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改性橡胶粉在保温墙体砌块中的应用

时间:2015-04-23 来源:中国轮胎循环利用网 点击:

王多孝1 刘永涛2 张亚利2

(1.绵阳锐洋新材料技术开发有限公司 四川绵阳621000;2.西南科技大学,四川绵阳621010)

摘  要:本文研究了物理化学改性对橡胶粉结构、亲水性能的影响,讨论了改性橡胶粉掺杂对保温墙体绝热性能的影响,为废旧轮胎橡胶粉寻找到了一条大批量、安全、资源化利用的新途径。

关键词:橡胶粉;物理化学改性;性能;保温墙体砌块

1. 实验

1.1 实验原料与药品

废弃轮胎橡胶粉,平均粒径75 μm(绵阳锐洋新材料技术开发有限公司),氢氧化钠、正硅酸乙酯(TEOS)、乙醇、氨水(均为分析纯,成都市科龙化工试剂厂)。

1.2 试验方法

将橡胶粉用10%(w/w,100%)的氢氧化钠处理后过滤、洗涤、烘干,然后将其置于超声场(KQ3200DE,中国舒美公司)中分散10 min后分别滴入一定量的正硅酸乙酯(TEOS)与氨水(V乙醇:V氨水=100:1),在室温条件下搅拌一定时间后抽滤、干燥得到改性橡胶粉。将此改性橡胶粉以一定比例掺和到粉煤灰、磷石膏等硅酸盐中,发酵、蒸压得到改性橡胶粉掺杂保温墙体砌块。

1.3 样品表征

用傅立叶变换红外光谱仪(4000~400 cm-1,Spectrum One型,美国Perkin Elmer公司)进行红外光谱测定分析橡胶粉表面改性情况;用同步热分析仪(升温速率10 K/min,25~800℃,空气氛围,SDTQ600型,美国TA Instruments公司)考察橡胶粉裂解过程;扫描电子显微镜(加速电压1~20 kV,电流1~15 mA,EVO18,德国Zeiss公司)观察橡胶粉表面形貌;使用光学接触角测量仪(DSA30型,德国Kruss公司)测量其接触角。采用国家标准(GB 11968-2006、GB 6566-2010)测试砌块物理力学性能及放射性。

2. 结果与讨论

2.1 改性条件

图1、图2分别是反映TEOS用量(橡胶粉与TEOS质量比)及反应时间与活化指数的关系曲线。从图中可以看出,活化指数随TEOS用量的增加而逐步减小,当橡胶粉与TEOS的质量比为2:1时,活化指数降低到1.8%,继续增大TEOS用量,活化指数降低程度趋缓。活化指数随着改性时间的延长而逐渐减小,但6 h后,活化指数基本保持不变。这是由于反应初期,体系中TEOS和氨浓度都比较大,TEOS水解反应比较迅速,在6 h之后,TEOS基本水解完毕,反应趋于完全。


2.2 改性橡胶粉结构与性能

图3是改性前后橡胶粉的SEM图。从图中可以看出,未改性的橡胶粉颗粒表面光滑,而改性后的橡胶粉表面粗糙。这是由于TEOS改性后的橡胶粉颗粒表面生成一层连续状物质涂覆在颗粒表面,形成了较多的SiO2无机物并产生团聚吸附在颗粒表面。

 
图4为橡胶粉改性前后的FTIR图谱及其差值谱线。图中a为未改性橡胶粉红外光谱,其中除3434.06 cm-1与1631.35 cm-1处的羟基(-OH)伸缩振动吸收峰和H-O-H弯曲振动峰外,有明显的橡胶特征峰,2917、2852 cm-1处为亚甲基(CH2)的不对称伸缩振动吸收峰与对称伸缩振动峰;在1400 cm-1附近处有一劈裂峰分别为1384.96 cm-1处的甲基(CH3)对称变形振动峰与1400.40 cm-1的亚甲基(CH2)反对称变形振动峰,可推断出橡胶粉可能为天然橡胶(NR)、异戊橡胶(IR)、乙丙橡胶(ER)或几种混合橡胶粉。而从875.6 cm-1处的少量3,4-聚异戊二烯的亚乙烯基的C-H面外变形振动峰可以推断橡胶粉中含有天然橡胶(NR)。

 

图4 改性前(a)、后(b)橡胶粉的红外光谱图及差谱(c)

图5为改性前、后的橡胶粉对水的润湿接触角。从图中可以看出,改性前、后橡胶粉对水的平均润湿角分别为96°与23°。经TEOS改性的橡胶粉亲水性明显得到改善。这主要是由于改性后橡胶粉表面形成了一层-Si-O-Si-网络结构的SiO2,而SiO2呈极性、亲水性强,且存在着大量羟基基团。这样将此改性橡胶粉掺杂到硅酸盐材料中制备墙体砌块,在可以提高蓄热能力与保温性能同时不至于对其力学性能造成损失。

 
图5 水对改性前(a)、后(b)橡胶粉的接触角

2.3 改性橡胶粉掺杂保温墙体砌块性能

改性橡胶粉掺杂可以大幅度降低砌块的传热系数,从而增强砌块保温性能,图6为橡胶粉掺杂量与砌块传热系数的关系,由图可以看出,橡胶粉掺杂量以6%(质量)合适。


图6 改性橡胶粉掺量对试块导热系数的影响

改性橡胶粉掺杂量为6%的保温墙体砌块采用国家标准(GB 11968-2006、GB 6566-2010)测试砌块物理力学性能及放射性,测试结果见下表1。从表中可以看出,砌块强度、抗冻性能、保温性能、放射性等指标远优于国家标准。同时与未掺杂橡胶粉的砌块比较,体积密度远低于对照值(587 kg/m3),这是由于我们将改性橡胶粉掺入到磷石膏、粉煤灰等原材料中不再使用水泥而改用水玻璃,水玻璃的用量仅为3%(质量),远低于水泥用量(10%,质量)所致。改性橡胶粉掺杂砌块的构件蓄热系数、构件传热系数与未掺杂橡胶粉的砌块比较,分别提高和下降了16%与13%,这是由于橡胶粉本身的蓄热与保温性能所致。

3. 结论

通过物理化学改性,提高了橡胶粉的亲水性能,扩展了橡胶粉的应用范围;将改性橡胶粉掺杂到粉煤灰、磷石膏中制得保温墙体砌块,可以大幅度降低砌块体积密度,提高其保温性能,达到多种废物资源化一体化综合利用。

 

作者简介:

王多孝,男,绵阳锐洋新材料技术开发有限公司法人代表、总经理。王多孝先生1982~1985年供职于绵阳市金属回收公司,1985~1988年供职于重庆特殊钢厂,1988年创立锐洋金属回收公司,2010年创立绵阳锐洋新材料技术开发有限公司,致力于废轮胎回收利用技术研究与生产实践。

 

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