不同S_B比例的SBS改性沥青的分散形态及性能

1、不同S/B 比例的SBS 改性沥青的分散形态及性能刘祖广,王仕峰,王迪珍(华南理工大学材料科学与工程学院,广东广州510640摘要:以两种组成比例不同的S BS (791、792为例,研究了S/B 质量比对改性沥青分散形态与性能的影响。结果表明:S/B 不同的S BS 由于与沥青的相容性不同,对改性沥青的分散形态与性能有所不同。同等质量分数下,S/B 高的S BS 改性沥青的针入度较小。小用量范围内S/B 低的改性沥青软化点高;用量超过5%后,S/B 高的改性沥青软化点则较高。S/B 低的改性沥青的5延度较好,弹性恢复率也较优。当S BS 含量为5%时,S/B 低的改性沥青的稳定性更好。关键词

2、:S BS 改性沥青;S/B 质量比;分散形态;针入度中图分类号:T Q33311文献标识码:B 文章编号:1005-5770(200504-0050-03Morphology and Properties of SBS Modified Asphalt of Different S/B R atioLI U Zu 2guang ,W ANG Shi 2feng ,W ANG Di 2zhen(C ollege of Material Sci 1and Eng 1,S outh China University of T echnology ,G uangzhou 510640,China A

3、bstract :The in fluence of varied S/B ratio of S BS on the m orphology and properties of m odified asphalt was studied 1The results showed that the com patibility of S BS with asphalt was different because of the varied S/B ratio of S BS ,which made the m orphology and properties of S BS m odified a

4、sphalt different at same content of S BS 1The penetration of the m odified asphalt with high S/B ratio was lower than that of the asphalt with low S/B ratio at the same concentration 1The s oftening point of the m odified asphalt with low S/B ratio was higher at small content 1When the content of S

5、BS was m ore than 5%,m odified asphalt with high S/B ratio had higher s oftening point 1M od 2ified asphalt with low S/B ratio had better ductility as well as elastic recovery 1The m odified asphalt with low S/B ratio had better stability at 5%S BS content 1K eyw ords :S BS M odified Asphalt ;S/B Ma

6、ss Ratio ;M orphology ;Penetration热塑性弹性体S BS (苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物存在热可塑交联的PS 区域及弹性优良的P B 区域,呈微观两相分离状态,常温下为橡胶态,高温下呈粘流状;加入沥青中,既能改善加工性又能显著改善沥青的抗高、低温性能和回弹性能,成为聚合物改性沥青最佳的改性剂13。但S BS 的改性效果与S BS 能否均匀、稳定地分散于沥青中形成连续相关系极大,不同结构与组成的S BS 、S BS 的用量,以及改性沥青的制备工艺,沥青的品种都会影响到S BS 在沥青中的分散性,进而影响改性效果。将以上诸因素加以鉴别有助于正确选择适当品牌的S

7、 BS 和适宜的加工方法以提高改性沥青的质量。本文采用形态分析、动态力学分析和沥青基本性能测试等手段研究了两种S/B 嵌段比例的S BS 在沥青中的分散形态及其对性能的影响。1实验部分111实验原材料S BS 791:S/B 质量比30/70,岳阳石化公司;S BS 792:S/B 质量比40/60,岳阳石化公司;茂沥青:90#针入度(25,011mm 89,软化点4715,延度(25大于100cm ,蜡的质量分数小于1%。112试样的制备将S BS 在160的开炼机上混炼包辊,然后按一定比例慢慢加入沥青;待混炼均匀后将共混物取下,即得S BS 改性沥青母料。将150g 沥青放入钢罐(250m

8、 L 中,油浴加热05塑料工业CHI NA P LASTICS I NDUSTRY 第33卷第4期2005年4月华南理工大学科研基金资助作者简介:刘祖广,男,1969年生,博士生,主要从事高分子材料加工和路用高性能沥青的研究,已发表论文9篇。liuzug sina 1com 1cn至170180;然后按比例加入母料,用转速为120r/min 的搅拌器搅拌1h ;按软化点、针入度、延度的测试要求浇注试样。作为对比,不含S BS 的沥青试片也按此程序制备。113形态分析与性能测试11311形态分析采用Nikon 普通光学显微镜。取5mg 左右的样品,放在已加热的载玻片上;然后加盖玻片,压成尽可能薄

