紫外光吸收劑對(duì)SBS改性瀝青物理性能的影響

朱 昊 王立鵬

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081)

1 概述

現(xiàn)代道路交通面臨著車流量大，軸載重等問(wèn)題，因此瀝青路面在高低溫下需具備良好的使用性能，然而普通瀝青由于自身組成與結(jié)構(gòu)的問(wèn)題不適用于現(xiàn)代道路交通。因此，需要對(duì)瀝青進(jìn)行改性加工[1]。聚合物改性瀝青前景廣闊，特別是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)改性瀝青因具備良好的路用性能而備受青睞。然而，瀝青在環(huán)境因素作用下會(huì)發(fā)生老化而導(dǎo)致瀝青路面路用性能下降[2]。SBS改性瀝青因?yàn)镾BS改性劑的存在，導(dǎo)致其老化更為復(fù)雜。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)SBS改性瀝青的熱老化研究已比較成熟。隨著對(duì)老化研究的深入，SBS改性瀝青的紫外光老化問(wèn)題引起了研究者的關(guān)注與重視。研究人員在研究SBS改性瀝青老化的同時(shí)，也對(duì)其抗老化進(jìn)行了相應(yīng)的研究。近些年來(lái)，SBS改性瀝青的抗紫外光老化問(wèn)題引起了研究者的關(guān)注與重視。紫外光吸收劑憑借其優(yōu)良的抗老化效果在塑料、橡膠等聚合物的抗紫外光老化中備受青睞。在研究紫外吸收劑對(duì)SBS改性瀝青抗老化性能影響的同時(shí)，研究紫外光吸收劑對(duì)SBS改性瀝青性能的影響也至關(guān)重要。

鑒于此，本文采用1種紫外光吸收劑(UV326)對(duì)2種不同類型的SBS改性瀝青進(jìn)行改性，研究紫外光吸收劑對(duì)SBS改性瀝青物理性能的影響。本文對(duì)于采用紫外光吸收劑制備出具有優(yōu)良路用性能的SBS改性瀝青具有重要的理論意義與現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

2 試驗(yàn)及材料準(zhǔn)備

2.1 試驗(yàn)材料

2.1.1瀝青

本文使用AH-70道路石油瀝青作為基質(zhì)瀝青，由盤錦北方瀝青股份有限公司提供。該瀝青的物理性能如表1所示。

表1 AH-70瀝青的物理性能

2.1.2SBS改性劑

SBS改性劑是一種熱塑性彈性體，有星型和線型兩種結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

SBS以丁二烯與苯乙烯為單體，通過(guò)陰離子聚合的方式形成線型或星型結(jié)構(gòu)，聚苯乙烯鏈段(PS)在兩端聚集所形成的物理交聯(lián)區(qū)域叫做硬段，而聚丁二烯鏈段(PB)所形成的物理交聯(lián)區(qū)域叫做軟段，軟段表現(xiàn)出高彈性。軟段(PB)與硬段(PS)互不相溶，SBS的軟段與硬段構(gòu)成其兩相分離結(jié)構(gòu)[3,4]。而SBS的微觀兩相分離結(jié)構(gòu)賦予其在常溫下具有良好的彈性，在高溫下又具有塑性流動(dòng)狀態(tài)。SBS均勻分布于瀝青中后，聚苯乙烯鏈段的存在給予材料足夠的強(qiáng)度，中間嵌段聚丁二烯會(huì)賦予共聚物具有良好的彈性，瀝青的高低溫、拉伸、彈性以及耐老化性能等從而得到了有效的改善[4,5]。

本文選用2種不同結(jié)構(gòu)的SBS改性劑：線型SBS(Linear SBS)1401和星型SBS(Radial SBS)4303，均為湖南岳陽(yáng)巴陵石化有限公司提供。

2.1.3紫外光吸收劑

本文選擇1種常用的紫外光吸收劑對(duì)SBS改性瀝青進(jìn)行改性：

紫外光吸收劑UV326是一種高效光穩(wěn)定劑，是苯并三唑類紫外光吸收劑中代表性產(chǎn)品，分子結(jié)構(gòu)如圖2所示。UV326對(duì)波長(zhǎng)為270 nm～380 nm的紫外光有良好的吸收作用，且其性能穩(wěn)定、紫外線吸收能力強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于聚烯烴、聚酯樹(shù)脂、ABS等聚合物材料。

本文所使用的紫外光吸收劑由南京米蘭化工有限公司提供。其物理性能如表2所示。

表2 不同結(jié)構(gòu)紫外光吸收劑的物理性能

2.2 試樣制備

紫外光吸收劑/SBS改性瀝青的制備流程見(jiàn)圖3。

對(duì)SBS改性瀝青試樣標(biāo)記如下：線型SBS改性瀝青——LSMB，星型SBS改性瀝青——RSMB，紫外光吸收劑/線型(星型)SBS改性瀝青——紫外光吸收劑/LSMB(RSMB)，例如：UV326/線型SBS改性瀝青——UV326/LSMB。

2.3 物理性能測(cè)試

對(duì)不同SBS改性瀝青及紫外光吸收劑/SBS改性瀝青試樣進(jìn)行物理性能測(cè)試，具體包括針入度、延度和軟化點(diǎn)3項(xiàng)試驗(yàn)。

