化學(xué)助劑對(duì)星形ＳＢＳ瀝青的改性研究
范春華 陳穎娣 丁昊 江國其 章波
（湖北國創(chuàng)高新材料股份有限公司 武漢 ４３００７４）
摘要：采用助劑制備一種反應(yīng)性星形ＳＢＳ改性瀝青，研究助劑加入量為０．６％時(shí)，改變剪切時(shí)間和穩(wěn)定劑加入時(shí)機(jī)對(duì)星形ＳＢＳ瀝青高低溫及熱儲(chǔ)存性能的影響，對(duì)比其與完全剪切工藝所得改性瀝青性能差異。結(jié)果表明：助劑加入量為０．６％時(shí)，改性瀝青的軟化點(diǎn)、延度、老化延度均是隨著剪切時(shí)間增加先變好后變差，剪切時(shí)間為４ｍｉｎ時(shí)，改性瀝青的綜合性能最好；穩(wěn)定劑后期加入為佳；加入助劑和高速剪切制得的改性瀝青的高低溫性能和儲(chǔ)存穩(wěn)定性相當(dāng)，改性效果與原瀝青的組分組成有關(guān)。
關(guān)鍵詞：助劑 星形ＳＢＳ 改性瀝青 高速剪切
多烷基苯酚二硫化物作為一種活化劑在橡膠行業(yè)應(yīng)用較多，起著對(duì)膠粉脫硫，使大分子降解、提高膠粉塑性的作用［１］。多烷基苯酚二硫化物在瀝青中多是應(yīng)用在膠粉對(duì)瀝青的改性中。本文將多烷基苯酚二硫化物引借在ＳＢＳ改性瀝青中，作為助劑，起著細(xì)化ＳＢＳ的作用，免去了高速剪切設(shè)備或通過簡(jiǎn)單剪切即可制備出具有好的高溫穩(wěn)定性、低溫柔韌性、彈性恢復(fù)性能的改性瀝青。陳穎娣、范春華等［２］探索的是化學(xué)助劑對(duì)線性ＳＢＳ改性瀝青的一種制備方法：由瀝青、線性ＳＢＳ、助劑、穩(wěn)定劑加熱攪拌而成。文章闡述助劑加入量為０．６％時(shí)，改性瀝青綜合性能最佳。在此基礎(chǔ)上，本文研究的是化學(xué)助劑對(duì)星形ＳＢＳ改性瀝青的影響。助劑對(duì)星形ＳＢＳ僅通過攪拌的方式進(jìn)行改性，其性能低劣；只有通過簡(jiǎn)單的剪切輔以助劑的雙重作用，才具有和常規(guī)剪切方式相當(dāng)?shù)母男孕Ч?/span>
本文在星形ＳＢＳ改性瀝青過程中加入一種助劑，通過將其與常規(guī)剪切方式對(duì)比，考察該方法與常規(guī)剪切制備改性瀝青的區(qū)別，同時(shí)助劑加入量為０．６％時(shí)，還考察了剪切時(shí)間、穩(wěn)定劑加入時(shí)機(jī)對(duì)星形ＳＢＳ改性瀝青性能的影響情況。
１ 試驗(yàn)部分
１．１ 主要試驗(yàn)儀器與原材料
（１）試驗(yàn)儀器。ＳＹＤ－２８０６Ｅ全自動(dòng)瀝青軟化點(diǎn)試驗(yàn)器、ＳＹＤ－４５０８Ｆ 瀝青延伸度試驗(yàn)器、ＳＹＤ－２８０１Ｆ針入度試驗(yàn)器、ＳＹＤ－０６０１瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱（上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司）。
（２）原材料。瀝青：韓國ＳＫ７０號(hào)、鎮(zhèn)海７０號(hào)、金陵７０號(hào)、泰普克７０號(hào)，主要性能見表１；ＳＢＳ：獨(dú)山子Ｔ１６１Ｂ，星形ＳＢＳ改性劑；相容劑：糠醛抽出油；穩(wěn)定劑：國創(chuàng)自主研發(fā)的穩(wěn)定劑安特析；助劑：多烷基苯酚二硫化物。
１．２ 試驗(yàn)工藝
試驗(yàn)一。將ＳＢＳ和相容劑按配方計(jì)量加入到１３０℃左右的基質(zhì)瀝青中，邊加邊剪切１８ｍｉｎ（以１ ０００ｒ／ｍｉｎ的轉(zhuǎn)速），于１６０～１８０℃攪拌發(fā)育４～１０ｈ。
試驗(yàn)二。將ＳＢＳ和相容劑按配方計(jì)量加入到１３０℃左右的基質(zhì)瀝青中，邊加邊剪切０～１８ｍｉｎ（一定時(shí)間，以１?。埃埃埃颍恚椋畹霓D(zhuǎn)速），待體系溫度穩(wěn)定后，加入配方計(jì)量的助劑（加入量為ＳＢＳ量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)），于１６０～１８０℃攪拌發(fā)育４～１０ｈ。
１．３ 改性瀝青性能評(píng)價(jià)
國內(nèi)的瀝青質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、延度、老化延度、粘度、離析等物理性能指標(biāo)來衡量。本研究對(duì)ＳＢＳ改性瀝青的常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)，采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》［３］上標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法進(jìn)行。