9、的试样。11312沥青及改性沥青基本性能测试针入度、软化点、延度:按G B/T 151801994高等级公路沥青测试方法进行。弹性恢复率:将沥青及改性沥青制成40mm ×6mm ×2mm 的样条,有效尺寸为30mm ×6mm ×2mm ;拉伸速率约为50mm/min ,拉至130mm ;在25下放置30min ,测定试样弹性恢复后的长度X (单位为mm ,弹性恢复率计算如下:弹性恢复率/%=(130-X 100×100%贮存稳定性:将改性沥青放入试管(2cm ×20cm 中,在163下竖立存放48h 后,室温冷却;然后在0左右的冰箱中

10、放置2h 。取试管上、下各1/3处的沥青,熔融注样,测试软化点,以上、下软化点的温度差表示贮存稳定度。11313动态力学分析采用美国Rheometrics 公司生产的DMT A 型仪器测试。加载方式:两点弯曲;样品尺寸:8mm ×6mm ×2mm ;测试频率:3H z ;升温速率:5/min ;温度范围:-3060。2结果与讨论211不同S/B 质量比的SBS 在沥青中的分散形态a -S BS 791改性沥青b -S BS 792改性沥青图1不同S BS 改性沥青的显微照片Fig 1M icrophotograph of different type of S BS m o

11、dified asphalts不同S/B 质量比的S BS 在沥青的分散形态如图1所示,S BS 的质量分数均为5%。从图1可见,S BS791以丝状、不规则的微粒分布在沥青中;而S BS792呈近似球状分布。表明不同S/B 质量比的S BS由于内聚力不同,与沥青的相容性也存在差异,在沥青中的分散形态不同。这是由于S BS 中PS 段和P B 段各有自己的溶解度参数,可以与沥青的相容性不同。P B 的溶解度参数为814,易于被沥青中的油分溶胀,而PS 的溶解度参数为9114,与沥青中的芳香组分有一定的相容性。通常S/B 比越高,亦即PS 段摩尔质量越大,PS 链段间相互聚集的能量也越大,S B

12、S 分散在沥青中需要的能量越大的能量,也即愈难分散。212不同S/B 对改性沥青性能的影响图2、3为不同S/B 的S BS 对改性沥青针入度、软化点、延度、弹性恢复率的影响。由图2、3可见,相同S BS 用量下,S BS792改性沥青比S BS 791改性沥青的针入度小,这是由于前者的PS 段摩尔质量较大、物理交联程度较高,硬度较大所致。S BS 用量较小时,S BS791改性沥青比S BS 792改性沥青的软化点高;当S BS 用量超过5%后,S BS 792改性沥青的软化点超过S BS 791改性沥青。说明当S BS 在改性沥青中的浓度较小时,S BS 791更易分散于沥青中,减弱沥青的高

13、温流动倾向;当S BS 用量超过5%后,两种S BS 在沥青中都逐渐形成连续相,此时,S BS 792的PS 组分较多,形成的连续相中的硬链段较多,所以软化点相对较高。但S BS791改性沥青的弹性恢复率则优于S BS 792,主要是由于前者的P B 链段含量较高,柔性P B 链段的内旋转使分子链更易运动,恢复到了最佳状态所致。从图2还可看出,S BS 791改性沥青在5延度优于S BS 792改性沥青,这同样是P B 含量较高、分子链更柔顺所致 。图2S/B 对针入度、延度(5的影响Fig 2E ffect of different S/B ratio on penetration and

14、ductility (5213不同S/B 对改性沥青动态粘弹性质的影响图4a 、b 分别为改性沥青、5%的S BS791和5%的S BS792改性沥青的弹性模量-温度、损耗因子-15第33卷第4期刘祖广等:不同S/B 比例的S BS 改性沥青的分散形态及性能温度曲线。从图中可见,在整个测试温度范围内 ,图3S/B 对改性沥青软化点、弹性恢复率的影响Fig 13E ffect of different S/B ratio on s ofteningpoint and elastic recoverya - 弹性模量温度曲线b -损耗因子温度曲线图4基质沥青、S BS 791和792改性沥青的粘弹

