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基于微观结构特征的SBS改性沥青再生剂研发

2019-07-10  admin  阅读:

 

 

  SBS改性沥青在环境因素作用下发生老化,主要表现为SBS分子链发生了降解。

  针对SBS改性沥青网络结构的变化,本文利用荧光显微镜电镜、凝胶渗透色谱等微观表征手段,分别采用两种环氧官能团化合物(脂肪族缩水甘油醚树脂和缩水甘油胺类)与催化裂化油浆和基质沥青混溶,制备了两种再生剂。

  结果表明两种再生剂均可恢复SBS改性沥青三嵌段分子链结构,但脂肪族缩水甘油醚树脂类再生剂再生效果更优。

  对于老化后的SBS改性沥青混合料,由于SBS改性沥青包括基质沥青与SBS改性剂两部分,其老化既包含基质沥青的老化,也包含SBS的老化,基质沥青的老化主要表现为芳香分减少、沥青质增多,沥青胶体结构发生了变化,SBS的老化则主要表现为SBS分子链发生了降解,使其在沥青中形成的网络结构发生了变化,导致改性沥青的软化点和低温延度显著降低,因此如要再生老化的SBS改性沥青混合料,首先要对老化的基质沥青再生,其次要对老化的SBS再生。

  然而现阶段所研发的沥青再生剂本质上仅是针对老化沥青的再生,主要通过添加高芳香分组分来恢复老化沥青的化学组成和胶体结构,而不能恢复SBS的分子结构,故而对老化SBS改性沥青的软化点和低温延度的恢复极为有限。

  本文采用2种环氧官能团化合物分别与催化裂化油浆、基质沥青混溶制备了再生剂,用于再生老化SBS改性沥青。研究再生剂的种类和掺量对老化SBS改性沥青物理性能的影响,并用凝胶渗透色谱仪(GPC)和荧光显微镜(10000倍)分析了再生前后SBS改性沥青内部分子结构和SBS分布形态的变化情况。

  老化SBS改性沥青制备过程为,称取SBS改性沥青50±0.5g,置于旋转薄膜烘箱中,烘箱设置温度设为163℃,老化时间设置为5h。然后将经过薄膜烘箱老化的沥青置于100℃的压力容器老化箱中进行老化,老化时间为20h。

  油浴锅将90#沥青和稠环芳烃加热至至150℃呈流动状态。按照质量比为2:5将沥青和稠环芳烃加入圆底反应瓶中;基于90#沥青和稠环芳烃的总质量,分别加入掺量为10%的肪族缩水甘油醚树脂与缩水甘油胺类树脂环氧树脂,400r/min机械搅拌1h,制得A、B两种SBS改性沥青再生剂。

  在老化SBS改性沥青(90份质量)中加入上述制备的SBS改性沥青再生剂(10份质量),搅拌均匀后测试A类和B类再生剂对SBS改性沥青的数均分子量和荧光显微镜,揭示这两类再生剂的作用机理。

  (1)分子量。SBS改性沥青老化后,SBS分子链发生断裂,表现为GPC曲线处的高分子部分产生拖尾现象。

  加入A类再生剂后,峰1处的GPC曲线整体迁移,即恢复了之前的高分子链,我们推断是A类再生剂的环氧官能团与断裂的SB分子链端的羧基进行反应,使两嵌段共聚物SB经过环氧树脂的分子链重新交联为三嵌段共聚物SBS,即SBS的三嵌段分子结构得到了恢复。

  加入B类再生剂后,峰1处GPC曲线未发生明显的变化,说明B类再生剂的环氧官能团并未与SB分子链端产生偶联反应,对老化SBS改性沥青的再生效果非常有限。

  (2)微观形貌。图2和图3分别是加入A、B两类环氧树脂再生剂后,得到再生后的SBS改性沥青微观形貌。

  荧光显微镜中,SBS为图中的光亮区域。图b中光亮区域剩下的颗粒部分数量非常的少,我们推测是老化后的SBS三嵌段共聚物出现了严重的断链,说明SBS老化程度比较严重。

