关于SBS聚合物改性沥青的试验分析

摘要：sbs改性沥青在相关测试下的工程性能比普通沥青的工程性能显示出了明显的增强，是最常用的改性道路沥青。本文就主要对SBS聚合物改性沥青试验相关问题进行了简要分析。

关键词：SBS聚合物改性沥青；机理；试验

中图分类号：TF526文献标识码： A

引言

近年来，随着中国高速公路的快速发展，货运量的快速增长以及重型载货汽车吨位的不断扩大，导致了高品质的沥青尤其是改性沥青的快速发展。在众多类型的改性沥青中，以SBS为改性剂的改性沥青以其良好的高低温性能得到了国际社会的认可，在国外已经得到了广泛使用，在国内使用SBS改性沥青的用户也越来越多。

一、SBS改性机理

SBS加入到沥青基质中后，在沥青基质中饱和分以及芳香分的作用下，SBS微粒就会溶胀与其中，均匀分布在沥青基质中，因此改变了沥青基质中各组分的比例，提高沥青改性后的路用性能。

SBS嵌段共聚物是采用阴离子聚合制得，是一种多相结构的热塑性弹性体，每个丁二烯链段(B)的末端都连接一个苯乙烯嵌段(S)，两端的苯乙烯嵌段聚合物在一起形成物理交联区域，呈分散相，而丁二烯链段则聚合起来呈连续相，SBS由于聚苯乙烯的聚集而形成一种三维结构。所以聚苯乙烯末端上基团就会使得沥青强度增加，位于中间的聚丁二烯嵌段形成一个物理交联点，限制沥青质点之间的位移和沥青胶体的流动，提高沥青的柔韧性及内聚力，拥有了较高的弹性和粘度，表现出良好的变形能力，高温不软化，低温不发脆。

在沥青基质中存在很多有机官能团，比如羟基、碳基等，这些官能团都很活泼，很容易与其他物质发生反应，而生成新的物质。在SBS改性沥青中，加入一些极性比SBS高的物质，就会与沥青形成一种新的结构，相比原有结构更加稳定、均匀。在一定的物理方法下还可以改善沥青的高温流变性，降低温度敏感性。

二、实验方法

1、SBS改性沥青

SBS是一种耐用的热塑性弹性橡胶，它的分子式和分子结构如图1所示。

图1SBS的结构式(A)和分子结构示意图(B)

它主要由三段共聚物组成，两端是苯乙烯链，中间一段是丁二烯链，其中苯乙烯含量占20%～55%左右，因此这种材料同时具有聚苯乙烯和聚丁二烯的特点。它具有两个玻璃化转变温度，第一个玻璃化转变温度对应(Tg1)苯乙烯为－88～－83℃，第二个玻璃化转变温度(Tg2)对应丁二烯为90℃。常温下，苯乙烯分子倾向于联结在一起，成结晶态分布于连续相的丁二烯之间，起到物理交联、固定链段、硫化增强、防冷流及抗疲劳性作用，使其的高弹性和能，同时丁二烯的存在又使其具有和硫化橡胶类似的高弹性和柔韧性。当温度升至Tg2时，聚苯乙烯相软化和流动使得SBS具有树脂流动加工性。由于这种两相分离结构，将恰当比例的SBS(3%～6%)加入到普通沥青中，并通过剪切、搅拌等方法使其均匀分散，加入一定的稳定剂，经过一段时间的发育和冷却，就可以使得聚苯乙烯在沥青基质中形成空间立体网络结构，从而有效地改善沥青的高低温力学性能，并增强其的弹性和耐用性。分析研究发现，在一定的浓度范围内改性沥青中的高、低温性质及其它机械性能随着SBS剂量的增大而明显改善(见表1)。

表1不同SBS含量的改性沥青的性质

2、样品制作

沥青的SBS改性一般需要经过溶胀、剪切、发育三个过程。在溶胀过程中，SBS聚合物中丁二烯及其它亲油成分通过吸收沥青中的油分体积可以膨胀到9倍。剪切是整个改性过程中关键的一步，它通过机械的高速旋转，使得改性剂受到强大的剪切和碰撞而不断分散，将颗粒磨细，与沥青形成混溶的稳定体系，达到均匀共混的目的。最后需要将沥青进入发育罐，并加入一定的改性沥青稳定剂，在搅拌器和一定温度的作用下进行一段时间的发育，以提高沥青的储存稳定性。

