一種高分子溶液及水性乳液的制備和應用探索

王玉利 劉 洋 栗國鋼 李澤明

(1. 重慶壹路行建設工程有限公司技術中心，重慶 401120；2. 重慶鑫路捷科技股份有限公司技術中心，重慶 401120)

工業生產的SBS成品是以丁二烯、苯乙烯為單體，經陰離子聚合合成SBS基礎膠，膠液經水析法凝聚后，進行脫揮、造粒，形成最終的SBS顆粒[1]。

近幾年出現了一些用有機溶劑將SBS溶解成溶液或制備成水性乳液的研究探索、嘗試在不同行業進行產品升級應用[2]。例如：特定溶劑溶解SBS用于制作改性瀝青路面材料、水性乳液用于制作改性乳化瀝青路面材料等；同時SBS在膠粘劑制作中也被廣泛使用，在涂布印刷成膜方面是否有成功的應用，則少見相關報道，SBS優異的粘彈性能和熱塑性能否在這些領域獲得較好應用，尚不確定，因此值得嘗試和探索。

SBS溶液的傳統有機溶劑往往使用苯、二甲苯、二氯甲烷等，在使用時伴隨著大量的揮發性有機物(VOC)排放到大氣層中，造成了健康危害和環境破壞[3]，這極大限制了SBS溶液或水性乳液的應用。

選擇應用合適有機溶劑制備的SBS溶液或SBS水性乳液可以很大程度的降低健康和環境危害風險、節省能源、并且施工方便、其涂布成膜后的獨特性能，可能具有廣泛應用的領域[2]，除已有的部分路面材料應用嘗試以外，我們推測，在印刷、涂布行業也存在替代傳統產品的可能性[3]。

1 試驗部分

1.1 SBS的選擇

在兩只燒杯中分別加入等量的工業熱塑性彈性體SBS岳陽石化YH-791H和燕山石化4303(性能如表1所示)，然后向燒杯中加入等量同種溶劑并用玻璃棒攪拌至完全溶解，觀察結果表明對于同種溶劑而言岳陽石化YH-791H 的溶解效果優于燕山石化4303，故后續試驗選取岳陽石化YH-791H進行。

表1 試驗用SBS型號和性能

1.2 有機溶劑的選擇

本課題結合以往資料文獻先選用傳統的二甲苯、二氯甲烷等有機揮發性溶劑進行試驗。試驗過程中發現有些揮發性有機溶劑有良好溶解性能但沸點較低，在常溫常壓下易揮發，操作過程中釋放大量揮發性有毒物質，存在較大健康危害的隱患，試驗操作可行性較差。考慮到長期使用或后期的生產應用環節會引發許多健康和環境問題，故嘗試選取以下幾種對健康環境危害較低的有機溶劑進行試驗研究，如表2所示。

表2 試驗選擇溶劑規格和健康危害程度

1.3 SBS溶液的制備

按試驗設計比例準確稱量工業熱塑性彈性體SBS備用，另取一燒杯按試驗設計準確稱量溶劑。將稱量好的工業熱塑性彈性體SBS與溶劑混合均勻并用玻璃棒攪拌溶解(必要時借助電力攪拌器進行攪拌溶解)，制備成SBS溶液 。

試驗結果表明，溶劑的常溫下溶解效果依次為醋酸正丙酯>環烷油>環己烷>丙二醇甲醚>無水乙醇。且試驗觀察發現醋酸正丙酯與SBS的質量比為1∶1時也能充分相溶，形成穩定的均相溶液。故選取SBS的醋酸正丙酯溶液進行后續試驗。

1.4 SBS乳液的制備

結合1.3的試驗結果，選取醋酸正丙酯和YH-791H的溶液進行SBS乳液的制備試驗。其試驗結果如表3所示。

表3 不同配比SBS溶液乳化效果

通過以上試驗研究發現,除1和7兩組外，其余六組均可制得穩定均一的SBS水性乳液。

1.5 應用探索試驗

1.5.1 SBS溶液用于改性瀝青試驗

試樣一:將基質瀝青置烘箱內加熱至160 ℃，取出樣品進行稱重；安裝攪拌與加熱控溫裝置；開啟通風和攪拌，溫度控制150～160 ℃，按配比要求緩慢連續加入SBS溶液，并控制在此溫度下持續攪拌50 min，脫除溶劑后澆模，進行性能指標測試。

試樣二:將基質瀝青置烘箱內加熱至160 ℃，取出樣品進行稱重；安裝剪切與加熱控溫裝置；剪切溫度控制160 ℃左右，按配比要求分批次加入SBS溶液，剪切15 min，加入交聯劑，繼續剪切30 min；將剪切好的試樣置入160 ℃烘箱中發育3 h后澆模，進行性能指標測試。

試樣三:將基質瀝青加熱至170 ℃左右，加入稱量好的SBS改性劑，用玻璃棒攪拌均勻，然后在8 000 r/min 的轉速下剪切0.5 h，加入硫磺、糠醛油在180～185 ℃下剪切發育2.5 h后澆模，進行性能指標測試。

通過對三個SBS改性瀝青試樣的性質分析發現，使用SBS溶液生產的改性瀝青，相比于傳統方法生產的改性瀝青而言，整體性能指標較差。尤其是軟化點、針入度差異較大，不易滿足技術規范的使用要求。

試樣一、二制備過程的加熱溫度較低且整個制樣過程中沒有出現膠團纏結現象。將試樣在180 ℃下發育兩小時復測軟化點56，160 ℃靜置烘箱15 h后軟化點58。結果表明，延長保溫時間可能提高了交聯度，使改性瀝青性能獲得了改善。

該SBS溶液直接應用于熱拌瀝青改性尚有許多問題需要解決，技術指標未能體現出優勢，但避免了SBS改性瀝青生產中必須經過強力機械過磨的過程，有望簡化工業生產過程、相對能耗較低。

1.5.2 SBS水性乳液用于改性乳化瀝青試驗

將制備好的SBS乳液加入基質瀝青中充分混合均勻后，經過乳化機混合乳化制備改性乳化瀝青。

考察改性乳化瀝青蒸發殘留物的性能指標，發現其效果一般，與SBS改性乳化瀝青相比較而言，未體現性能優勢，且存在溶劑揮發問題。優點在于生產過程簡單，易操作，避免了SBS改性瀝青生產中必須經過強力機械過磨的過程，相對能耗較低。

1.5.3 涂布成膜試驗

將SBS和溶劑醋酸正丙酯按1∶3的比例(質量比)配合攪拌均勻，用滾動刷或油漆刷蘸取，均勻的涂刷在紙張基層表面，固化成膜后粘附良好、不產生氣泡、褶皺、脫模等現象，涂層柔軟、防水，能夠紙膜合一。

試驗制成的水性乳液進行相同的涂布烘干后，具有相同的性能。

2 結論

(1) 通過對線型和星型兩種改性劑的試驗研究發現，線型SBS與星型SBS相比，因分子量較小更易溶解獲得SBS溶液。

(2) 制備的改性瀝青和改性乳化瀝青與傳統工藝條件制備的產品相比無明顯性能優勢，存在問題尚需繼續研究解決；但應用較為便利，生產所需的溫度大幅降低，只需機械攪拌免去機械過磨的過程，大大降低了能耗。

(3) 此種方法制備的高分子溶液和水性乳液制備方法簡便，能夠減少部分傳統溶液和水性乳液生產過程中有害溶劑的用量，可嘗試用于涂料、膠粘劑行業以及其他未知領域。