基于乙撐雙硬脂酸酰胺的SBS改性瀝青改性機理研究

曲恒輝，李軍，馮美軍，李孟，田冬軍，朱輝

（1.山東高速材料技術(shù)開發(fā)集團有限公司，山東 濟南 250014；2.山東建筑大學交通工程學院，山東 濟南 250101）

利用高分子量的熱塑性高分子材料對道路瀝青進行處理后，能夠顯著提高其抗車轍、低溫開裂、抗疲勞等性能。SBS 和SBR 等高分子改性劑在我國已得到廣泛應(yīng)用，而SBS 高分子聚合物的應(yīng)用最為普遍[1]。SBS 對基質(zhì)瀝青進行聚合物改性，SBS 改性瀝青作為一種多相化合物，它的相容是一種特殊的過程相容性，可以在很長一段時間內(nèi)保持穩(wěn)定，不會發(fā)生明顯的相分離，從而使得到的混合物能夠具有預(yù)期的性能[2]。但SBS 改性劑與基質(zhì)瀝青的物理性能差異很大，導致SBS 改性瀝青相容性差、分散不均勻、存儲性差，對其加工存儲、路用性能及應(yīng)用范圍有很大限制。

為了提高SBS 改性瀝青的各項性能，使其表現(xiàn)更好或符合一定的需求，本文選擇3 種方法合成的乙撐雙硬脂酸酰胺，并與SBS 改性瀝青進行復(fù)合處理[3]。首先通過離析法評估復(fù)合材料的耐久性，并從宏觀上反映其相容性；然后借助差示掃描量熱法（DSC），對復(fù)合改性瀝青進行熱力學分析，評價其溫度穩(wěn)定性；最后借助紅外光譜儀（IR），從微觀層面研究復(fù)合改性瀝青內(nèi)部官能團的分布情況[4]，借助化學官能團分析揭示SBS 改性劑混合塑料潤滑劑后瀝青的復(fù)合改性機理[5-6]。本研究可為低生熱瀝青等相關(guān)研究提供參考。

1 試驗材料

1.1 基質(zhì)瀝青

基質(zhì)瀝青選用SK70#瀝青，其常規(guī)指標見表1。

表1 基質(zhì)瀝青常規(guī)物理性能指標

1.2 塑料潤滑劑

塑膠潤滑劑分為APL、APE、APR 三種，均為無色、無味的粉末，APL 和APR 是自行開發(fā)的塑料潤滑劑，APE 中含有更多的乙撐雙硬胺脂酸酰胺，APL 是通過對APE 進行羥基修飾，使其具有更多的羥基脂肪酸酰胺，APR 則是由APE 經(jīng)脫氨后所產(chǎn)生的高級脂肪醇乙撐雙硬脂酸酰胺。

1.3 制備塑料潤滑劑與SBS 復(fù)合改性瀝青

首先將基質(zhì)瀝青加熱至160℃，使其具有較好的流動性，再向里面添加橡膠油，攪拌均勻，然后將剪切速度提高到2000 轉(zhuǎn)/分，在剪切時添加SBS 改性劑和APL/APE/APR；隨后將其加熱到175℃，并在3500轉(zhuǎn)/分的剪切速度下進行30 分鐘剪切；將溫度控制在175℃，調(diào)整到攪拌狀態(tài)，添加穩(wěn)定劑，再以400 轉(zhuǎn)/分的速度進行攪拌，攪拌時間1 小時。

通過實驗室試驗，得出APL/APE/APR 的最佳摻入量為1.5%，以達到性能與經(jīng)濟性的要求。SBS 的改性劑用量為3.5%。以上所述的材料都是以瀝青質(zhì)量為標準。下文中SBS 代表SBS 改性瀝青，SBS+APL 代表APL/SBS 復(fù)合改性瀝青，SBS+APE 代表APE/SBS 復(fù)合改性瀝青，SBS+APR 代表APL/SBS 復(fù)合改性瀝青。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱存儲穩(wěn)定性研究

對4 種瀝青試樣進行離析實驗，試驗結(jié)果如表2所示。

由表2可知，SBS 改性瀝青下段部分樣品的軟化點大于上段部分，而添加塑料潤滑劑APL/APE/APR 后，其軟化點均為下段部分小于上段部分，且均大于SBS 改性瀝青，但4 種試樣的軟化點差都在2 以下，滿足技術(shù)規(guī)范要求；SBS+APL 在四種試樣中表現(xiàn)出最大的復(fù)數(shù)模量和車轍因子，其相位角度最小，而且都是上部比下部高；SBS+APE 復(fù)數(shù)模量和車轍因子比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 在各方面的性能差異很小，其中復(fù)數(shù)模量和車轍因子都是下段比上段大，而相位角下段小。總的來說，加入三種塑料潤滑劑后，SBS 改性瀝青的熱存儲穩(wěn)定性沒有受到明顯的影響。

