环保型废弃塑料改性沥青：挥发性有机化合物的抑制与风险缓解

《TRANSPORTATION RESEARCH PART D-TRANSPORT AND ENVIRONMENT》：Eco-friendly waste plastic modified asphalt: Volatile organic compounds suppression and risk mitigation

废塑料（LDPE和PP）及相容剂（DOM和FEO）对沥青VOCs排放及健康风险的影响研究表明，PP在抑制芳香烃类VOCs方面表现最优，使癌症风险降低80%；FEO相容剂可提升存储稳定性并有效抑制臭氧生成潜势和健康风险，而DOM相容剂虽增强卤代烃抑制但增加总体健康风险。研究为开发高性能低风险废塑料改性沥青提供理论框架。

　　本研究聚焦于废塑料和相容剂对沥青挥发性有机化合物（VOCs）排放及环境健康风险的影响。随着全球塑料污染问题的加剧，如何有效利用废塑料成为环保和可持续发展的关键课题之一。特别是在道路工程领域，废塑料作为沥青改性材料的应用不仅有助于减少白色污染，还能提升道路材料的性能。然而，废塑料的加入可能会改变沥青的VOCs排放行为，从而对环境和人体健康产生潜在影响。因此，研究废塑料与相容剂对沥青VOCs排放及健康风险的综合影响，具有重要的现实意义和理论价值。

在本研究中，选择了低密度聚乙烯（LDPE）和聚丙烯（PP）作为沥青的改性材料，并采用聚磷酸酸（PPA）与二辛基马来酸酯（DOM）或糠醛萃取油（FEO）复合制备的相容剂进行实验。研究发现，PP在抑制所有VOCs组分方面表现出全面的效果，尤其是在芳香烃类化合物的抑制上效果最佳。LDPE同样具有良好的VOCs抑制能力，但其在增加卤代烃类化合物排放方面存在一定的副作用。这两种废塑料材料都能显著降低沥青VOCs相关的环境健康风险，其中PP在降低癌症风险方面表现尤为突出，达到了80%的抑制效果。相比之下，基于FEO的相容剂不仅提升了改性沥青的储存稳定性，还有效提高了LDPE对总VOCs浓度的抑制率至56.2%，从而在降低VOCs的臭氧生成潜力和健康风险方面发挥了积极作用。

另一方面，基于DOM的相容剂虽然能够增强卤代烃类化合物的抑制效果，但同时也可能增加整体的环境健康风险。这表明，在选择相容剂时，需要综合考虑其对VOCs排放的抑制效果以及对环境和人体健康的潜在影响。研究进一步指出，FEO作为一种相容剂，不仅在提升沥青性能方面表现出色，还在环保方面具有显著优势，成为一种更为绿色的选择。这一发现为废塑料改性沥青的高效、低风险应用提供了理论依据和技术支持。

在实际应用中，废塑料改性沥青的制备和使用方式对VOCs的排放具有重要影响。例如，废塑料在高温下的氧化和分解过程可能会增加特定VOCs的排放量，从而影响整体的排放特征。因此，在进行沥青改性时，需要合理控制施工温度，以减少废塑料的热分解，从而降低VOCs的排放。此外，废塑料与沥青之间的相容性问题也是影响其性能和储存稳定性的关键因素。研究发现，即使在不同的颗粒尺寸下，废塑料与沥青之间仍然存在相分离现象，这可能导致改性沥青的性能下降。为了解决这一问题，研究者们尝试添加一些相容剂，如塑料接枝马来酸酐、反式辛烯和有机蒙脱石等，以提高废塑料与沥青的相容性，进而改善其储存稳定性和低温性能。

然而，尽管相容剂的加入可以提升沥青的性能，但其对VOCs排放行为的影响却变得更为复杂。研究指出，目前针对废塑料和相容剂对沥青VOCs排放行为及其健康风险影响的研究仍然较为有限，缺乏对排放特征和健康影响机制的深入探讨。因此，本研究不仅评估了废塑料和相容剂对沥青VOCs排放和环境健康风险的影响，还通过红外光谱等技术手段分析了其作用机制，为后续研究提供了新的思路和方法。

本研究的实验设计包括对不同废塑料和相容剂组合下沥青的物理性能进行评估，以及通过气相色谱-质谱联用（GC–MS）技术分析其VOCs排放行为和化学组成。结果显示，废塑料的加入显著提高了沥青的软化点，但同时降低了低温延展性和针入度，这表明废塑料在提升沥青高温性能方面具有优势，但可能对低温性能产生不利影响。通过对比不同相容剂的作用效果，研究发现基于FEO的相容剂不仅在提升沥青性能方面表现出色，还能有效降低VOCs的排放，从而在环保和健康方面具有双重优势。

此外，研究还探讨了废塑料和相容剂对沥青VOCs排放特征的影响机制。通过分析废塑料的表面特性、结晶度和疏水性，研究发现这些因素在一定程度上决定了其对VOCs的吸附能力。较大的比表面积和较低的结晶度通常意味着更强的吸附能力，从而有助于降低VOCs的排放。然而，废塑料在高温下的热分解过程也可能导致特定VOCs的增加，这需要在实际应用中加以控制和管理。

综上所述，本研究揭示了废塑料和相容剂对沥青VOCs排放和环境健康风险的综合影响。通过实验和分析，研究不仅验证了废塑料在抑制VOCs排放方面的有效性，还指出了相容剂在提升沥青性能和储存稳定性方面的重要作用。同时，研究也强调了在选择相容剂时需权衡其对VOCs排放和健康风险的潜在影响，以实现沥青改性材料的高效、低风险应用。这一研究成果为推动废塑料在道路工程中的绿色利用提供了重要的理论基础和实践指导，有助于在提升道路材料性能的同时，减少对环境和人体健康的潜在危害。