植物油再生沥青的开发与性能研究.docx

植物油再生沥青的开发与性能研究摘要: 为了解决矿物油再生技术再生率低、成本高等诸多问题，采用处理过的“地沟油”代替矿物油制备植物油基再生剂对老化沥青进行再生，并通过文献阅读对老化沥青再生前后各项性能指标进行了分析，确定了植物油沥青再生剂的最佳掺量，为再生沥青路面材料设计提供依据。植物油基再生剂不仅可以有效降低老化沥青的黏度，也有利于改善沥青的低温性能，同时有效解决“地沟油”科学利用问题，并显著降低废旧沥青再生成本。近年来，我国沥青路面的改造和维修正被广泛展开，导致每年都要产生大量旧沥青混合料（RAP） 。旧沥青混合料作为一种废旧材料，若不经过妥善处理会造成严重的环境问题。沥青路面热再生技术以旧料为原料，可以节省大量原材料并减少生产和运输过程中的能源消耗，因而被证明是一种解决旧料累积问题的有效方法。传统的沥青再生剂中通常包含大量的矿物油，矿物油可以提供沥青在长期老化过程中散失的轻质油组分。但是，矿物油组分在再生施工温度下( 130 ～200 ℃)易于散失，而植物油不但富含轻质油组分，而且含有大量的不饱和脂肪酸，沸点大于300℃，在再生过程中具有比矿物油更好的耐温性。基于沥青老化与再生的理论，植物油可以用来对老化沥青进行再生。同时，近年来我国地沟油大量流回餐桌，食用后影响身心健康，但目前对地沟油问题仍缺乏比较完善的管理机制，通过以植物油作为沥青再生剂进行相关研究，可能会找到缓解这一问题的途径。20世纪70年代以来，伴随着对沥青再生技术研究的逐步深入，欧美等国开始了再生剂的研制工作。美国SHRP计划实施之初，曾在分析沥青老化组分变化的基础上，试图通过向老化沥青中添加缺失组分使其重新协调，从而恢复老化沥青的路用性能。但是，沥青的化学结构复杂，即使沥青具有相似的化学组成成分，由于油源基属和生产工艺不同，其在路用性能上的差异仍然很大，因而，从组分角度寻求再生的方法未能成功。随着对沥青结构体系认识的深入，欧美学者开始将沥青视为一种高分子溶液，分析沥青质与沥青其他组分之间的相溶性，提出了沥青相溶性理论——采用溶解度参数作为评价指标，确定其高分子溶液结构的稳定性。这种方法可以很好地与沥青路用性能相关联，被广泛用于指导沥青再生剂的研究工作，欧美等国相继开发了一系列沥青再生剂。近年来，国外有学者开始研究利用植物油作为再生组分，尝试解决矿物油基再生剂热稳定差、易挥发、抗老化性能差、沥青有效再生率低、旧料掺配比例有限等问题。2010 年，美国Davies等选取大豆蜡和废弃植物油作为再生剂的有效成分，该研究为植物油再生剂的发展指明了方向。植物油沥青再生剂的开发钟成雨在其文章中通过对桐油、蓖麻油、菜籽油、亚麻籽油为试验材料进行研究，用红外光谱(Infrared Spectrum，简称 IR)对四种植物油进行耐热老化试验。 以一定频率的红外光对被测样品进行照射时，当红外光与分子中某个基团的振动频率相同时，其能量可以被分子吸收从而引起振动能级地跃迁（同时伴随转动能级地跃迁），不同物质的吸收频率不同，形成的谱带位置也不一样，从而形成的红外光谱图也不一样。物质浓度不同，形成的吸收峰强度以及形状也不相同。对于特征官能团，其具有特征吸收峰，所以，根据特征吸收峰的位置、相对强度、数目和形状等，可以判断样品中含有哪些特征官能团。将上述四种植物油分别溶于二甲苯中，然后涂膜于 KBr 盐片上，待溶剂挥发，利用 Nicoet 560 傅里叶变换红外光谱进行测试，所得红外光谱图如下：图一 桐油红外光谱图二 蓖麻油红外光谱图三 菜籽油红外光谱图四 亚麻籽油红外光谱由图一至图四可以发现，四种植物油分别在2923cm-1、1740cm-1、1460cm-1、1100cm-1、720cm-1附近产生比较明显的特征吸收峰。其中，2923cm-1、2853cm-1是-CH2基团的 C-H 伸缩振动产生的特征峰；1740cm-1是羰基伸缩振动产生的特征峰；1460cm-1、1376cm-1是配对出现的 C-H 面内弯曲振动峰；1160cm-1附近是 C-O 的伸缩振动产生的吸收峰，出现了较宽的分裂谱带。1000cm-1以下的产生的吸收区间被称作是指纹区，主要是由一些 C-O 的伸缩振动以及 C-H、O-H 等含有氢原子的基团的弯曲振动以及 C-C骨架振动产生的吸收峰。另外，值得注意的是，在图二中，在3600cm-1～3300cm-1出现比较宽的吸收谱带，这个是羟基地伸缩振动产生的特征吸收峰。由此可知，植物油主要由羰基、醚键以及饱和及不饱和的碳链组成。此外，蓖麻油中还含有羟基官能团。目前市场上的再生剂多为润滑油、矿物油与沥青的组合物，所用原料多为由石油生产的系列产品。在石油资源日益紧缺的形势下，并且石油也面临枯竭的窘境，所以，新型沥青再生剂的开发极为紧迫。因此，本文从增溶分散理论出发，选择四种