TOR對橡膠瀝青抗老化性能的影響

穆建青

（山西交控科技轉化有限公司，山西太原 030006）

0 引言

隨著中國汽車保有量的提升，廢舊輪胎的產生量越來越大。廢舊輪胎作為一種大宗性的固廢，目前其主要用于生產再生膠、焚燒，但是絕大多數仍然沒有有效的處置辦法[1-2]。而交通行業每年瀝青用量巨大，若能將廢舊輪胎膠粉部分替代瀝青用于交通行業，可以化解廢舊輪胎產生的黑色污染，同時能夠提升瀝青路面的使用性能，節約建設成本，可謂一舉多得[3-5]。目前關于橡膠瀝青的研究很多集中于提升橡膠瀝青的性能，提高橡膠瀝青摻量以及降低橡膠瀝青拌合溫度等方面[6-7]。在工程應用中，多采取廢舊膠粉與聚合物復合改性瀝青的方法提升橡膠瀝青的綜合性能。

根據《路用廢胎膠粉橡膠瀝青》（JT∕T 798—2019）中關于橡膠瀝青的要求可知，橡膠瀝青的老化性能不作為橡膠瀝青行業標準的技術要求[8]。這是由于橡膠瀝青老化性能衰減嚴重，目前沒有一個好的處置方式，而且不同類型的廢舊膠粉和工藝所制備的橡膠瀝青其老化性能差異較大，故未作統一要求。但是橡膠瀝青存儲和運輸過程均處于高溫狀態，不可避免地出現老化和性能衰減的問題[9]。因此，研究橡膠瀝青抗老化機制和提出改善橡膠瀝青抗老化性能的方法有著現實意義。

本文引入TOR 橡膠連接劑，試圖通過TOR 在高溫下與廢舊膠粉顆粒發生交聯，進而提升橡膠瀝青的穩定性和抗老化性能，同時分析了TOR 的引入對橡膠瀝青其他性能的影響。

1 試驗部分

1.1 原料及儀器

克拉瑪依70 號瀝青，性能指標見表1。膠粉選用安泰橡膠有限公司30 目廢膠粉，該膠粉主要來源于廢舊子午胎。維他連接劑（TOR），德國Degussa 公司。

表1 克拉瑪依70號瀝青性能指標

1.2 橡膠瀝青的制備

將70 號基質瀝青在100 ℃烘箱中恒溫加熱5 h，然后稱取500 g 基質瀝青置于改性容器中，將容器置于烘箱中，烘箱溫度調整至160 ℃，加熱速度10 ℃∕min，加熱至160 ℃后恒溫30 min。然后稱取廢舊膠粉（按照外摻法計算）。將預熱過的基質瀝青置于加熱板上，調整加熱板溫度至190 ℃，使用機械攪拌，攪拌速度為500 rmp，當基質瀝青溫度升至190 ℃后，緩慢加入廢舊膠粉，當廢舊膠粉加入后，測量瀝青溫度。當瀝青溫度升至190 ℃時，加入一定量的TOR，繼續攪拌。保持在190 ℃攪拌2 h，完成后澆模測試。該試驗考察了廢舊膠粉含量、TOR 含量，對橡膠瀝青抗老化性能的影響。其中老化試驗采用RTFOT 的試驗方法。

1.3 瀝青性能測試

橡膠瀝青的軟化點、25 ℃針入度、5 ℃延度、25 ℃彈性恢復和180 ℃旋轉黏度均按JTJ052∕T0604206 標準測定。

2 試驗結果分析

本文試驗所用廢舊膠粉摻量（外摻）為20%、25%和30%，TOR 含量占廢舊膠粉質量0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%。試驗結果如表2所示。

