湿法胶粉表面修饰及其应用研究

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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,且接枝率为3.1%。将几种不同的胶粉分别应用于丁苯橡胶,研究对比发现:丁苯橡胶/促进剂M修饰胶粉具有最短的焦烧时间以及正硫化时间,硫化速率最快,表明促进剂M修饰的胶粉能够促进丁苯橡胶/胶粉复合材料的硫化;且促进剂M修饰胶粉改性的SBR材料具有最高的拉伸强度,较未填充的丁苯橡胶及丁苯橡胶/未改性胶粉拉伸强度分别提升137.4%、85.1%;由DSC对胶粉与丁苯橡胶之间的界面相互作用分析可得,丁苯橡胶/促进剂M修饰胶粉具有最高的受限分子层质量分数(λim),具有最强的界面相互作用。最后,对比40目、60目、80目和100目干湿法胶粉对橡胶沥青综合路用性能的影响发现100目湿法胶粉综合性能最佳。利用钨酸钠催化过氧化氢改性修饰胶粉,通过环氧化提高胶粉与沥青的结合力。过氧化氢改性的胶粉与沥青共混制备的橡胶沥青较未改性胶粉/沥青软化点提高、延度增大且针入度降低,但是粘度下降至1000 Pa·s以下。钨酸钠催化的过氧化氢改性胶粉与沥青共混制备的橡胶沥青,粘度在1000-2000 Pa·s范围内,处在最佳等级。1.5份钨酸钠催化过氧化氢改性胶粉制备的橡胶沥青具有最好的综合性能。利用5种两亲性化合物分别改性橡胶沥青,发现改性橡胶沥综合路用性能提升;其中γ-环糊精改性的橡胶沥青综合路用性能最好。过氧化氢改性胶粉与γ-环糊精复合改性沥青粘度处于最佳等级,相比未改性胶粉/沥青以及过氧化氢改性胶粉/沥青,具有最佳的综合路用性能。通过FTIR、TG、XPS、DSC和SEM等方法分析了γ-环糊精和过氧化氢改性胶粉以及沥青之间的相互作用机理,发现三者组成的体系存在物理化学共混机理。
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