萜烴對SBS改性瀝青技術性能的影響規律研究

沈守濤

安徽省公路橋梁工程有限公司 安徽 合肥 230000

引言

SBS改性劑是我國使用最為廣泛的瀝青改性劑，通過SBS的改性作用，瀝青的黏滯性、低溫性能、耐久性和感溫性等路用性能均可以得到較大程度的提高[1]。但是SBS與瀝青的密度差距較大，離析問題在所難免。國內外的科研工作者通過多種途徑來提高SBS改性瀝青的存儲穩定性，李海英等研究貯存運輸條件對SBS改性瀝青貯存穩定性的影響規律，提出了最佳貯存工藝[2-3]；陳聰則對不同SBS改性劑摻量的改性瀝青貯存穩定性進行了分析，得出了基于技術性能及貯存穩定性的最佳SBS摻量[4]；閆正和等發現生物油再生劑對SBS改性瀝青的貯存穩定性具有一定的提升作用[5]；楊喜英則利用紅外光譜技術實現了對SBS改性瀝青熱存貯穩定性量化評價的方法[6]；但據交通質監部門的抽檢，目前我國大約只有78%的SBS改性瀝青滿足貯存穩定性的要求[7]。所以提高SBS改性瀝青抗離析性能仍然是擺在科研工作者面前的一道難題。

本文向SBS改性瀝青中摻入萜烴，借助萜烴對SBS分散性能的提升作用，提高SBS在剪切過程中的分散特性，減小SBS的混溶粒徑，從而提高SBS改性瀝青的貯存穩定性。

萜類是概括所有異戊二烯的聚合物以及它們衍生物的總稱，萜烴是普遍存在于植物界的一種化合物。其中除了以萜烴的存在形式以外，大多數是形成各類形式含氧的衍生物，尤其以羧酸、醇、酯、醛、酮形式。

另外還有氮式衍生物，并伴有硫式衍生物。分子中含異戊二烯單位的可以將萜可分為：單萜、倍半萜、二萜等。針對某些在生源上由異戊二烯合成而來的但分子中碳原子數不是5整倍數的化合物，稱其為類萜，萜類化合物在植物體內具備非常重要的作用。

單萜、倍半萜是揮發油的主要成分，二萜是形成樹脂的主要物質，自然界中萜類化合物分布廣泛，并伴隨生理活性等功能。

單萜化合物是指分子中含兩個分子異戊二烯單位的萜烯及其衍生物。單萜類化合物廣泛存在于高等植物中的分泌組織里，多數是揮發油中沸點較低部分的主要組成部分。

倍半萜類是指由3分子異戊二烯聚合而成，分子中含有15個C原子的天然萜類化合物。 倍半萜和單萜都是揮發油的主要組成成分，倍半萜的沸點較高，其含氧衍生物大多有較強的香氣和生物活性。

二萜類化合物可視為由4分子異戊二烯聚合而成分子中含有20個C原子的天然萜類化合物，因二萜類分子量較大，因此大部分不能隨水蒸氣揮發，少數揮發油中發現的二萜成分，大部分分布在高沸點餾分中，二萜化合物多以內酯、樹脂等形式存在。

1 原材料與試驗設計

本文選擇萜烴作為SBS的添加劑，常溫下為液體。SBS選擇星型，瀝青采用中海90#瀝青，穩定劑選擇硫磺類穩定劑。本文制備SBS改性瀝青的工藝如下所示：將中海90#瀝青加熱至180℃，利用剪切機（高速）以5300r/min的速度剪切30min，剪切過程中緩緩地加入穩定劑以及萜烴，并不斷攪拌，剪切結束后取樣SBS改性瀝青備用，剩余瀝青持續攪拌并保持180℃約2h，即可制備SBS改性瀝青。在SBS改性瀝青的制備過程中，萜烴的摻量分別為0%、0.2%、0.4%、0.6%及0.8%（以中海90#瀝青質量為基準）。

對未經發育的SBS改性瀝青進行熒光顯微的測試，并對發育完畢的瀝青進行48h離析軟化點差以及常規技術指標的測試。

2 試驗結果與分析

2.1 萜烴對SBS分散粒度的影響

對不同萜烴摻量的SBS改性瀝青（未發育）進行微觀拍攝，利用熒光顯微鏡獲取微觀圖像，本文選取萜烴摻量為0和0.8%的SBS改性瀝青微觀圖像進行展示，如下圖1所示。

圖1 不同萜烴摻量的SBS顆粒大小圖

從上圖1可以看出，萜烴的摻入對于剪切完畢后改性瀝青中SBS粒徑的大小影響非常大，借助于圖像分析軟件，測得萜烴摻量為0.8%時的SBS平均粒徑約為萜烴摻量為0時的1/3。而SBS改性劑顆粒在瀝青中的粒徑越小，SBS的溶脹狀態就越徹底，SBS改性瀝青的抗離析能力就越強。