表2 不同膠粉含量對橡膠瀝青性能影響

不同膠粉含量老化前后性能的變化見圖1。

圖1 不同膠粉含量老化前后性能的變化

從圖1 可以看出，隨著膠粉含量的提升，軟化點、5 ℃延度、25 ℃彈性恢復和180 ℃黏度先增加后趨于穩定，針入度先下降后趨于平穩。主要是由于膠粉在瀝青改性過程中發生了降解反應，隨著含量的提升，在改性過程中降解的膠粉量達到穩定后，不再繼續降解，所以提升廢舊膠粉含量對橡膠瀝青性能的影響減弱。

橡膠瀝青老化后性能的衰減隨著膠粉含量的增加越發顯著，只有軟化點有所提升，但是隨著膠粉含量的提升，軟化點老化后提升幅度有所降低。老化性能變化的原因可能是由于廢舊膠粉在高溫下氧化老化比較明顯，尤其廢舊膠粉在高溫情況下，容易脫硫降解導致膠粉網絡結構破裂，大量炭黑融入到瀝青中，使得橡膠瀝青的黏彈性有所衰減。此外，瀝青在RTFOT 老化試驗中，瀝青中飽和分更容易氧化老化，導致瀝青流動性降低。而廢舊膠粉改性瀝青，對廢舊膠粉起到溶解作用的主要是飽和分和芳香分，飽和分的氧化老化使得膠粉在瀝青中的溶脹受阻，難以充分溶脹。因此，隨著膠粉含量的增加，橡膠瀝青老化后性能衰減幅度增加，但是整體的性能依然隨著膠粉含量的增加而更優。

從圖2 可以看出，當膠粉含量維持在30%時，通過添加TOR 試圖提升橡膠瀝青性能的同時改善橡膠瀝青抗老化性能。

圖2 不同TOR含量老化前后性能的變化

通過圖2 發現，TOR 的加入對橡膠瀝青性能有一定提升，且隨著TOR 用量的提升，橡膠瀝青各項性能先增加后趨于平穩。TOR 提升橡膠瀝青性能的原因是TOR 中含有不飽和雙鍵結構，在高溫情況下可以使得不同膠粉之間形成交聯網絡結構，在一定程度上緩解了橡膠瀝青高溫降解過度導致的性能衰減問題。但是當TOR 用量較大時，對橡膠瀝青性能的提升幅度降低，主要是因為TOR 能與膠粉發生反應的位點取決于膠粉表面的活性，廢舊膠粉是通過物理破碎制備而成，表面的活性基團較少，較多的TOR 并不能更充分地參與反應，只起到填充作用，因此對橡膠瀝青性能的提升效果減弱。通過圖2 發現，TOR 對橡膠瀝青軟化點和彈性恢復提升尤為顯著，這也印證了TOR 在橡膠瀝青中起到了交聯的作用，進而提升了橡膠瀝青的黏彈性和力學性能；對橡膠瀝青延展性和流動性影響相對較小。而TOR 量的增加對橡膠瀝青抗老化性能的改善有顯著效果，其中最容易受老化影響的性能主要是橡膠瀝青的黏彈性和延展性能。通過添加TOR 后，橡膠瀝青的針入度、延度及彈性恢復衰減很小，而且隨著TOR 含量的提升抗老化性能有所提升，主要得益于TOR 中的雙鍵，可以一定程度上緩解廢舊膠粉過度降解和瀝青氧化老化，進而使得橡膠瀝青的抗老化性能有了顯著提升。

3 結論

a）隨著膠粉含量的增加，橡膠瀝青的軟化點、5 ℃延度、25 ℃彈性恢復和180 ℃旋轉黏度均有所提升。

b）TOR 的加入極大地提升了橡膠瀝青的性能，且隨著TOR 含量的增加，橡膠瀝青性能提升越明顯，當TOR 含量達到0.8%的時候對橡膠瀝青性能的提升效果趨于平穩。

c）TOR 的加入有效地提升了橡膠瀝青的抗老化性能，隨著TOR 含量的增加，抗老化性能顯著提升。