超支化聚合物在煤液化残渣复合防水材料中的应用与研究

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随着国内建筑业的飞速发展,对建筑防水材料的要求也日益提高,聚合物改性沥青防水卷材因其优异的性能成为公认的优质防水材料之一,但由于其成本过高,一定程度上制约了其推广应用。弹性体(SBS)改性沥青防水卷材因具有良好的高温抗流淌、低温抗裂性能在屋面防水工程中得到了广泛的应用。SBS在防水卷材生产过程中必须通过胶体磨的研磨才能溶于沥青中,但这会严重影响生产效率。为了解决这一缺陷,本研究选用末端含有大量碳碳双键和少量羟基的超支化聚酰胺-酯作为改性沥青材料的改性物质。(1)超支化聚酰胺-酯的合成及结构表征以三羟甲基丙烷为核分子,N,N-二羟乙基-2-羧基苯甲酰胺酯为AB2单体,合成G2、G3、G4超支化聚酰胺-酯,并对其进行了IR、粘度、元素分析等手段表征了合成产物的结构及性质。结果表明合成的产物具有较窄的分子量分布和较高的支化度,分子末端具有数量众多的活性端羟基,是一种极具潜力的改性材料。(2)端羟基超支化聚酰胺-酯的改性采用丙烯酸甲酯与端羟基的超支化聚酰胺-酯反应,得到了末端含有大量碳碳双键和少量羟基的超支化聚酰胺-酯,并对其进行了羟值测定,剩余羟基数目估算等方法,证明了改性后的超支化聚酰胺-酯是一种末端含有大量双键和少量羟基的超支化聚合物。为提高超支化聚酰胺-酯改性沥青的耐热性和低温柔性,本文将超支化聚酰胺-酯与SBS复合用于沥青改性,研究了不同代数的超支化聚酰胺-酯对改性沥青性能的影响,同时对超支化聚酰胺-酯/SBS复合改性沥青及涂盖料的物理性能进行了研究。本论文研究了超支化聚酰胺-酯对改性沥青针入度、软化点、弹性恢复率和低温柔性的影响。分别得到了G2、G3、G4的最佳掺量。随着我国煤制油工业的发展,我国煤液化残渣的产出量近几年急剧增长,煤液化残渣的有效经济利用己成为研究热点。将煤液化残渣制作改性沥青,既可回收利用煤液化残渣,又能有效地保护环境。但单一煤液化残渣改性沥青难以满足防水材料的性能要求,如能将煤液化残渣与SBS复合用于沥青改性,则可制备出满足性能要求的防水材料,这既可降低防水卷材的成本,又能保护环境,具有较大的经济、社会和环境效益。煤液化残渣改性沥青不仅提高沥青性能,还可废物再利用,深入开展煤液化残渣改性沥青的研究十分重要。煤液化残渣吸收基质沥青中的软组分发生溶胀,并与软组分形成界面层,界面层与胶质形成界面过渡层,胶质吸附胶团填充于煤液化残渣的网络结构当中,形成三维网络结构,同时网络节点使得改性沥青中的胶团自由移动受阻,从而使得沥青的性能得到改善。本文首先对煤直接液化残渣基本性质进行分析,然后探讨煤液化残渣加入量、10#和100#基质石油沥青的加入比例和填料的加入量等因素对改性沥青性能的影响,得出改性沥青制备的最优工艺条件,并探讨出了煤液化残渣的最大掺量。通过将G4代超支化聚合物与四种煤液化残渣01、05、07、08复合使用改性沥青,测试其改性沥青半成品的各项物理性能,得到了四种符合国标要求的改性沥青配方,将四种改性沥青涂覆于聚酯胎基表面,制成防水卷材,并对防水卷材的各项性能进行了测试,测试结果显示各项指标均符合要求,因此说明我们对煤液化残渣的改性是比较成功的。通过傅里叶红外谱图分析发现这四种煤液化残渣的谱图非常相似,说明这四种残渣所含物质差别不大,只是各物质所占的比例不同,而且煤液化残渣的软化点较低,加之低的灰含量,使得它与沥青具有良好的相容性。聚氨酯材料是一种新兴的有机高分子材料,可以应用在国民生活的各个领域,一直备受着企业和专家们的关注。以煤液化残渣粉为填料,聚氨酯为基料,研究了四种煤液化残渣粉含量对聚氨酯防水材料力学性能、断裂伸长率、拉伸强度和低温弯折等性能的影响。结果表明,煤液化残渣替代聚氨酯防水涂料乙组分中无机组分可满足国家标准规定的防水材料要求,煤液化残渣粉粒径越小,材料力学性能越好,且具有良好的耐热特性及耐低温性能。
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