饱和、芳烃、树脂和沥青的燃烧特性外文翻译资料

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饱和、芳烃、树脂和沥青的燃烧特性

摘要

为进一步了解沥青粘结剂在组分水平上的燃烧特性, 首先从沥青粘结剂中分离出四个组分, 如饱和度、芳烃、树脂和沥青 (萨拉)。然后利用热重傅里叶变换红外光谱 (TG-FTIR) 研究了每个萨拉分数的燃烧特性和释放挥发物, 观察了燃烧残渣的微观形貌特征。结果表明, 芳烃和树脂的含量高于饱和和沥青。每个萨拉分数的燃烧过程包含两个主要的质量损失阶段。在燃烧温度范围、最大热质量损失温度、质量损失率以及各燃烧阶段的质量损失等方面, 萨拉分数存在明显差异。从饱和到沥青, 热性能变得越来越稳定。从低温到高温, 萨拉馏分的主要燃烧温度范围表现出明显的梯度分布特征。此外, 从每个萨拉分数释放的挥发物由不同种类的碳氢化合物化合物和气态产物组成。每个萨拉分数的不同燃烧阶段的挥发性成分有较大的差异。然而, 二氧化碳和水总是两个主要产品在不同的燃烧阶段的每个萨拉分数。最后, 从饱和到沥青, 萨拉馏分燃烧后的炭化层完整性变得越来越好。认为沥青粘结剂的燃烧性能在组分水平上得到进一步的理解。

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关键词:

沥青粘结剂

萨拉分数

燃烧性能

热稳定性

燃烧残渣

导言

沥青粘结剂作为一种建筑材料, 在建筑防水、路面粘结剂、管道防锈剂等方面得到了广泛的应用。[1].沥青在路面工程中的应用[2].沥青路面由于具有驾驶舒适、噪音低、抗滑性能好、施工周期短、维修方便等优点, 在公路隧道中得到了广泛的应用。[3].然而, 当火灾发生时, 由于交通事故, 隧道内的温度在很短的时间内达到 1000 C。[3].认为沥青路面的燃烧行为在隧道火灾中起着重要作用, 释放出大量的烟雾和热量。[4].这是因为沥青粘合剂是由碳氢化合物和 nonhydroc-rbons, 是易燃的在大约 300 C[4].

在沥青粘结剂燃烧过程中, 释放出大量的有毒烟气, 包括无机气、有机挥发性化合物、悬浮颗粒、挥发后 condens-tion-l 雾等。[5].这些气态产品比火本身更有害于人类。[6].据报道, 85% 的火灾死亡是因为吸入有毒烟雾[7].这就造成了可怕的火灾隐患, 阻碍了被困人员的逃生, 给消防员的消防救援工作带来了巨大的困难, 这可能在隧道火灾中造成重大的经济损失和伤亡。因此, 有必要进一步研究沥青粘结剂在组分水平上的燃烧特性。

近年来, 许多研究人员对沥青粘结剂在高温下的热分解问题进行了研究。张等。[8]研究了脱沥青的热解、燃烧和气化行为。将沥青粘结剂的质量损失过程分为三个阶段。采用气 chrom-togr-phy–m-ss 光谱仪结合技术研究了沥青热解的存在和缺水情况。[9].结果表明, 热解是沥青转化过程的第一步。用 TG 和极限氧指数试验分析了不同类型沥青粘结剂[10].结果表明, 沥青粘结剂的可燃性和烟气排放与萨拉馏分的组成有关。

徐等。[11]分析了沥青粘结剂的热分解特性, 指出沥青粘结剂的燃烧过程是多级的。张等。[12]通过水平燃烧和 dec-brombromodiphenyl 试验, 评价了混合型乙烷和三氧化二锑对环氧改性沥青粘结剂阻燃性能的影响。此外, 一些研究人员还研究了单或复合阻燃剂对沥青粘合剂燃烧的影响, 发现复合阻燃剂对沥青粘合剂的燃烧性能有显著影响。[13].V-rfolomeev 等。[14]分析了五种不同原油的萨拉馏分, 分别用燃烧量热法和热解技术对其燃烧行为和动力学进行了研究。同时还报道了用差分扫描量热法 (DSC) 和热重 (TG-) 方法对稠油及其萨拉馏分进行热解的研究。[15].

目前, 隧道火灾中沥青路面的燃烧问题引起了越来越多的关注。[16].Puente 等。[17]用锥形量热计和 FTIR 评价了两种不同路面对火焰生长和有毒气体的贡献。Bon-ti 等。[18]利用锥形量热计研究了不同类型沥青混合料在不同辐射热通量下的热性能和燃烧行为。徐等。[19]用水平燃烧法和直接燃烧试验评价了阻燃剂对沥青粘合剂燃烧性能的影响。这些研究成果为隧道路面沥青的应用提供了重要的参考依据。沥青粘结剂含有大量复杂成分, 在燃烧过程中会发生平行和连续反应。因此, 沥青粘结剂的燃烧反应极为复杂。[20].目前对沥青粘结剂燃烧性能的研究是在热分析实验的基础上进行的, 沥青粘结剂通常被认为是单组分整体材料。沥青粘结剂作为一种多组分高分子材料, 是由碳氢化合物和杂原子组成的。四一般萨拉组分通常被分离从沥青粘合剂[21].采用这种分离方法对不同原油来源的重质原油化学成分进行了分析。[22].萨拉馏分理化性质存在明显差异, 对沥青粘结剂的燃烧性能有显著影响。[23].在此基础上, 对基于萨拉馏分热分解的沥青粘结剂的燃烧行为进行了研究, 很少讨论萨拉馏分的梯度分布特征。因此, 在不了解各萨拉馏分的热分解性能的情况下, 很难揭示沥青粘结剂的燃烧本质。