15、性质Fig 4Viscoelastic property of base asphalt ,S BS 791m odifiedasphalt and S BS 792m odified asphaltS BS792改性沥青比基质沥青的弹性模量都高,是由于S BS792中存在较多的PS 链段间的物理交联点,使改性沥青的复合模量增加之故。当温度低于约30时,S BS791改性沥青的弹性模量反而较基质沥青低。这是因为在较低温度下,凝固的基质沥青中的小分子模量较高;而P B 此时仍为柔软的橡胶态,较沥青组分柔顺所致。而温度高于30,沥青中运动的小分子数量不断增多,导致基质沥青模量骤然下降,而高分子的S

16、 BS791中的P B 链段仍为橡胶态,致使基质沥青的弹性模量较S BS791改性沥青为低。在当温度3545之间时,S BS791改性沥青出现一弹性平台,弹性模量和粘性模量几乎不发生变化。这可能是由于S BS791与沥青具有较好的相容性而分散程度较高,使S BS791,有可能相互“搭接”,形成连续相;而在此温度区间,虽然沥青分子逐渐开始运动,但S BS791形成的连续相受到的影响较小,可以短暂地出现了类似橡胶高弹态的平台。214S/B 对改性沥青贮存稳定性的影响图5为S BS791、S BS792改性沥青在稳定性实验中上、下层样品的显微镜照片。由图5可见,S BS792改性沥青经高温贮存后,S

17、 BS 浮在上层,形成连续相,只有少量S BS 颗粒分布在下层;而S BS791改性沥青经高温贮存后,上层中的S BS 稍多于下层,且都没有生成连续相。图中微观形态的差别表明,S BS791改性沥青的稳定性优于S BS792。这是由于PS 段间的内聚力大,当PS 段摩尔质量较高时,分散较困难;即便通过机械作用分散好了,S BS 微粒也更容易聚集。因此,在制备S BS 改性沥青时有必要添加分散剂帮助分散 。a -S BS792改性沥青上层b -S BS792 改性沥青下层c -S BS791改性沥青上层d -S BS791改性沥青下层图55%S BS 791、792改性沥青稳定后上、下层的显微照

18、片Fig 5M icrophotograph of top and bottom of 5%S BS 791andS BS 792m odified asphalts3结论1不同S/B 的S BS ,与沥青的相容性不同,因25塑料工业2005年此同等用量下在改性沥青中的分散形态不同。2同等S BS 用量下,S/B 高的改性沥青的针入度较小,S/B 低的改性沥青的5延度和弹性恢复较好。S BS 用量较小时S/B 低的改性沥青软化点高,当S BS 用量超过5%后,S/B 高的改性沥青软化点则较高;当S BS 含量为5%时,S/B 低的改性沥青的稳定性较优。3S/B 高的改性沥青的弹性模量高于沥青的

19、弹性模量。当温度低于30左右后,S/B 低的改性沥青的弹性模量较沥青的低;但温度高于30后,则高于沥青的弹性模量。S/B 低的改性沥青出现短暂的弹性平台,弹性模量和粘性模量几乎不发生变化。S BS 改性沥青的损耗因子小于沥青的损耗因子。参考文献1K ing G N ,Muncy H W ,Prudhomme J B 1J Ass oc Asphalt PavingT echnol ,1986,55:5192Isacss on U ,Lu X 1Mater S truct ,1995,28:1393沈金安1改性沥青与S M A 路面1北京:人民交通出版社,19991384金关泰,金日光,汤宗汤等1塑性弹性体1北京:化学工业出版社,19831353(本文于2004-12-02收到塑料工业稿约请采用电子邮件、邮寄等方式投稿,请务必留下您的联系电话,电子邮件地址和详细通讯地址。文稿应附有中、英文摘要,并加38个关键词。图、表应尽量精简,图题、表题应附相应的英文译文。表格采用三线表