CN110108865A - 一种废机油对沥青材料的改性机理研究方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种废机油对沥青材料的改性机理研究方法，属于沥青材料技术领域。所述方法包括如下步骤：获取改性前沥青和改性后沥青的红外光谱、分子量和形貌图；对所述红外光谱、分子量和形貌图进行分析；将外光谱、分子量和形貌图作为参数，建立数学模型，通过数学模型综合分析改性前后沥青的各个微观机理之间的联系。本发明的方法系统、全面、直观，为废机油改性沥青的充分合理应用奠定基础。
Description
技术领域
本发明属于沥青材料技术领域，具体涉及一种废机油对沥青材料的改性机理研究方法。
背景技术
随着我国政府关于建设资源节约和环境友好型社会方针的实施，提升沥青路面使用性能，延长沥青路面的使用寿命显得越发重要。目前我国每年产生废机油3000万吨，处理方式也较为粗放，处理方法包括丢弃、焚烧、回收利用等，废机油回收利用率只有20%，大量丢弃的废机油不仅对环境造成了巨大破坏而且对人类身体健康产生巨大危害。
众多研究者将废机油用作改性剂加入基质沥青或成品SBS改性沥青可以有效提高沥青材料的抗疲劳破坏性能，抗低温开裂性能。但目前对废机油作为改性剂与沥青之间的改性机理并不是十分清楚，研究者们对废机油改性沥青的改性效果多停留在宏观层次上，或对单一方面的从微观方向上对改性机理进行研究，存在对废机油沥青改性机理缺少系统性、全面性研究的问题。
发明内容
针对现有问题的不足，本发明目的是提供一种废机油对沥青材料改性机理的研究方法，以解决现有技术中存在的废机油对沥青材料的改性机理研究方法过于单一片面的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
一种废机油对沥青材料的改性机理研究方法，所述方法包括如下步骤：
获取改性前沥青和改性后沥青的红外光谱、分子量和形貌图；
对所述红外光谱、分子量和形貌图进行分析；
将外光谱、分子量和形貌图作为参数，建立数学模型，通过数学模型综合分析改性前后沥青的各个微观机理之间的联系。
进一步的，所述改性后沥青的制备方法包括：通过高温剪切方法掺和一定比例的废机油和改性前沥青制备得到改性后沥青。
进一步的，所述红外光谱的分析方法包括：
通过比较改性前沥青和改性后沥青的特征官能团的红外光谱吸收峰谱带的变化来定性分析改性前后沥青特征官能团的种类变化；
通过对特征官能团吸收峰进行积分，计算其中一种官能团与另一种官能团的吸收峰积分比值，定量评价改性前后沥青官能团的含量变化。
进一步的，所述分子量的分析方法包括：
计算改性前沥青和改性后沥青的数均分子量、重均分子量，确认改姓前后沥青的分子量大小的变化；
对改性前沥青和改性后沥青的凝胶色谱图上的淋出时间进行划分，以淋出时间由小到大分布划分为大粒径分子、中粒径分子、小粒径分子，确认改性前后沥青中不同粒径分子量分布变化。
进一步的，所述形貌图的分析方法包括：
计算改性前沥青和改性后沥青蜂形结构的数量、比较蜂形结构对尺寸大小；
根据改性前沥青和改性后沥青的形貌均方根粗糙度、峰密度指数、表面承载系数来分析改性前后沥青微观形貌变化。
进一步的，所述红外光谱通过傅里叶红外光谱仪测定；所分子量通过渗透凝胶色谱仪测定；所述形貌图通过原子力显微镜观测。
进一步的，所述红外光谱数据通过OMNIC软件进行分析；分子量通过Empower软件进行分析；所述形貌图通过WSXM5.0软件进行分析。
进一步的，所述数学模型通过Origin软件建立。
进一步的，所述沥青官能团含量变化可采用改性指数I（I=改性后官能团比值/改性后官能团比值）作为指标评价改姓效果。
进一步，所述改姓前后沥青分子量，可采用相对分子质量分布指数D（D= Mw/ Mn）进行评价分子量分布的宽度及多分散性。
进一步，所述淋出时间划分时，对各个粒径的分子在色谱图上进行积分，通过计算所占总积分比例的变化评价不同粒径的分子量分布变化。
进一步，所述评价微观形貌变化时，平面图中的蜂形结构对应着3D图中的波峰和波谷。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过在研究方法中引入获取改性前沥青和改性后沥青的红外光谱、分子量和形貌图数据，系统、全面的从多个角度对废机油沥青的改性机理进行了评价；该方法实验普及率较高，成熟度完善，有助于研究者们试验应用；有助于废机油沥青的研究和应用，助力绿色交通发展。
附图说明
图1为废机油和沥青在不同废机油掺量下的红外光谱图中官能团吸收峰对比；
图2为红外光谱上官能团对应的吸收峰面积计算示意图；
图3为将沥青渗透凝胶色谱图淋出时间进行划分后的示意图；
图4为不同废机油掺量的某种沥青的微观形貌图，其中，（4a）为改性前沥青的微观形貌图；（4b）为改性后的微观形貌图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
一种废机油对沥青材料改性机理的研究方法，具体实施步骤如下：
（1）选取改性前沥青，确定废机油的掺入比例；