本实验所需试样来自湖南宝利沥青有限公司，一共制备了6种待测试样，包括基质沥青试样、SBS试样和4组不同SBS含量的改性沥青试样。基质沥青为中石油生产的阿尔法基质沥青，SBS为中石化生产的YH－791型线性SBS(苯乙烯含量为30%)，同时每个试样都加入了1.2‰的硫磺作为稳定剂。6种试样的组成和编号具体见表2。

表2各试样组成和编号

其中在SBS改性沥青样品制作时，首先要根据不同含量SBS的试样计算出所需基质沥青、SBS和硫磺的质量，用电子秤秤取相应质量的基质沥青、SBS和硫磺;把相应质量的基质沥青倒入干净的铁罐中，用高速剪切机以500r/min的转速剪切搅拌，并用玻璃棒不断搅拌至沥青各处温度保持在180～182℃;然后加入相应质量的SBS，把高速剪切机的转速调至3000r/min，并重新开始计时，用玻璃棒不断搅拌，保证受热、溶解均匀，期间也要不断调整温度，保证沥青中温度保持在180～182℃，加热、剪切、搅拌45min;加入相应质量的硫磺，加热、剪切、搅拌15min;最后把搅拌均匀的改性沥青放入163℃的烘箱内，保温一个小时。将制备好的试样冷却后，用干净的不锈钢勺子挖取适量(1g左右)不同的试样装入不同的试样袋中待测，并在相应的试样袋中贴上标签，注明相关信息，避免混淆。在样品制作过程中需带一次性手套，并注意样品的保护，并防止灰尘、汗渍等污染。

3、热分析

热重分析所用的仪器为美国TA公司生产的TGAQ－50型热重分析仪。它可以提供高纯度的氮气环境，并逐步提高样品室温度使得待测样品随着温度升高而分解。在这个过程中，它不仅可以记录样品质量随着温度上升而下降的TG曲线，同时它还附带有微分线路，得到TG(thermo gravimetriccurve)曲线的对温度变化的微分曲线，即DTG(deriva-tivethermo gravimetriccurve)曲线，并将两条曲线显示在同一张图上。而DTG则反映了TG曲线变化的快慢情况，样品有几个失重阶段DTG曲线上就会有几个峰，峰顶端为失重速率的最大值，它与TG曲线的拐点相应。峰面积与失重量成正比，并且从DTG的峰面积可以算出失重量。虽然DTG曲线与TG曲线所提供的信息是相同的，但DTG曲线能更清楚地反映出起始反应温度、达到最大反应速率的温度和反应终止温度，因此提高了分辨两个或多个相继发生的质量变化过程的能力。

从试样袋中用小刀取出2.0～3.0mg左右的样品，为了尽量减小误差，使不同样品的测试具有可比性，试验中每次取的样品质量尽可能接近，尽量保证样品成圆形或椭圆形，方便放入坩埚内及受热均匀，取样要规范，务必保证样品不受污染在实际样品测试时。实际测试时首先要开氮气并对坩埚称重去皮。将样品放入坩埚后，将样品室温度以10℃/min的速率从室温升到100℃，并保持10min，这个恒温过程是为了完全去除样品中的水分。然后等到温度将到40℃后，再以10℃/min的速率升到900℃，并同时记录样品的TG和DTG曲线。等温度降至50℃左右时，便可重复以上步骤，进行下一样品的测试。在操作过程中，要严格控制测试条件，包括试样采样、试样质量、测试温度和升温速率等4个方面，保证试样制备和实验操作过程的规范和准确是得到可靠的实验数据和结果关键因素。

结束语

我国虽对改性沥青混合料中改性沥青、集料及集料级配作了较为明确的规定。但对改性效果影响明显的改性剂关键原材料的控制却没有作出明确规定。同时，部分公路建设者认为厂改改性沥青只应对沥青的相关性能指标做好控制，对于关键原材料的控制应全由企业控制。因此，增加对改性沥青关键原材料的控制就特别重要。

参考文献

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[2]黄贵秋．SBS改性沥青的研究进展[J]．广州化工，2012，(4).

[3]李双瑞，林青，董声雄．SBS改性沥青机理研究进展[J]．高分子通报，2008,(5).