乙烯渣油瀝青的改性及表征
導讀:通過對其進行適宜的改性處理獲得具有特殊理化性質的特種瀝青，對高品質瀝青基炭材料的開發意義重大。鑒于此，本文采用常壓空氣氧化法對乙烯渣油瀝青進行改性處理，并利用元素
來源：未知
發布日期：2020-04-03 13:47【大 中 小】
瀝青作為炭材料的優質前驅體而被廣泛應用于儲能、建筑、航天等各個領域。近年來，以煤 焦油瀝青、石油瀝青為前驅體制備高品質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。通過對其進行適宜的改性處理獲 得具有特殊理化性質的特種瀝青，對高品質瀝青基炭材料的開發意義重大。鑒于此，本文采用常壓空 氣氧化法對乙烯渣油瀝青進行改性處理，并利用元素分析、FTIR、和 TGA 法考察常壓空氣氧化對乙 烯渣油瀝青的熱聚合行為的影響，也為高品質乙烯渣油瀝青基炭材料的制備提供一定的理論依據。
實驗部分
上海昌吉地質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釜中，以 5℃/min 的升溫速率加熱至預定反應溫度 （365 ℃～380 ℃），反應過程中調節空氣流量為 8L/h～32L/h，在一定反應時間（4 h～7 h）內進行 空氣氧化聚合反應。待反應結束后，自然冷切至室溫，取出反應釜中的剩余物，即為改性后的乙烯渣 油瀝青。通過單因素（反應溫度，反應時間，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）。
瀝青的工業分析
瀝青的工業指標軟化點（SP）、喹啉不溶物（QI）、結焦值（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 公司生產的 Vario EL Ⅲ型元素分析儀上進 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 光譜儀對乙 烯渣油瀝青、改性瀝青進行 FTIR 光譜測試。
乙烯渣油瀝青與改性瀝青的熱穩定性研究
乙烯渣油瀝青與改性瀝青的 TGA 分析在上海昌吉瀝青運動粘度計分析儀上完成測 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）。
隨著反應時間的增加，改性瀝青的 SP、QI、CV 和 TI 均呈現增加的趨勢。當反應 時間為 4 h～6 h 時，SP、CV 隨著時間的增加呈直線上升狀態，QI 值增長趨勢相對平緩，收率下降明 顯。說明在分子聚合的同時瀝青中輕組分隨著空氣不斷逸出體系外。隨著反應時間的進一步延長， 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，當大分子含量增多達一定程度時，分子 間聚合難度增加。當反應時間為 6 h 時，改性瀝青結焦值高達 75.38%，收率下降 15%左右，考慮到成 本及改性瀝青出現成焦趨勢，確定最佳反應時間為 5 h。
空氣流量的增加，SP、QI、CV、TI 都有所增加。當空氣流量小于 24 L/h 時， 改性瀝青的各項性質指標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溫度下，隨著時間的延長反應不斷加劇，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化所引起的。當空氣流 量大于 24 L/h 時，瀝青性質指標和收率變化較小。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。 通過單因素實驗可知，常壓空氣氧化聚合法制備優質改性瀝青的反應溫度為 370℃，反應時間為 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%。
結論
以乙烯渣油瀝青為原料，上海昌吉地質儀器有限公式通過單因素考察法對其進行常壓空氣氧化聚合處理，并對瀝青的基礎物 性、分子結構和熱穩定性研究可得出如下結論：
（1）利用單因素法考察得，反應溫度、反應時間和空氣流量對改性瀝青的性質和收率有很大影 響。當反應溫度 370 ℃，反應時間為 5 h，空氣流量為 24 L/h 時，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包覆瀝青和 可紡瀝青。
（2）通過對乙烯渣油瀝青和改性瀝青的元素分析、分子結構和熱穩定性研究可知，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， 促使稠環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定性。
