此基础上一种新的沥青混合料外掺改性剂 STARFLEX?由此产生。1993年，美国的 Bayomy对低密度聚乙烯在沥青混合料中的改性效果进行了研究， 结果表明：低密度聚乙烯对沥青混合料的高温和疲劳性能有改善作用。在国内，对外掺废旧塑料改善沥青混合料性能的研究较少，还未形成系统，并且产品还未得到广泛的应用。其他除此之外，我国还对硅藻土、废旧玻璃等用于沥青混合料的改性进行了研究，特别是硅藻土。然而大部分实际应用仍集中在硅藻土改性沥青范围，混合料应用较少。1.2问题的提出为了提高沥青混合料的路用性能以及充分利用废旧塑料资源，我们提出了使用废旧塑料来对沥青混合料进行改性这一问题。相对于其他沥青混合料的改性方法，废旧塑料改性方法具有其独有的优点。第一， 废旧塑料来源广泛，数量巨多，且价格便宜，若能充分利用，即能创造良好的经济效益。第二， 废旧塑料改性沥青混合料相对单一塑料改性沥青混合料，省去了塑料的分选问题，工艺操作简单。第三， 据国内外研究，废旧塑料中的有效成分可以提高沥青的软化点 ,改善沥青的低温柔韧性，降低针入度,使沥青具有较好的温度稳定性，进而使沥青混合料具有良好的路用性能。另外针对废旧塑料如何具体改性沥青混合料这一问题，我们设计相关试验并提出了以下几点问题：①废旧塑料如何加工问题