曲恒辉，李军，冯美军，李孟，田冬军，朱辉
（1.山东高速材料技术开发集团有限公司，山东 济南 250014；
2.山东建筑大学交通工程学院，山东 济南 250101）
利用高分子量的热塑性高分子材料对道路沥青进行处理后，能够显著提高其抗车辙、低温开裂、抗疲劳等性能。SBS 和SBR 等高分子改性剂在我国已得到广泛应用，而SBS 高分子聚合物的应用最为普遍[1]。SBS 对基质沥青进行聚合物改性，SBS 改性沥青作为一种多相化合物，它的相容是一种特殊的过程相容性，可以在很长一段时间内保持稳定，不会发生明显的相分离，从而使得到的混合物能够具有预期的性能[2]。但SBS 改性剂与基质沥青的物理性能差异很大，导致SBS 改性沥青相容性差、分散不均匀、存储性差，对其加工存储、路用性能及应用范围有很大限制。
为了提高SBS 改性沥青的各项性能，使其表现更好或符合一定的需求，本文选择3 种方法合成的乙撑双硬脂酸酰胺，并与SBS 改性沥青进行复合处理[3]。首先通过离析法评估复合材料的耐久性，并从宏观上反映其相容性；
然后借助差示扫描量热法（DSC），对复合改性沥青进行热力学分析，评价其温度稳定性；
最后借助红外光谱仪（IR），从微观层面研究复合改性沥青内部官能团的分布情况[4]，借助化学官能团分析揭示SBS 改性剂混合塑料润滑剂后沥青的复合改性机理[5-6]。本研究可为低生热沥青等相关研究提供参考。
1.1 基质沥青
基质沥青选用SK70#沥青，其常规指标见表1。
表1 基质沥青常规物理性能指标
1.2 塑料润滑剂
塑胶润滑剂分为APL、APE、APR 三种，均为无色、无味的粉末，APL 和APR 是自行开发的塑料润滑剂，APE 中含有更多的乙撑双硬胺脂酸酰胺，APL 是通过对APE 进行羟基修饰，使其具有更多的羟基脂肪酸酰胺，APR 则是由APE 经脱氨后所产生的高级脂肪醇乙撑双硬脂酸酰胺。
1.3 制备塑料润滑剂与SBS 复合改性沥青
首先将基质沥青加热至160℃，使其具有较好的流动性，再向里面添加橡胶油，搅拌均匀，然后将剪切速度提高到2000 转/分，在剪切时添加SBS 改性剂和APL/APE/APR；
随后将其加热到175℃，并在3500转/分的剪切速度下进行30 分钟剪切；
将温度控制在175℃，调整到搅拌状态，添加稳定剂，再以400 转/分的速度进行搅拌，搅拌时间1 小时。
通过实验室试验，得出APL/APE/APR 的最佳掺入量为1.5%，以达到性能与经济性的要求。SBS 的改性剂用量为3.5%。以上所述的材料都是以沥青质量为标准。下文中SBS 代表SBS 改性沥青，SBS+APL 代表APL/SBS 复合改性沥青，SBS+APE 代表APE/SBS 复合改性沥青，SBS+APR 代表APL/SBS 复合改性沥青。
2.1 热存储稳定性研究
对4 种沥青试样进行离析实验，试验结果如表2所示。
由表2可知，SBS 改性沥青下段部分样品的软化点大于上段部分，而添加塑料润滑剂APL/APE/APR 后，其软化点均为下段部分小于上段部分，且均大于SBS 改性沥青，但4 种试样的软化点差都在2 以下，满足技术规范要求；
SBS+APL 在四种试样中表现出最大的复数模量和车辙因子，其相位角度最小，而且都是上部比下部高；
SBS+APE 复数模量和车辙因子比SBS+APL 低，但上部比下部小，相位角度稍大，仍然是下部比上段大，而SBS+APR 和SBS 在各方面的性能差异很小，其中复数模量和车辙因子都是下段比上段大，而相位角下段小。总的来说，加入三种塑料润滑剂后，SBS 改性沥青的热存储稳定性没有受到明显的影响。
表2 沥青样品离析指标汇总
2.2 差示扫描量热仪法
