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改性橡膠粉在保溫墻體砌塊中的應用

時間:2015-04-23 來源:中國輪胎循環利用網 點擊:

王多孝1 劉永濤2 張亞利2

(1.綿陽銳洋新材料技術開發有限公司 四川綿陽621000;2.西南科技大學,四川綿陽621010)

摘  要:本文研究了物理化學改性對橡膠粉結構、親水性能的影響,討論了改性橡膠粉摻雜對保溫墻體絕熱性能的影響,為廢舊輪胎橡膠粉尋找到了一條大批量、安全、資源化利用的新途徑。

關鍵詞:橡膠粉;物理化學改性;性能;保溫墻體砌塊

1. 實驗

1.1 實驗原料與藥品

廢棄輪胎橡膠粉,平均粒徑75 μm(綿陽銳洋新材料技術開發有限公司),氫氧化鈉、正硅酸乙酯(TEOS)、乙醇、氨水(均為分析純,成都市科龍化工試劑廠)。

1.2 試驗方法

將橡膠粉用10%(w/w,100%)的氫氧化鈉處理后過濾、洗滌、烘干,然后將其置于超聲場(KQ3200DE,中國舒美公司)中分散10 min后分別滴入一定量的正硅酸乙酯(TEOS)與氨水(V乙醇:V氨水=100:1),在室溫條件下攪拌一定時間后抽濾、干燥得到改性橡膠粉。將此改性橡膠粉以一定比例摻和到粉煤灰、磷石膏等硅酸鹽中,發酵、蒸壓得到改性橡膠粉摻雜保溫墻體砌塊。

1.3 樣品表征

用傅立葉變換紅外光譜儀(4000~400 cm-1,Spectrum One型,美國Perkin Elmer公司)進行紅外光譜測定分析橡膠粉表面改性情況;用同步熱分析儀(升溫速率10 K/min,25~800℃,空氣氛圍,SDTQ600型,美國TA Instruments公司)考察橡膠粉裂解過程;掃描電子顯微鏡(加速電壓1~20 kV,電流1~15 mA,EVO18,德國Zeiss公司)觀察橡膠粉表面形貌;使用光學接觸角測量儀(DSA30型,德國Kruss公司)測量其接觸角。采用國家標準(GB 11968-2006、GB 6566-2010)測試砌塊物理力學性能及放射性。

2. 結果與討論

2.1 改性條件

圖1、圖2分別是反映TEOS用量(橡膠粉與TEOS質量比)及反應時間與活化指數的關系曲線。從圖中可以看出,活化指數隨TEOS用量的增加而逐步減小,當橡膠粉與TEOS的質量比為2:1時,活化指數降低到1.8%,繼續增大TEOS用量,活化指數降低程度趨緩?;罨笖惦S著改性時間的延長而逐漸減小,但6 h后,活化指數基本保持不變。這是由于反應初期,體系中TEOS和氨濃度都比較大,TEOS水解反應比較迅速,在6 h之后,TEOS基本水解完畢,反應趨于完全。


2.2 改性橡膠粉結構與性能

圖3是改性前后橡膠粉的SEM圖。從圖中可以看出,未改性的橡膠粉顆粒表面光滑,而改性后的橡膠粉表面粗糙。這是由于TEOS改性后的橡膠粉顆粒表面生成一層連續狀物質涂覆在顆粒表面,形成了較多的SiO2無機物并產生團聚吸附在顆粒表面。

 
圖4為橡膠粉改性前后的FTIR圖譜及其差值譜線。圖中a為未改性橡膠粉紅外光譜,其中除3434.06 cm-1與1631.35 cm-1處的羥基(-OH)伸縮振動吸收峰和H-O-H彎曲振動峰外,有明顯的橡膠特征峰,2917、2852 cm-1處為亞甲基(CH2)的不對稱伸縮振動吸收峰與對稱伸縮振動峰;在1400 cm-1附近處有一劈裂峰分別為1384.96 cm-1處的甲基(CH3)對稱變形振動峰與1400.40 cm-1的亞甲基(CH2)反對稱變形振動峰,可推斷出橡膠粉可能為天然橡膠(NR)、異戊橡膠(IR)、乙丙橡膠(ER)或幾種混合橡膠粉。而從875.6 cm-1處的少量3,4-聚異戊二烯的亞乙烯基的C-H面外變形振動峰可以推斷橡膠粉中含有天然橡膠(NR)。

 

圖4 改性前(a)、后(b)橡膠粉的紅外光譜圖及差譜(c)

圖5為改性前、后的橡膠粉對水的潤濕接觸角。從圖中可以看出,改性前、后橡膠粉對水的平均潤濕角分別為96°與23°。經TEOS改性的橡膠粉親水性明顯得到改善。這主要是由于改性后橡膠粉表面形成了一層-Si-O-Si-網絡結構的SiO2,而SiO2呈極性、親水性強,且存在著大量羥基基團。這樣將此改性橡膠粉摻雜到硅酸鹽材料中制備墻體砌塊,在可以提高蓄熱能力與保溫性能同時不至于對其力學性能造成損失。

 
圖5 水對改性前(a)、后(b)橡膠粉的接觸角

2.3 改性橡膠粉摻雜保溫墻體砌塊性能

改性橡膠粉摻雜可以大幅度降低砌塊的傳熱系數,從而增強砌塊保溫性能,圖6為橡膠粉摻雜量與砌塊傳熱系數的關系,由圖可以看出,橡膠粉摻雜量以6%(質量)合適。


圖6 改性橡膠粉摻量對試塊導熱系數的影響

改性橡膠粉摻雜量為6%的保溫墻體砌塊采用國家標準(GB 11968-2006、GB 6566-2010)測試砌塊物理力學性能及放射性,測試結果見下表1。從表中可以看出,砌塊強度、抗凍性能、保溫性能、放射性等指標遠優于國家標準。同時與未摻雜橡膠粉的砌塊比較,體積密度遠低于對照值(587 kg/m3),這是由于我們將改性橡膠粉摻入到磷石膏、粉煤灰等原材料中不再使用水泥而改用水玻璃,水玻璃的用量僅為3%(質量),遠低于水泥用量(10%,質量)所致。改性橡膠粉摻雜砌塊的構件蓄熱系數、構件傳熱系數與未摻雜橡膠粉的砌塊比較,分別提高和下降了16%與13%,這是由于橡膠粉本身的蓄熱與保溫性能所致。

3. 結論

通過物理化學改性,提高了橡膠粉的親水性能,擴展了橡膠粉的應用范圍;將改性橡膠粉摻雜到粉煤灰、磷石膏中制得保溫墻體砌塊,可以大幅度降低砌塊體積密度,提高其保溫性能,達到多種廢物資源化一體化綜合利用。

 

作者簡介:

王多孝,男,綿陽銳洋新材料技術開發有限公司法人代表、總經理。王多孝先生1982~1985年供職于綿陽市金屬回收公司,1985~1988年供職于重慶特殊鋼廠,1988年創立銳洋金屬回收公司,2010年創立綿陽銳洋新材料技術開發有限公司,致力于廢輪胎回收利用技術研究與生產實踐。

 

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