2.3.1針入度

釆用SYD-2801F型瀝青針入度試驗(yàn)儀，按照J(rèn)TG E20—2011/T0604—2011規(guī)定對(duì)瀝青針入度進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)溫度為(25±0.1) ℃，貫入時(shí)間為5 s，單位以0.1 mm表示。

2.3.2延度

采用SYD-4508C型數(shù)控低溫瀝青延度儀，按照J(rèn)TG E20—2011/T0605—2011規(guī)定對(duì)瀝青延度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試溫度為5 ℃，拉伸速度為5 cm/min，單位以cm表示。

2.3.3軟化點(diǎn)

利用SYD-2806E型自動(dòng)瀝青軟化點(diǎn)試驗(yàn)器，按照J(rèn)TG E20—2011/T0606—2011規(guī)定對(duì)瀝青軟化點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，初始加熱溫度為(5±0.5) ℃，升溫速率為(5±0.5) ℃/min，單位以 ℃表示。

3 結(jié)果與討論

為確定紫外光吸收劑在SBS改性瀝青中的合適摻加量，分別將占SBS改性瀝青不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.2wt%，0.4wt%，0.6wt%，0.8wt%，1.0wt%)的紫外光吸收劑加入SBS改性瀝青中，并進(jìn)行物理性能測(cè)試。

3.1 不同摻量紫外光吸收劑對(duì)LSMB物理性能的影響

不同摻量UV326對(duì)LSMB物理性能的影響如表3所示，UV326的加入使LSMB的針入度和延度增大，軟化點(diǎn)減小。且隨著UV326摻量的逐漸增加，LSMB的針入度與延度逐漸增大，軟化點(diǎn)逐漸減小。當(dāng)UV326摻量增加到1%時(shí)，LSMB改性瀝青的針入度由原樣的46 dmm增加到54 dmm，增加率為17%，延度的增加率為8.0%，軟化點(diǎn)的減少率為7.7%。LSMB針入度的增大表明UV326的加入使LSMB的粘稠度減小，其延度增大表明UV326可以提高LSMB的低溫延展性，改善LSMB的低溫性能。UV326的加入對(duì)LSMB的高溫性能有不利的影響，但是影響程度比較小。

表3 不同摻量UV326對(duì)LSMB物理性能的影響

在較小摻量下(≤0.2%)，UV326對(duì)LSMB的針入度與軟化點(diǎn)增加率影響較大，當(dāng)摻量較大時(shí)，對(duì)其增加率影響較小。表明較小摻量的UV326對(duì)LSMB的物理性能增加率影響較大，隨著摻量的增加，對(duì)其增加率影響較小且其增加量越來(lái)越大。

3.2 不同摻量紫外光吸收劑對(duì)RSMB物理性能的影響

由表4可知，UV326的加入使RSMB物理性能的變化規(guī)律與UV326對(duì)LSMB的影響相似。即UV326加入RSMB中后，其針入度和延度增大，軟化點(diǎn)減小。且隨著UV326摻量的逐漸增加，RSMB的針入度與延度逐漸增大，軟化點(diǎn)逐漸減小。當(dāng)UV326摻量增加到1%時(shí)，RSMB的針入度與延度增加率分別為25%，40%，軟化點(diǎn)減少率為3.6%。表明UV326的加入使RSMB稠度減小，低溫延展性得到提高，低溫性能得到改善，對(duì)于RSMB高溫性能有較小的負(fù)面影響。

表4 不同摻量UV326對(duì)RSMB物理性能的影響

由表3，表4可知，在0.2%摻量時(shí)，UV326的加入使LSMB針入度與軟化點(diǎn)有一個(gè)較大變化，隨著摻量的增加，變化率較小，而延度增長(zhǎng)速率較為均勻緩慢。故UV326的五個(gè)不同摻量對(duì)LSMB改性瀝青物理性能影響不大。對(duì)于RSMB，UV326使其軟化點(diǎn)降低，紫外光吸收劑摻量在0.6wt%～0.8wt%之間時(shí)，UV326對(duì)RSMB的延度增加幅度較大，針入度與軟化點(diǎn)變化較小。故為確定紫外光吸收劑在LSMB與RSMB中的合適摻量范圍，主要從RSMB的物理性能指標(biāo)進(jìn)行分析。對(duì)2種紫外光吸收劑/SBS改性瀝青的物理性能進(jìn)行整體綜合考慮，紫外光吸收劑的摻量應(yīng)在0.6wt%～0.8wt%范圍內(nèi)較為適宜。當(dāng)紫外光吸收劑摻量為0.6wt%時(shí)，瀝青的整體物理性能較為優(yōu)良，因此將紫外光吸收劑的適宜摻量均確定為0.6wt%。

4 結(jié)語(yǔ)

本文選用1種紫外光吸收劑和2種不同類型的SBS改性瀝青，制備了不同紫外光吸收劑/SBS改性瀝青試樣，研究了紫外光吸收劑對(duì)SBS改性瀝青物理性能的影響，確定了紫外光吸收劑在SBS改性瀝青中的適宜摻量。主要研究結(jié)論如下：1)隨著UV326摻量的增加，SBS改性瀝青的針入度和延度均逐漸增大，軟化點(diǎn)逐漸減小。2)對(duì)紫外光吸收劑/SBS改性瀝青的物理性能進(jìn)行整體綜合考慮，紫外光吸收劑的摻量應(yīng)在0.6wt%～0.8wt%范圍內(nèi)較為適宜。

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