利用差示扫描量热仪（DSC）对4 种不同类型的沥青进行了热力学分析，并对其进行了热力相容性试验。DSC 实验的主要参数设置：加热速度为10℃/分钟，在-40～180℃的范围内，N2 作为保护性气体，在实验中首先进行吸热和放热，即先由-40℃上升到180℃，然后再由180℃下降到-40℃。图1显示4 种不同的沥青试样的差示扫描图。
图1 4 种复合改性沥青样品差示扫描图谱
从图1可以看出，4 种不同的沥青试样在吸放热阶段的热流值随温度的变化规律相同，SBS+APL 和SBS+APE 两种沥青在不同的温度条件下，会出现放热峰和吸热峰。图1(a)显示4 种不同的沥青试样的热吸收曲线，发现在吸热阶段，4 种试样的热流值在初始阶段表现为先降后升、后逐渐下降，当温度升高时，SBS 和SBS+APR 会最先出现下一次热流值的拐点，并且在整个吸热过程中出现多个拐点，SBS+APL 也有几个拐点，但SBS+APE 只有一个拐点，而且在高温地区表现出明显的转变。图1(b)显示放热过程中的差示扫描图，4 种沥青试样的热流量都呈现由急剧下降、升高、下降、逐渐升高、逐渐下降、逐渐下降的趋势。结果表明，APL和APE 可以提高SBS 改性沥青吸热峰和放热峰温度，APL 对SBS 改性沥青的热性能有较好的改善作用。
2.3 红外光谱试验方法
对4 种改性沥青样品进行IR 试验，在图2中显示IR 光谱，并且在表3中总结主要的官能团。
图2 沥青样品红外光谱图
表3 沥青样品中键和官能团
从图2可以看出，4 种不同的沥青试样，其IR 谱曲线大致相同，但在一些特定的波数处差别较大，从表3可以看出，4 种不同的沥青试样的IR 吸收峰值分别在3300cm-1、1745cm-1、1635cm-1 和1540cm-1 这4 处存在较大差异，SBS 改性沥青在这4 个波数处未出现吸收峰，而SBS+APL 在3300cm-1、1635cm-1 和1540cm-1 波段处出现峰值，SBS+APE 在3300cm-1 和1635cm-1 波段处出现峰值，SBS+APR 仅在1745cm-1处有峰值出现。结果表明：APR/SBS 复合改性沥青中未含有N 的键和官能团键位，这也是APR/SBS 复合改性沥青高温性能未得到改善的主要因素；
APL/SBS 复合改性沥青含有N-H 键，提高了聚合物的内聚力，因此其高温性能要好于APE/SBS 复合改性沥青。
（1）离析试验结果表明，发现四种沥青在离析实验中的软化点差都在2℃以下，塑料润滑剂未对SBS 改性沥青的热贮存稳定性产生明显的影响。
（2）通过DSC 分析发现，APL 和APE 可以提高SBS 改性沥青吸热峰和放热峰温度，使其高温性能和粘弹区间范围得到提高。
（3）通过IR 分析，发现添加APL、APE 后，SBS改性沥青中的官能团类型增多，改善了SBS 改性沥青的高温特性，将APR 添加到SBS 改性沥青中，会形成独特的C=O 键，从而改善其低温性能。
猜你喜欢离析润滑剂官能团有机物官能团的定量关系在解题中的应用中学生数理化·高一版(2022年4期)2022-05-09混凝土抗离析剂的制备及性能研究新型建筑材料(2021年8期)2021-09-03在对比整合中精准把握有机官能团的性质中学生数理化(高中版.高考数学)(2020年2期)2020-04-21美国新型高效绿色铝材润滑剂面市润滑油(2019年5期)2019-11-28聚合物改性沥青离析试验T 0661-2011的几点商榷石油沥青(2018年5期)2018-10-24一种钻井液用高效抗磨润滑剂钻井液与完井液(2018年5期)2018-02-13控制废橡胶粉改性沥青离析的方法研究上海公路(2017年2期)2017-03-12污泥中有机官能团的释放特性材料科学与工程学报(2016年5期)2016-02-27离合词“连”字句离析形式的特征、生成机制及语用功能语言与翻译(2015年3期)2015-07-18逆向合成分析法之切断技巧高中生学习·高二版(2015年3期)2015-05-21
