近年來，汽車工業(yè)飛速發(fā)展，汽車保有量持續(xù)增加，這給人們出行帶來了極大便利但同時也產(chǎn)生了大量的廢輪胎。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015 年我國產(chǎn)生廢輪胎 3.3×108條，超過 1.2×106 t，已成為世界上產(chǎn)生廢輪胎最多的國家。廢橡膠不易降解，堆積、填埋、焚燒都會對大氣、土壤、水源造成污染，如何處理日益增加的廢橡膠已經(jīng)成為一個嚴(yán)重的環(huán)境問題。20 世紀(jì)70 年代以來，美國、瑞典、英國、法國等先后開展了橡膠瀝青和橡膠粉瀝青混合料的應(yīng)用研究和鋪路實(shí)驗(yàn)，極大地促進(jìn)了廢輪胎在道路工程中的利用[2]。我國自 20 世紀(jì) 80 年代，開始對膠粉瀝青進(jìn)行研究應(yīng)用。將廢輪胎膠粉用于制備膠粉改性瀝青，能夠大量消耗廢輪胎，同時也能夠顯著改善路面的耐磨、抗老化、抗開裂等性能，對于滿足飛速發(fā)展的公路建設(shè)需求具有重要的意義。
膠粉改性瀝青性能的改善來源于膠粉與瀝青之間的相互作用，但兩者之間的作用十分復(fù)雜。關(guān)于膠粉改性瀝青中膠粉與瀝青相互作用機(jī)理至今仍存在爭議，目前主要有物理共混機(jī)理、網(wǎng)絡(luò)填充機(jī)理、化學(xué)共混機(jī)理和溶脹降解機(jī)理等幾種不同觀點(diǎn)。其中獲得較多人
支持的觀點(diǎn)認(rèn)為，廢膠粉和瀝青混合后，膠粉發(fā)生溶脹和部分溶解而在瀝青中擴(kuò)散，這些高分子鏈和瀝青輕質(zhì)組分在膠粉表面形成界面層。同時，界面層的外圍吸附瀝青中的膠質(zhì)形成界面過渡層。界面層與瀝青中膠團(tuán)（瀝青質(zhì)和膠質(zhì)）的外層膠質(zhì)有親和作用，使瀝青中的膠團(tuán)與廢胎膠粉表面的界面層通過界面過渡層緊緊地結(jié)合為一體，形成了廢胎膠粉和瀝青連續(xù)或相互交錯的三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但這個三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)多是通過范德華力締結(jié)的，因此，這種結(jié)構(gòu)較不穩(wěn)定，對長時間和高溫下的存儲較為不利。同時也有部分膠粉表面特征官能團(tuán)與瀝青中特征基團(tuán)的化學(xué)作用，能夠顯著影響膠粉改性瀝青的性能。通過對廢輪胎膠粉進(jìn)行表面化學(xué)改性、脫硫改性、微波改性、共混改性等，能夠顯著改善膠粉表面的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)膠粉界面層與瀝青膠團(tuán)的相互作用，改善膠粉改性瀝青的性能。于凱等[9-10]采用 H2O2 和次氯酸鈉等為氧化劑改性廢輪胎膠粉，在膠粉表面形成羥基、環(huán)氧基等有機(jī)官能團(tuán)，能夠與瀝青中的羧基等基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成強(qiáng)相互作用，使改性瀝青的軟化點(diǎn)顯著提高。而脫硫改性能夠部分切斷交聯(lián)橡膠中的 S—S 鍵 和 C—S 鍵，使廢輪胎膠粉中的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)部分破壞，在瀝青中溶脹更加充分，界面結(jié)合層厚度顯著提高，使脫硫膠粉改性瀝青延度提高，黏度降低，低溫性能和加工性能明顯改善[12-14]。通過以上研究不難發(fā)現(xiàn)，在廢輪胎膠粉表面修飾特定有機(jī)官能團(tuán)或者增加膠粉-瀝青界面結(jié)合層的厚度，能夠顯著提高膠粉改性瀝青的界面相容性和界面結(jié)合強(qiáng)度，改善膠粉改性瀝青的高/低溫性能。