2.2 萜烴對SBS改性瀝青常規技術性能的影響

對不同萜烴摻量SBS改性瀝青進行延度、135℃旋轉黏度、針入度、軟化點以及老化后指標測試，試驗結果如下表1及圖2所示。

表1 不同萜烴摻量的SBS改性瀝青技術性能

上表1顯示，萜烴的摻入在一定程度上影響著SBS改性瀝青的技術性能，具體表現為隨著萜烴摻量的逐漸增大，SBS改性瀝青的延度逐漸增大、RTFOT老化后的針入度比逐漸提高、殘留延度明顯提高，這說明萜烴對SBS改性瀝青低溫延性以及抗老化性能有一定程度的提升。其根本原因還是在于SBS顆粒在瀝青中的顆粒變小，這種更加均勻的組成使得SBS改性瀝青的力學傳導更加流暢，SBS的溶脹愈加徹底，交聯程度越高。當然由于萜烴屬于相對易揮發的物質，所以在老化過程中SBS改性瀝青的質量損失明顯，特別是當萜烴摻量達到0.6%以后，質量損失超過了規范規定的1%的上限，這是值得注意的地方。除此以外，SBS改性瀝青的其他技術指標并未隨著萜烴摻量的增大而增大。

2.3 萜烴對SBS改性瀝青貯存穩定性能的影響

對不同萜烴摻量SBS改性瀝青進行離析軟化點試驗，試驗結果見下圖2所示。

圖2 不同萜烴摻量的SBS改性瀝青48h離析軟化點差

上圖2清晰的給出了不同萜烴摻量的SBS改性瀝青48h離析軟化點差的變化規律。隨著萜烴摻量的逐漸增大，SBS改性瀝青的48h離析軟化點差迅速降低，從萜烴摻量為0的8.9℃直接降到萜烴摻量為0.8%時的1.3℃，也實現SBS改性瀝青由不達標到達標的轉變。上述現象可以解釋為萜烴能夠有效地提升SBS改性瀝青的高溫貯存穩定型。

相關研究表明，當SBS粒徑足夠小時，SBS顆粒在瀝青中的上浮作用受到瀝青中大分子物質的阻礙而變得不明顯，同時越小的SBS顆粒與硫黃發生硫化反應時更加徹底。于是上述現象可以按照如下的語言進行解釋：當萜烴摻入后，在SBS剪切過程中實現了幫助SBS顆粒被剪切的粒徑更小的作用，而更粒徑更加細小的SBS顆粒在吸附瀝青輕質組分的過程中溶脹程度更加徹底，而后形成的交聯網狀結構也愈發顯得致密。所以這里可以得到一個結論，萜烴本身可能無法提高SBS改性瀝青的高溫貯存穩定性，但卻可以通過減小SBS顆粒的粒徑來實現。

3 結束語

①萜烴的摻入有助于SBS在剪切過程中被剪切為更小的粒徑。②隨著萜烴摻量的逐漸增大，SBS改性瀝青的延度逐漸增大、RTFOT老化后的針入度比逐漸提高、殘留延度明顯提高，對其他指標影響不大，也說明萜烴對SBS改性瀝青低溫延性以及抗老化性能有一定程度的提升。③摻有萜烴的SBS改性瀝青在老化過程中質量損失較大。④萜烴可通過減小SBS顆粒的粒徑而有效地提升SBS改性瀝青的高溫貯存穩定性。

萜類化合物就是指存在自然界中、分子式為異戊二烯單位的倍數的烴類，除了以萜烴的存在形式以外，大多數是形成各類形式含氧的衍生物，尤其以羧酸、醇、酯、醛、酮形式。萜類化合物是構成某些植物的主要成分。

分子量較小的萜類化合物如單萜和倍半萜多為有特殊氣味的揮發性油狀液體，其沸點隨分子量和雙鍵數量的增加而提高；分子量較大的萜類如二萜、三萜多為固體結晶。

萜類化合物中大多含大量不對稱碳原子，故具有旋光性，另外低分子萜類化合物大部分具備很強的折射率，萜類化合物親脂性良好且不溶于水，易溶于有機溶劑，含內酯結構的萜類化合物易溶于堿水。