在我们以前的工作中[24], 分别用 TG 和 FTIR 讨论了萨拉馏分的物理化学性质和热解特性。利用 TG-FTIR 联合技术对沥青粘结剂中各萨拉馏分的燃烧行为进行了研究。我们没有参与沥青粘结剂中每个萨拉分数的燃烧性能, 也没有在每个萨拉分数的燃烧过程中确定释放挥发物的成分。本研究的目的是进一步了解沥青粘结剂的燃烧特性, 从每个萨拉馏分燃烧特性的新角度来识别释放挥发物的成分。这对沥青粘结剂在着火时的燃烧机理提供了深刻的见解。

本研究首先从 高粘 沥青粘结剂中分离出萨拉馏分, 然后利用 TG-FTIR 联合技术研究了各萨拉馏分及其释放挥发物的燃烧特性。分别讨论了每个萨拉分数的热稳定性, 分析了不同燃烧阶段的温度梯度分布特征。另外, 分别确定了不同燃烧阶段各萨拉馏分释放出的气态挥发成分。最后, 利用场发射扫描电镜 (FESEM) 观察了各萨拉馏分燃烧残余物的微观形貌特征, 进一步了解了萨拉馏分和沥青粘结剂的燃烧机理。认为沥青粘结剂的燃烧特性在组分水平上得到了较好的理解, 为沥青粘结剂的阻燃性能的发展提供了依据。

2. 实验

2.1. 材料

从大韩民国 SK 公司获得了高粘度沥青粘结剂。对沥青粘结剂的基本物理性能进行了测试, 并给出了试验结果。表1.

2.2. 方法

2.2.1. 萨拉分数分离

本研究根据我国沥青化学成分试验方法 (T0618), 从 highviscosity 沥青粘结剂中分离出四个萨拉馏分. 公路工程沥青和沥青混合料标准试验方法 (JTG E20211), 是类似于 -STM D4124-09。分离法的原理是以不同的溶液中的萨拉馏分为基础, 不同的溶剂中氧化铝的吸附能力与不同的萨拉馏分的差异。实验流程图显示在图1.每个萨拉分数的内容和外观给出了表2.

表1

高粘度沥青粘结剂的基本物理性能。

表2

沥青粘结剂中萨拉馏分的含量和形貌。

2.2.2. 热红外光谱测试

采用 TG 分析仪 (NETZSCH ST- 409 PC/PG) 与 FTIR 光谱仪 (TG-/FT IR Nicolet-IZ10) 结合, 研究了各萨拉分数的燃烧特性。在恒定温度下加热 225 C 的短传输管。在这项工作中, 输入气体由21% 氧和79% 氮气组成, 流速为120毫升/分. 在 TG 分析试验之前, 大约10毫克的样品被放在氧化铝坩埚中。样品加热从 40 c 到 800 c, 加热速率为 10 c/分钟。清除气体为 N2流速为40毫升/分钟。在正式试验之前, 进行了温度和平衡的标定, 并对实验结果进行重复性检验的初步实验3次。结果表明, TG 和 DTG 曲线叠加完美, 误差可接受, 进行了形式化实验。同时, 将每一个萨拉分数的燃烧挥发物直接引入到气体电池中进行 ftir 分析, 并通过 ftir 光谱法对释放气体产物的成分变化进行了监测。光谱以4厘米的分辨率收集。1.上述所有测试数据都自动保存在网上。

2.2.3. FESEM 试验

为了更好地了解每一个萨拉分数的燃烧特性, FESEM (JEM-7600F 型, JEOL, 日本) 被用来研究每个萨拉分数燃烧残留物的微观形态特征。每个萨拉分数的燃烧残渣首先固定在铝样存根上, 并在真空条件下溅射金。然后, 样品室被打开, 以放置燃烧残渣。最后, 利用 FESEM 的电子探测器, 对其形貌进行了观测。

3. 结果和讨论

3.1. 每个萨拉分数的热稳定性

为了直观地比较每个萨拉分数的燃烧特性的差异, 在其燃烧过程中, 每个萨拉分数的 TG-DTG 曲线说明了图2分别.

从图2沥青粘结剂的每个萨拉分数在燃烧过程中有两个主要的质量损失阶段。然而, 在其热分解温度范围、最大热质量损失温度、质量损失百分比和各燃烧阶段的质量损失率方面, 萨拉分数之间存在明显差异, 如表3.这些特征参数是使用附加到 TG 测试系统的分析软件自动提供的。

从图2和表3, 指出了在第一燃烧阶段, 饱和度的主要质量损失。这是因为饱和烃主要成分包括环烷烃和烷烃, 在高温下容易分解为短链烷烃。当温度达到约 228 C 时, 一小部分轻质元件被释放出来燃烧。随着温度的不断升高, 脂肪烃在饱和时的烷基侧链断裂, 产生一些短链烷烃和气态产物。[25].

当温度进一步升高时, 生成的 shortch-in 烷烃再次分解, 甚至一些相对稳定的组成也开始开裂反应。这导致了大量气体产品的排放和在空气中的燃烧。因此, 该阶段的质量损失较大, 燃烧速度快得多, 如图2.在二次燃烧阶段, 最大的质量损失主要是由于在前燃烧阶段产生的查林层进一步燃烧。[26].

图2。沥青粘结剂中萨拉馏分的 TG-DTG 曲线。

表3

每个萨拉分数的 TG 测试的特征参数。

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