表2 瀝青樣品離析指標匯總

2.2 差示掃描量熱儀法

利用差示掃描量熱儀（DSC）對4 種不同類型的瀝青進行了熱力學分析，并對其進行了熱力相容性試驗。DSC 實驗的主要參數(shù)設(shè)置：加熱速度為10℃/分鐘，在-40～180℃的范圍內(nèi)，N2 作為保護性氣體，在實驗中首先進行吸熱和放熱，即先由-40℃上升到180℃，然后再由180℃下降到-40℃。圖1顯示4 種不同的瀝青試樣的差示掃描圖。

圖1 4 種復(fù)合改性瀝青樣品差示掃描圖譜

從圖1可以看出，4 種不同的瀝青試樣在吸放熱階段的熱流值隨溫度的變化規(guī)律相同，SBS+APL 和SBS+APE 兩種瀝青在不同的溫度條件下，會出現(xiàn)放熱峰和吸熱峰。圖1(a)顯示4 種不同的瀝青試樣的熱吸收曲線，發(fā)現(xiàn)在吸熱階段，4 種試樣的熱流值在初始階段表現(xiàn)為先降后升、后逐漸下降，當溫度升高時，SBS 和SBS+APR 會最先出現(xiàn)下一次熱流值的拐點，并且在整個吸熱過程中出現(xiàn)多個拐點，SBS+APL 也有幾個拐點，但SBS+APE 只有一個拐點，而且在高溫地區(qū)表現(xiàn)出明顯的轉(zhuǎn)變。圖1(b)顯示放熱過程中的差示掃描圖，4 種瀝青試樣的熱流量都呈現(xiàn)由急劇下降、升高、下降、逐漸升高、逐漸下降、逐漸下降的趨勢。結(jié)果表明，APL和APE 可以提高SBS 改性瀝青吸熱峰和放熱峰溫度，APL 對SBS 改性瀝青的熱性能有較好的改善作用。

2.3 紅外光譜試驗方法

對4 種改性瀝青樣品進行IR 試驗，在圖2中顯示IR 光譜，并且在表3中總結(jié)主要的官能團。

圖2 瀝青樣品紅外光譜圖

表3 瀝青樣品中鍵和官能團

從圖2可以看出，4 種不同的瀝青試樣，其IR 譜曲線大致相同，但在一些特定的波數(shù)處差別較大，從表3可以看出，4 種不同的瀝青試樣的IR 吸收峰值分別在3300cm-1、1745cm-1、1635cm-1 和1540cm-1 這4 處存在較大差異，SBS 改性瀝青在這4 個波數(shù)處未出現(xiàn)吸收峰，而SBS+APL 在3300cm-1、1635cm-1 和1540cm-1 波段處出現(xiàn)峰值，SBS+APE 在3300cm-1 和1635cm-1 波段處出現(xiàn)峰值，SBS+APR 僅在1745cm-1處有峰值出現(xiàn)。結(jié)果表明：APR/SBS 復(fù)合改性瀝青中未含有N 的鍵和官能團鍵位，這也是APR/SBS 復(fù)合改性瀝青高溫性能未得到改善的主要因素；APL/SBS 復(fù)合改性瀝青含有N-H 鍵，提高了聚合物的內(nèi)聚力，因此其高溫性能要好于APE/SBS 復(fù)合改性瀝青。

3 結(jié)論

（1）離析試驗結(jié)果表明，發(fā)現(xiàn)四種瀝青在離析實驗中的軟化點差都在2℃以下，塑料潤滑劑未對SBS 改性瀝青的熱貯存穩(wěn)定性產(chǎn)生明顯的影響。

（2）通過DSC 分析發(fā)現(xiàn)，APL 和APE 可以提高SBS 改性瀝青吸熱峰和放熱峰溫度，使其高溫性能和粘彈區(qū)間范圍得到提高。

（3）通過IR 分析，發(fā)現(xiàn)添加APL、APE 后，SBS改性瀝青中的官能團類型增多，改善了SBS 改性瀝青的高溫特性，將APR 添加到SBS 改性瀝青中，會形成獨特的C=O 鍵，從而改善其低溫性能。