２ 試驗(yàn)結(jié)果與討論
２．１ 助劑對(duì)星型ＳＢＳ改性瀝青性能的影響
選用試驗(yàn)二對(duì)ＳＫ７０瀝青進(jìn)行改性實(shí)驗(yàn)：向ＳＫ７０中加入４．２％的獨(dú)山子Ｔ１６１Ｂ星型ＳＢＳ、１．６％的相容劑、０．２４％的穩(wěn)定劑、０．６％的助劑（加入量為ＳＢＳ量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。
２．１．１ 剪切時(shí)間對(duì)星型ＳＢＳ改性瀝青高低溫及穩(wěn)定性能影響
剪切時(shí)間分別為０，２，４，６，９，１５，１８ｍｉｎ，發(fā)育６ｈ，穩(wěn)定劑在發(fā)育最后１ｈ加入。所得改性瀝青的軟化點(diǎn)、針入度、延度、老化延度、離析隨剪切時(shí)間變化情況見圖１。
由圖１可知，助劑加入量為０．６％時(shí)：采用剪切加工后的星型ＳＢＳ改性瀝青在性能上優(yōu)于沒有剪切直接發(fā)育的；隨著剪切時(shí)間的增加：改性樣品的軟化點(diǎn)、延度、老化延度均是先增大后減?。浑x析是由大變小、剪切４ｍｉｎ以上不會(huì)出現(xiàn)離析現(xiàn)象；針入度變化較小。僅靠助劑作用攪拌加工，星形ＳＢＳ呈肉眼可見的較大顆粒存在于瀝青之中，不能完全細(xì)化，ＳＢＳ與瀝青組分間的互相溶脹擴(kuò)散不充分，不能很好的發(fā)揮ＳＢＳ對(duì)瀝青的改性效果，所得改性瀝青對(duì)應(yīng)的性能較差；通過助劑的化學(xué)作用，加上剪切機(jī)對(duì)星型ＳＢＳ的剪切作用，能使ＳＢＳ顆粒細(xì)化，ＳＢＳ的細(xì)小顆粒與瀝青組分間的溶脹擴(kuò)散更充分，加上穩(wěn)定劑的交聯(lián)作用，體系更加穩(wěn)定，從而能增加其高低溫及熱穩(wěn)定性。
但是過度剪切再加上助劑的細(xì)化作用，會(huì)使ＳＢＳ大分子過度降解，對(duì)瀝青－ＳＢＳ體系反而起著副作用，導(dǎo)致改性瀝青的軟化點(diǎn)、延度、老化延度相對(duì)減小。助劑加入量為ＳＢＳ質(zhì)量的０．６％時(shí)，對(duì)星形ＳＢＳ進(jìn)行４ｍｉｎ剪切，發(fā)育所得改性瀝青的綜合性能最佳。
２．１．２ 發(fā)育時(shí)間對(duì)星形ＳＢＳ改性瀝青性能的影響
剪切時(shí)間為４ｍｉｎ（以１?。埃埃埃颍恚椋畹霓D(zhuǎn)速），發(fā)育時(shí)間４，６，７，８，１０ｈ，分別取樣檢測(cè)。穩(wěn)定劑在發(fā)育１ｈ后加入。結(jié)果見表２。
由表２可知，隨著發(fā)育時(shí)間的延長，軟化點(diǎn)、延度、老化延度、粘度、離析都是呈下降趨勢(shì)，針入度變化不大，發(fā)育時(shí)間７ｈ綜合性能相對(duì)最好。
這是因?yàn)橹鷦┰谡麄€(gè)高溫發(fā)育過程中一直發(fā)揮著作用。即便是加入了穩(wěn)定劑、發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng)（一般交聯(lián)反應(yīng)在３０ｍｉｎ左右完成），助劑依然起著交聯(lián)反應(yīng)的反作用力—脫硫，使得大分子鏈段不斷減小，從而改性瀝青的綜合性能由差變好、又由好變差。
２．１．３ 穩(wěn)定劑加入時(shí)機(jī)對(duì)星形ＳＢＳ改性瀝青性能的影響
根據(jù)對(duì)２．１．２的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和原理的探討，現(xiàn)改變穩(wěn)定劑的加入時(shí)機(jī)，做如下的實(shí)驗(yàn)：剪切時(shí)間為４ｍｉｎ（以１?。埃埃埃颍恚椋畹霓D(zhuǎn)速），于１６０～１８０℃攪拌發(fā)育６ｈ，穩(wěn)定劑分別在發(fā)育１，２，３，４，５加入，結(jié)果見表３。
由表３可知，隨著穩(wěn)定劑加入時(shí)機(jī)的延遲，軟化點(diǎn)、老化延度、粘度呈遞增變化；延度、針入度、離析呈遞減變化，即耐高溫、耐老化、耐熱穩(wěn)定性可以改善?；瘜W(xué)助劑在ＳＢＳ和熱瀝青體系中一直起著脫硫的作用，是交聯(lián)反應(yīng)的反作用力，而交聯(lián)反應(yīng)是在一定時(shí)間內(nèi)完成的，如果穩(wěn)定劑加入過早，隨著發(fā)育時(shí)間的延長，改性瀝青性能會(huì)大幅度下降，見表２、表３。所以穩(wěn)定劑加入時(shí)機(jī)在化學(xué)助劑ＳＢＳ改性瀝青技術(shù)中起著很重要的作用。