  图2的c图为加入A类环氧树脂再生剂后的老化SBS改性沥青,图中可观察到,图中的光亮区域的分布较之老化后得到了明显改善,与未老化前比较接近;

  说明A类环氧树脂再生剂明显恢复了SBS的分布情况,进而改善了老化SBS改性沥青的老化程度。观察图3中c图说明加入B类再生剂之后,SBS的分布情况与老化后未有明显变化,说明再生效果非常有限。微观性能与GPC测试的分子量结果一致,A类再生剂的效果显著好于B类再生剂的再生效果。

  本节研究不同掺量6%、8%、10%、12%、14%的两种再生剂对老化SBS改性沥青宏观性能的影响。

  (1)粘度。图4反映了加入A和B两类环氧树脂再生剂后,老化SBS改性沥青粘度的变化。图中观察后看出,随着A、B两类环氧树脂再生剂掺量的增大,老化SBS改性沥青的粘度而降低。

  这是因为这两类再生剂中既含有低粘度的催化裂化油浆组分;又含有环氧官能团化合物,此类化合物的粘度低于SBS改性沥青,会使再生SBS改性沥青的粘度随着再生剂掺量的增大而降低。

  而A类和B类再生剂对老化SBS改性沥青粘度的影响也是不同的,A类再生剂改性的粘度低于A类再生剂改性的,从这两类再生剂的分子结构可看出,A类再生剂的分子主链是柔性脂肪族,而B类再生剂的分子主链是刚性苯环结构,这样会导致A类再生SBS改性沥青的粘度低于A类再生SBS改性沥青的粘度。

  (2)针入度。图5是加入A和B两类环氧树脂再生剂后,老化SBS改性沥青针入度的改善情况。图中可观察到,随着再生剂掺量的增加,再生SBS改性沥青的针入度随之增大,我们推测,这是因为这两类再生剂中既含有低粘度的催化裂化油浆组分;

  又含有环氧官能团化合物,此类化合物的粘度低于SBS改性沥青,会使再生SBS改性沥青的针入度随着再生剂掺量的增大而降低。

  从这两类再生剂的分子结构分析,虽然A类再生剂的分子主链是柔性脂肪族,B类再生剂的分子主链含有刚性苯环,然而B类再生剂并没有恢复SBS的三嵌段分子链结构,因此B类再生剂的加入对老化SBS改性沥青针入度的影响并没有A类再生剂的明显。

  (3)延度。图6反映了A和B两类再生剂对老化SBS改性沥青延度的影响。随着A类再生剂掺量的增加,老化SBS改性沥青的延度不断增大;

  可能的原因为,A类再生剂的环氧官能团与断裂的SB分子链端的羧基进行反应,使两嵌段共聚物SB经过环氧树脂的分子链重新交联为三嵌段共聚物SBS,即SBS的三嵌段分子结构得到了恢复,宏观表现出来的性能即老化SBS改性沥青的延度得到了显著恢复。

  B类再生剂并没有恢复SBS的三嵌段分子链结构,因此B类再生剂的加入对老化SBS改性沥青延度的影响非常有限。

  (4)软化点。图7是加入A和B两类环氧树脂再生剂后,老化SBS改性沥青软化点的改善情况。图中可观察到,随着再生剂掺量的增加,再生SBS改性沥青的软化点随之呈上升趋势。

  A类再生剂相较于B类再生剂,其软化点上升的幅度很快。这是因为A类再生剂恢复了SBS的三嵌段分子结构,加快了软化点的上升趋势。而B类再生剂,虽然有低粘度组分的作用,然而并未恢复SBS分子链结构,从而导致软化点的上升非常有限。

  (1)选用两种环氧官能团化合物—脂肪族缩水甘油醚树脂和缩水甘油胺类,制备得到了反应型再生剂,用于再生SBS改性沥青。

  (2)通过凝胶渗透色谱仪(GPC)和荧光显微镜表征了再生前后SBS改性沥青分子结构和分布状态的变化情况,表明脂肪族缩水甘油醚树脂的环氧官能团化合物恢复了SBS的三嵌段分子结构;再生SBS改性沥青路用性能也表明其再生效果良好。本港台开奖现场直播118kj