（2）制备改性后沥青，制备过程为：选取一定质量的改性前沥青，然后将改性前沥青放入烘箱中150℃加热至流动状态，将流动状态的改性前沥青倒入高速剪切乳化机恒温套筒中，维持温度为160℃，掺入一定比例的废机油，制备得到改性后沥青。
对不同掺量的改性后沥青的制备，转速都控制在4000r/min，持续时间为20min，制备完成后在放在室内阴凉处存放；
（3）使用傅里叶红外光谱仪测定所有改性前沥青和改性后沥青样品的红外光谱，结果如图1所示，测试条件为：使用溴化钾涂片法、波长扫描范围为4000-400cm-1。采用OMNIC软件分析数据，通过比较沥青特征官能团红外光谱吸收峰谱带的变化来定性分析改性前后官能团的种类变化。如图2所示，光谱对应数值采用吸光度，对特征官能团吸收峰进行积分，通过计算一种官能团与另一种官能团的吸收峰积分比值，定量评价改性前后官能团含量变化；
（4）使用渗透凝胶色谱仪测定所有改性前沥青和改性后沥青样品的分子量，测试条件为：载体溶剂采用四氢呋喃、试验温度为40℃、四氢呋喃的泵流速度为1.00ml/min、进样量为50μL、运行时间35min、仪器折射率差为2414、波长为800nm。采用三柱串联，分别为HR4、HR1、HR0.5，排除的分子量分别为100–5000g·mol−1，500–30000g·mol−1和5000–500000g·mol−1。采用Empower软件分析数据，通过计算数均分子量(Mn)，重均分子量(Mw)的大小，确认改性前后沥青分子量大小的变化。如图3所示，在沥青凝胶色谱图上通过将沥青分子的淋出时间进行划分，将淋出时间等分为9等份，由小到大分为大粒径分子（LMS）、中粒径分子（MMS）、小粒径分子（SMS），确认改性前后沥青中不同粒径分子量分布变化；
（5）使用原子力显微镜观测所有改性前沥青和改性后沥青样品的形貌图，结果如图4所示，测定模式为轻敲模式，扫描范围50μm x50μm。采用WSXM5.0软件分析，计算蜂形结构的数量和比较大小，计算形貌均方根粗糙度、峰密度指数、表面承载系数等指标量化表现微观形貌变化；
（6）通过origin建立数学模型综合分析废机油改性沥青的各个微观机理之间的联系，深入揭示废机油对沥青材料的改性机理。
本发明借助傅里叶红外光谱（FTIR）、渗透凝胶色谱(GPC)、原子力显微镜(AFM)从官能团变化、分子量变化、微观形貌变化综合分析废机油对沥青的改性效果，揭示废机油对沥青的改性机理。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种废机油对沥青材料的改性机理研究方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
获取改性前沥青和改性后沥青的红外光谱、分子量和形貌图；
对所述红外光谱、分子量和形貌图进行分析；
将外光谱、分子量和形貌图作为参数，建立数学模型，通过数学模型综合分析改性前后沥青的各个微观机理之间的联系。
2.根据权利要求1所述的一种废机油对沥青材料的改性机理研究方法，其特征在于，所述改性后沥青的制备方法包括：通过高温剪切方法掺和一定比例的废机油和改性前沥青制备得到改性后沥青。
3.根据权利要求1所述的一种废机油对沥青材料的改性机理研究方法，其特征在于，所述红外光谱的分析方法包括：
通过比较改性前沥青和改性后沥青的特征官能团的红外光谱吸收峰谱带的变化来定性分析改性前后沥青特征官能团的种类变化；
通过对特征官能团吸收峰进行积分，计算其中一种官能团与另一种官能团的吸收峰积分比值，定量评价改性前后沥青官能团的含量变化。
4.根据权利要求1所述的一种废机油对沥青材料的改性机理研究方法，其特征在于，所述分子量的分析方法包括：
计算改性前沥青和改性后沥青的数均分子量、重均分子量，确认改姓前后沥青的分子量大小的变化；
对改性前沥青和改性后沥青的凝胶色谱图上的淋出时间进行划分，以淋出时间由小到大分布划分为大粒径分子、中粒径分子、小粒径分子，确认改性前后沥青中不同粒径分子量分布变化。
5.根据权利要求1所述的一种废机油对沥青材料的改性机理研究方法，其特征在于，所述形貌图的分析方法包括：
计算改性前沥青和改性后沥青蜂形结构的数量、比较蜂形结构对尺寸大小；
根据改性前沥青和改性后沥青的形貌均方根粗糙度、峰密度指数、表面承载系数来分析改性前后沥青微观形貌变化。
6.根据权利要求1所述的一种废机油对沥青材料的改性机理研究方法，其特征在于，所述红外光谱通过傅里叶红外光谱仪测定；所分子量通过渗透凝胶色谱仪测定；所述形貌图通过原子力显微镜观测。
7.根据权利要求1所述的一种废机油对沥青材料的改性机理研究方法，其特征在于，所述红外光谱数据通过OMNIC软件进行分析；分子量通过Empower软件进行分析；所述形貌图通过WSXM5.0软件进行分析。
8.根据权利要求1所述的一种废机油对沥青材料的改性机理研究方法，其特征在于，所述数学模型通过Origin软件建立。
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