乙烯渣油瀝青的改性及表征
導(dǎo)讀:通過對(duì)其進(jìn)行適宜的改性處理獲得具有特殊理化性質(zhì)的特種瀝青，對(duì)高品質(zhì)瀝青基炭材料的開發(fā)意義重大。鑒于此，本文采用常壓空氣氧化法對(duì)乙烯渣油瀝青進(jìn)行改性處理，并利用元素
來源：未知
發(fā)布日期：2020-04-03 13:47【大 中 小】
瀝青作為炭材料的優(yōu)質(zhì)前驅(qū)體而被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能、建筑、航天等各個(gè)領(lǐng)域。近年來，以煤 焦油瀝青、石油瀝青為前驅(qū)體制備高品質(zhì)瀝青基炭材料備受研究者們的青睞。乙烯渣油瀝青作為 石油瀝青的一種，具有來源廣泛、芳香性好、可溶性高的特點(diǎn)。通過對(duì)其進(jìn)行適宜的改性處理獲 得具有特殊理化性質(zhì)的特種瀝青，對(duì)高品質(zhì)瀝青基炭材料的開發(fā)意義重大。鑒于此，本文采用常壓空 氣氧化法對(duì)乙烯渣油瀝青進(jìn)行改性處理，并利用元素分析、FTIR、和 TGA 法考察常壓空氣氧化對(duì)乙 烯渣油瀝青的熱聚合行為的影響，也為高品質(zhì)乙烯渣油瀝青基炭材料的制備提供一定的理論依據(jù)。
實(shí)驗(yàn)部分
上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司提供瀝青檢測儀器。改性瀝青的制備 稱取一定量乙烯渣油瀝青加入到自制反應(yīng)釜中，以 5℃/min 的升溫速率加熱至預(yù)定反應(yīng)溫度 （365 ℃～380 ℃），反應(yīng)過程中調(diào)節(jié)空氣流量為 8L/h～32L/h，在一定反應(yīng)時(shí)間（4 h～7 h）內(nèi)進(jìn)行 空氣氧化聚合反應(yīng)。待反應(yīng)結(jié)束后，自然冷切至室溫，取出反應(yīng)釜中的剩余物，即為改性后的乙烯渣 油瀝青。通過單因素（反應(yīng)溫度，反應(yīng)時(shí)間，和空氣流量）考察，選取最佳的制備方案。其中，乙烯 渣油瀝青用 ETP（ethylene tar pitch）表示，最佳制備方案制備出的改性瀝青命名為 MP（modified pitch）。
瀝青的工業(yè)分析
瀝青的工業(yè)指標(biāo)軟化點(diǎn)（SP）、喹啉不溶物（QI）、結(jié)焦值（CV）、甲苯不溶物（TI）分別按 照 GB/T4507−1999、GB/T 2293−997、GB 8727−88、GB/T 2292−1997 來進(jìn)行測定。
乙烯渣油瀝青與改性瀝青的元素分析、FTIR 分析
乙烯渣油瀝青與改性瀝青的元素分析在德國 Elmentar 公司生產(chǎn)的 Vario EL Ⅲ型元素分析儀上進(jìn) 行測試。其中，氧元素含量是按差減法得到。利用 PerkinElmer Spotlight-400 型 FTIR/NIR 光譜儀對(duì)乙 烯渣油瀝青、改性瀝青進(jìn)行 FTIR 光譜測試。
乙烯渣油瀝青與改性瀝青的熱穩(wěn)定性研究
乙烯渣油瀝青與改性瀝青的 TGA 分析在上海昌吉瀝青運(yùn)動(dòng)粘度計(jì)分析儀上完成測 試。測試條件：以 5 ℃/min 的升溫速率自室溫升溫至 750 ℃，升溫過程中通入高純 N2 吹掃（確保 N2 流量為 100 mL/min）。
隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，改性瀝青的 SP、QI、CV 和 TI 均呈現(xiàn)增加的趨勢。當(dāng)反應(yīng) 時(shí)間為 4 h～6 h 時(shí)，SP、CV 隨著時(shí)間的增加呈直線上升狀態(tài)，QI 值增長趨勢相對(duì)平緩，收率下降明 顯。說明在分子聚合的同時(shí)瀝青中輕組分隨著空氣不斷逸出體系外。隨著反應(yīng)時(shí)間的進(jìn)一步延長， SP、CV 增加變得緩慢，而 QI 值急劇增加到 15.60%，并且收率下降趨勢減緩。這主要是由于空氣氧 化過程中分子隨著聚合程度逐漸增大，大分子含量逐漸增多，當(dāng)大分子含量增多達(dá)一定程度時(shí)，分子 間聚合難度增加。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為 6 h 時(shí)，改性瀝青結(jié)焦值高達(dá) 75.38%，收率下降 15%左右，考慮到成 本及改性瀝青出現(xiàn)成焦趨勢，確定最佳反應(yīng)時(shí)間為 5 h。
空氣流量的增加，SP、QI、CV、TI 都有所增加。當(dāng)空氣流量小于 24 L/h 時(shí)， 改性瀝青的各項(xiàng)性質(zhì)指標(biāo)增加都呈直線上升的趨勢，在 8L/h～16 L/h 收率平緩減小,之后下降速率明 顯。這主要是由于在一定反應(yīng)溫度下，隨著時(shí)間的延長反應(yīng)不斷加劇，空氣流量逐漸增大，在氧化過 程中瀝青中小分子迅速的被空氣攜帶出體系外，而體系中的瀝青分子不斷芳構(gòu)化所引起的。當(dāng)空氣流 量大于 24 L/h 時(shí)，瀝青性質(zhì)指標(biāo)和收率變化較小。考慮到改性瀝青的收率和成本問題，選取最佳空氣 流量為 24 L/h。 通過單因素實(shí)驗(yàn)可知，常壓空氣氧化聚合法制備優(yōu)質(zhì)改性瀝青的反應(yīng)溫度為 370℃，反應(yīng)時(shí)間為 5h，空氣流量為 24 L/h。制備出的改性瀝青 SP 為 233 ℃，QI 為 1.21%，CV 為 75.45%，TI 為 43.42%，收率為 51.67%。
結(jié)論
以乙烯渣油瀝青為原料，上海昌吉地質(zhì)儀器有限公式通過單因素考察法對(duì)其進(jìn)行常壓空氣氧化聚合處理，并對(duì)瀝青的基礎(chǔ)物 性、分子結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性研究可得出如下結(jié)論：
（1）利用單因素法考察得，反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和空氣流量對(duì)改性瀝青的性質(zhì)和收率有很大影 響。當(dāng)反應(yīng)溫度 370 ℃，反應(yīng)時(shí)間為 5 h，空氣流量為 24 L/h 時(shí)，制備出的改性瀝青 SP 為 233 ℃， QI 為 1.21%，CV 為 75.45%，TI 為 43.42%，收率為 51.67%，該種改性瀝青可用作高品質(zhì)包覆瀝青和 可紡瀝青。
（2）通過對(duì)乙烯渣油瀝青和改性瀝青的元素分析、分子結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性研究可知，由于乙烯渣油 瀝青分子本身芳香縮合度較高，并且含有較多的支鏈，在空氣氧化聚合的過程中，具有多活性位點(diǎn)， 促使稠環(huán)大分子的不斷聚合生長，從而使得改性后的瀝青具有較好的熱穩(wěn)定性。
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