TOR对橡胶沥青抗老化性能的影响

穆建青

（山西交控科技转化有限公司，山西太原 030006）

0 引言

随着中国汽车保有量的提升，废旧轮胎的产生量越来越大。废旧轮胎作为一种大宗性的固废，目前其主要用于生产再生胶、焚烧，但是绝大多数仍然没有有效的处置办法[1-2]。而交通行业每年沥青用量巨大，若能将废旧轮胎胶粉部分替代沥青用于交通行业，可以化解废旧轮胎产生的黑色污染，同时能够提升沥青路面的使用性能，节约建设成本，可谓一举多得[3-5]。目前关于橡胶沥青的研究很多集中于提升橡胶沥青的性能，提高橡胶沥青掺量以及降低橡胶沥青拌合温度等方面[6-7]。在工程应用中，多采取废旧胶粉与聚合物复合改性沥青的方法提升橡胶沥青的综合性能。

根据《路用废胎胶粉橡胶沥青》（JT∕T 798—2019）中关于橡胶沥青的要求可知，橡胶沥青的老化性能不作为橡胶沥青行业标准的技术要求[8]。这是由于橡胶沥青老化性能衰减严重，目前没有一个好的处置方式，而且不同类型的废旧胶粉和工艺所制备的橡胶沥青其老化性能差异较大，故未作统一要求。但是橡胶沥青存储和运输过程均处于高温状态，不可避免地出现老化和性能衰减的问题[9]。因此，研究橡胶沥青抗老化机制和提出改善橡胶沥青抗老化性能的方法有着现实意义。

本文引入TOR 橡胶连接剂，试图通过TOR 在高温下与废旧胶粉颗粒发生交联，进而提升橡胶沥青的稳定性和抗老化性能，同时分析了TOR 的引入对橡胶沥青其他性能的影响。

1 试验部分

1.1 原料及仪器

克拉玛依70 号沥青，性能指标见表1。胶粉选用安泰橡胶有限公司30 目废胶粉，该胶粉主要来源于废旧子午胎。维他连接剂（TOR），德国Degussa 公司。

表1 克拉玛依70号沥青性能指标

1.2 橡胶沥青的制备

将70 号基质沥青在100 ℃烘箱中恒温加热5 h，然后称取500 g 基质沥青置于改性容器中，将容器置于烘箱中，烘箱温度调整至160 ℃，加热速度10 ℃∕min，加热至160 ℃后恒温30 min。然后称取废旧胶粉（按照外掺法计算）。将预热过的基质沥青置于加热板上，调整加热板温度至190 ℃，使用机械搅拌，搅拌速度为500 rmp，当基质沥青温度升至190 ℃后，缓慢加入废旧胶粉，当废旧胶粉加入后，测量沥青温度。当沥青温度升至190 ℃时，加入一定量的TOR，继续搅拌。保持在190 ℃搅拌2 h，完成后浇模测试。该试验考察了废旧胶粉含量、TOR 含量，对橡胶沥青抗老化性能的影响。其中老化试验采用RTFOT 的试验方法。

1.3 沥青性能测试

橡胶沥青的软化点、25 ℃针入度、5 ℃延度、25 ℃弹性恢复和180 ℃旋转黏度均按JTJ052∕T0604206 标准测定。

2 试验结果分析

本文试验所用废旧胶粉掺量（外掺）为20%、25%和30%，TOR 含量占废旧胶粉质量0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%。试验结果如表2所示。

表2 不同胶粉含量对橡胶沥青性能影响

不同胶粉含量老化前后性能的变化见图1。

图1 不同胶粉含量老化前后性能的变化

从图1 可以看出，随着胶粉含量的提升，软化点、5 ℃延度、25 ℃弹性恢复和180 ℃黏度先增加后趋于稳定，针入度先下降后趋于平稳。主要是由于胶粉在沥青改性过程中发生了降解反应，随着含量的提升，在改性过程中降解的胶粉量达到稳定后，不再继续降解，所以提升废旧胶粉含量对橡胶沥青性能的影响减弱。

橡胶沥青老化后性能的衰减随着胶粉含量的增加越发显著，只有软化点有所提升，但是随着胶粉含量的提升，软化点老化后提升幅度有所降低。老化性能变化的原因可能是由于废旧胶粉在高温下氧化老化比较明显，尤其废旧胶粉在高温情况下，容易脱硫降解导致胶粉网络结构破裂，大量炭黑融入到沥青中，使得橡胶沥青的黏弹性有所衰减。此外，沥青在RTFOT 老化试验中，沥青中饱和分更容易氧化老化，导致沥青流动性降低。而废旧胶粉改性沥青，对废旧胶粉起到溶解作用的主要是饱和分和芳香分，饱和分的氧化老化使得胶粉在沥青中的溶胀受阻，难以充分溶胀。因此，随着胶粉含量的增加，橡胶沥青老化后性能衰减幅度增加，但是整体的性能依然随着胶粉含量的增加而更优。

从图2 可以看出，当胶粉含量维持在30%时，通过添加TOR 试图提升橡胶沥青性能的同时改善橡胶沥青抗老化性能。

图2 不同TOR含量老化前后性能的变化

通过图2 发现，TOR 的加入对橡胶沥青性能有一定提升，且随着TOR 用量的提升，橡胶沥青各项性能先增加后趋于平稳。TOR 提升橡胶沥青性能的原因是TOR 中含有不饱和双键结构，在高温情况下可以使得不同胶粉之间形成交联网络结构，在一定程度上缓解了橡胶沥青高温降解过度导致的性能衰减问题。但是当TOR 用量较大时，对橡胶沥青性能的提升幅度降低，主要是因为TOR 能与胶粉发生反应的位点取决于胶粉表面的活性，废旧胶粉是通过物理破碎制备而成，表面的活性基团较少，较多的TOR 并不能更充分地参与反应，只起到填充作用，因此对橡胶沥青性能的提升效果减弱。通过图2 发现，TOR 对橡胶沥青软化点和弹性恢复提升尤为显著，这也印证了TOR 在橡胶沥青中起到了交联的作用，进而提升了橡胶沥青的黏弹性和力学性能；对橡胶沥青延展性和流动性影响相对较小。而TOR 量的增加对橡胶沥青抗老化性能的改善有显著效果，其中最容易受老化影响的性能主要是橡胶沥青的黏弹性和延展性能。通过添加TOR 后，橡胶沥青的针入度、延度及弹性恢复衰减很小，而且随着TOR 含量的提升抗老化性能有所提升，主要得益于TOR 中的双键，可以一定程度上缓解废旧胶粉过度降解和沥青氧化老化，进而使得橡胶沥青的抗老化性能有了显著提升。

3 结论

a）随着胶粉含量的增加，橡胶沥青的软化点、5 ℃延度、25 ℃弹性恢复和180 ℃旋转黏度均有所提升。

b）TOR 的加入极大地提升了橡胶沥青的性能，且随着TOR 含量的增加，橡胶沥青性能提升越明显，当TOR 含量达到0.8%的时候对橡胶沥青性能的提升效果趋于平稳。

c）TOR 的加入有效地提升了橡胶沥青的抗老化性能，随着TOR 含量的增加，抗老化性能显著提升。