由于橡膠的主要成分是聚烯烴，其表面存在著豐富的不飽和鍵。通過接枝聚合改性的方法能夠在橡膠表面接枝不同的聚合物鏈段，可以對橡膠的物理化學(xué)性質(zhì)起到明顯的改善作用。目前常見的橡膠接枝聚合改性方法包括乳液聚合、溶液聚合、本體聚合和輻射接枝等，常見的接枝單體包括苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲殼素、馬來酸酐等。其中乳液聚合以水為分散介質(zhì)，條件較為溫和，更適于在橡膠粉表面的接枝聚合改性。通過接枝聚合改性的方法將特定的聚合物鏈段接枝到廢輪胎膠粉的表面，可以顯著增加膠粉-瀝青界面層的厚度，從而增強(qiáng)膠粉-瀝青界面相容性與結(jié)合強(qiáng)度。但到目前為止，采用接枝聚合改性膠粉制備膠粉改性瀝青的研究還未見報(bào)道。
試劑與儀器
基質(zhì)瀝青采用市售濱陽 70 號瀝青。40 目廢輪胎膠粉由天津海泰環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司提供，接枝改性前用環(huán)己烷洗滌并干燥后使用。苯乙烯、過氧化二苯甲酰、環(huán)己烷等均為市售分析純試劑。苯乙烯通過預(yù)處理去除阻聚劑，其余試劑未經(jīng)預(yù)處理。
主要實(shí)驗(yàn)儀器有英國 Kratos Analytical Ltd 生產(chǎn)的 Axis Ultra DLD 型 X 射線光電子能譜儀，美國瓦里安公司生產(chǎn)的 Infinityplus-300 固體核磁共振譜儀，中國上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司生產(chǎn)的 SYD-2810D 型針入度檢測儀，中國無錫市石油儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的
LYY-9A 型瀝青延伸度測定儀，以及中國上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司生產(chǎn)的 SYD-2806H型瀝青軟化點(diǎn)測定儀。中國上海亞榮生化儀器廠生產(chǎn)的RE-2000A型旋轉(zhuǎn)濃縮儀
基質(zhì)瀝青及改性瀝青的 25 ℃針入度按照 GB/T 4509-2010 測定、軟化點(diǎn)按照 GB/T4507-2014 測定，5 ℃延度按照 GB/T 4508-2010 測定，在延度儀上對樣品以 5 cm·min-1的速度進(jìn)行拉伸，直至斷裂，指針指示的標(biāo)尺讀數(shù)即為所測瀝青的延度。其中 25 ℃針入度和軟化點(diǎn)結(jié)果取 2 次測試平均值，5 ℃延度結(jié)果取 3 次測試平均值。
結(jié)論
1）采用乳液聚合的方式對廢輪胎膠粉進(jìn)行聚苯乙烯接枝改性，通過 XPS、13C NMR 等表征手段，證明了聚苯乙烯鏈段的成功接枝。
2）通過研究不同接枝率的膠粉改性瀝青 25 ℃針入度、軟化點(diǎn)和 5 ℃延度 3 個主要性能指標(biāo)的影響規(guī)律發(fā)現(xiàn)：隨著膠粉表面聚苯乙烯接枝率的增加，膠粉改性瀝青的 25 ℃針入度、5 ℃延度均呈先上升后下降的變化趨勢；軟化點(diǎn)則呈先下降后上升的變化趨勢。同時 25 ℃針入度、5 ℃延度、軟化點(diǎn)均在接枝率為 36%附近出現(xiàn)極值。此時，接枝膠粉改性瀝青的 5 ℃延度達(dá)到 11.0 cm，顯著高于未接枝膠粉改性瀝青和膠粉苯乙烯共混改性瀝青。
3）由于在廢輪胎膠粉表面接枝適量的聚苯乙烯鏈段，能夠顯著提高膠粉/瀝青界面層和界面過渡層的厚度。同時由于聚苯乙烯與瀝青中膠質(zhì)基團(tuán)的親和作用，使膠粉改性瀝青的界面層結(jié)合強(qiáng)度顯著提高，顯著改善膠粉改性瀝青的低溫延展性。
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