２．２ 助劑法與剪切法ＳＢＳ改性瀝青性能之對(duì)比
在瀝青中，不同組分具有不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)，不同的組分相互作用可以直接從瀝青的物理特征上表現(xiàn)出來。一般認(rèn)為，聚烯烴類的改性劑與飽和分含量高的瀝青相容性好；橡膠類，如ＳＢＲ 和ＳＢＳ與芳香分含量高的瀝青相容性好［４］。因此在芳香分含量不高的瀝青中加入一些潤滑油餾分糠醛抽出油以改善ＳＢＳ與瀝青的相容性。瀝青和聚合物的相容性越好則儲(chǔ)存穩(wěn)定性越好，儲(chǔ)存穩(wěn)定性越好，說明瀝青和聚合物彼此護(hù)散也越充分，性能也就越好。
本實(shí)驗(yàn)對(duì)鎮(zhèn)海７０號(hào)、金陵７０號(hào)、ＳＫ７０號(hào)與泰普克７０號(hào)４種不同的基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性實(shí)驗(yàn)，分別向４種基質(zhì)原瀝青中加入４．２％的Ｔ１６１Ｂ星形ＳＢＳ、１．６％的相溶劑和０．２４％的穩(wěn)定劑，相同的配比，采用上述的最佳工藝。每一種基質(zhì)瀝青均做２組改性試驗(yàn)：一組采用試驗(yàn)一方法制備，另一組采用試驗(yàn)二方法制備，得到不同的改性瀝青。測(cè)得各項(xiàng)性能見表４。
瀝青的飽和分主要為烷烴和環(huán)烷烴，起軟化劑作用改善瀝青的感溫性能；芳香分主要為芳香烴類，它的存在改善極性芳香分和瀝青質(zhì)在油份中被膠溶的能力，而瀝青質(zhì)的存在改善了瀝青的高溫穩(wěn)定性。趙晶等［５］認(rèn)為：改性效果與原瀝青的組分組成有關(guān)。由表４可見，采用助劑法和常規(guī)剪切法，所得改性瀝青的效果相當(dāng)，改性瀝青的性能優(yōu)劣與基質(zhì)原瀝青的組分組成有關(guān)。換言之，改性瀝青性能的優(yōu)劣與基質(zhì)原瀝青的組成組分有關(guān)，而與改性瀝青的制備方法無關(guān)。
３ 結(jié)論
（１）助劑加入量為０．６％時(shí)，星形ＳＢＳ改性瀝青的延度、軟化點(diǎn)、針入度、老化后延度等性能隨著剪切時(shí)間的增加先增加后減小。剪切時(shí)間為４ｍｉｎ時(shí)，得到改性瀝青的綜合性能最優(yōu)。
（２）助劑加入量為０．６％時(shí)，星形ＳＢＳ改性瀝青不加以剪切，則嚴(yán)重離析且性能低劣；若加以剪切，體系穩(wěn)定且性能良好；隨著剪切時(shí)間的增加熱儲(chǔ)存的耐高溫性能有所降低，剪切時(shí)間為４ｍｉｎ時(shí)，改性瀝青穩(wěn)定性能最好。
（３）助劑對(duì)ＳＢＳ改性瀝青性能影響，穩(wěn)定劑加入時(shí)機(jī)至關(guān)重要，以穩(wěn)定劑后期加入為佳。
（４）分別用２種工藝對(duì)４種不同７０號(hào)基質(zhì)瀝青進(jìn)行研究，２種工藝制備的改性瀝青高低溫和熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性能相當(dāng)。其改性效果取決于基質(zhì)原瀝青的組分組成，與改性瀝青的制備方法無關(guān)。
參考文獻(xiàn)
［１］沈金安．關(guān)于橡膠粉改性瀝青的生產(chǎn)［Ｊ］．中國橡膠，２００１，１７（６）：１９－２０．
［２］陳穎娣，范春華．化學(xué)助劑對(duì)ＳＢＳ改性瀝青性能影響初探［Ｊ］．石油瀝青，２０１２，２６（１）：２４－２８．
［３］ＪＴＧ?。牛玻埃玻埃保惫饭こ虨r青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０１１．
［４］郝培文，申艷梅．ＳＢＳ與瀝青相容性的研究［Ｊ］．西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，２００１，２１（２）：２７－２９．
［５］趙 晶，王妤音．ＳＢＳ改性瀝青技術(shù)與效果評(píng)價(jià)［Ｊ］．中國公路學(xué)報(bào)，１９９７，１０（４）：１７－２４．
（來源：中國化學(xué)試劑網(wǎng)）
