受阻酚對灌縫膠體系的抗老化改性效果研究

劉漢超,張凱華,張菁燕,滕新華

(常州市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司,常州 213000)

0 引 言

裂縫是瀝青路面常見的病害類型之一。在預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中,需要使用灌縫膠對裂縫進(jìn)行填縫處理。通常,灌縫膠由基質(zhì)瀝青、聚合物彈性體等組分構(gòu)成。溶脹于瀝青中的彈性體賦予灌縫膠優(yōu)良的變形能力,使其可以適應(yīng)由溫差變化造成的裂縫寬度變化,進(jìn)而起到密封填充的作用[1-2]。然而,與其他瀝青基材料一樣,灌縫膠在現(xiàn)場攪拌、施工過程中會發(fā)生嚴(yán)重的熱氧老化,進(jìn)而造成材料性能衰減,灌縫過早失效。因此,灌縫膠的耐老化問題值得思考與關(guān)注。

改善瀝青基材料耐熱氧老化性能最簡單、常用的方法是在組分中添加抗老化劑。根據(jù)作用機(jī)制,抗老化劑可分為物理阻隔型和反應(yīng)型。其中,物理阻隔型抗老化劑通過隔絕氧氣和高溫改善瀝青的抗老化性能[3-4];反應(yīng)型抗老化劑主要為抗氧劑,作用機(jī)理為通過鏈終止和分解過氧化物使自由基失活,進(jìn)而阻止老化加劇[5-6]。常用的物理阻隔型抗老化劑為層狀無機(jī)材料,如層狀氫氧化物、層狀硅酸鹽等,材料成本較低、抗老化效果良好,但使用后往往會導(dǎo)致瀝青基材料黏度和模量升高[7-8]。因此,物理阻隔型抗老化劑并不適用于灌縫膠的耐老化改性。反應(yīng)型抗氧劑因較好的適用性和有效性而獲得了較多的關(guān)注[9-12]。在各種反應(yīng)型抗氧劑類型中,受阻酚應(yīng)用較廣泛。受阻酚的效用機(jī)制在于可以捕獲過氧類自由基,阻止過氧類自由基進(jìn)攻其他分子而形成大分子自由基,從而抑制新的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)循環(huán),延緩材料的熱氧老化[13-15]。受阻酚具有加入量小、抗氧效率高、對基質(zhì)瀝青物理性能影響小的特點(diǎn)[16-17],因此更適用于對模量、彈性有較高要求的灌縫膠體系。目前,已有研究將受阻酚應(yīng)用于瀝青及改性瀝青體系。例如,Feng等[18]通過光穩(wěn)定劑與抗氧劑的復(fù)合改性,同時延緩了瀝青的熱氧老化和光氧老化; Batista等[19]和Pan等[20]采用改性木質(zhì)素對瀝青進(jìn)行抗氧化改性,木質(zhì)素中的受阻酚羥基可以抑制氧化反應(yīng),進(jìn)而起到防老化效果;有研究將受阻酚與二丁基二硫氨基甲酸鋅配合使用,有效抑制了瀝青中羰基的生成[21];An等[22]和Dessouky等[23]將受阻酚 Irganox 1010 和Irgafos 168應(yīng)用于瀝青及丁苯橡膠改性瀝青,發(fā)現(xiàn)二者均能抑制老化過程中的氧化反應(yīng),保留瀝青的低溫延性,降低老化瀝青在中低溫下的硬化傾向。

目前,較多研究對受阻酚改性瀝青進(jìn)行了報道,但對灌縫膠體系相關(guān)研究則較少。灌縫膠的材料性質(zhì)、老化形式與其他改性瀝青相比存在很大差異:第一,灌縫膠中彈性體摻量高于一般改性瀝青;第二,高摻量的彈性體會造成體系黏度顯著升高,其施工灌注溫度高于普通改性瀝青[24];第三,施工時,灌縫膠需在儲罐中進(jìn)行均質(zhì)攪拌,無集料參與,其攪拌與加熱狀態(tài)不同于改性瀝青膠結(jié)料的薄膜態(tài),且灌縫膠會在儲罐中長時間加熱。有些情況下,前一天加熱過的灌縫膠甚至?xí)诘诙熘貜?fù)加熱使用,老化時間遠(yuǎn)長于改性瀝青膠結(jié)料。因此,適用于其他瀝青體系的抗老化劑在灌縫膠體系內(nèi)未必同樣適用。有研究表明,不同的瀝青體系、不同的抗氧劑類型、不同的老化形式均會造成抗老化性能的差異[12,25]。因此,對于灌縫膠這一組分構(gòu)成、老化形式均較為特殊的體系,受阻酚的適用性及抗老化改性效果,仍待研究?；谝陨蠁栴},本文以采用基質(zhì)瀝青、SBS彈性體、橡膠顆粒等組分制備瀝青基灌縫膠,并模擬施工現(xiàn)場老化條件,研究1076、二叔丁基對甲酚(butylated hydroxytoluene, BHT)及1010三種分子量、分子結(jié)構(gòu)各異的受阻酚抗氧劑對灌縫膠熱氧老化前后性能的影響,分析影響受阻酚抗老化效果的內(nèi)在機(jī)制,并探究進(jìn)一步提升受阻酚抗老化效果的方法,為灌縫膠耐老化性能的提升提供技術(shù)參考。

1 實 驗

1.1 試劑與材料

試驗所用到的原材料有:SK-70號石油瀝青;苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(styrene-butadiene-styrene copolymer elastomer, SBS)彈性體,巴陵石化SBS-1301;丁苯橡膠粉,80目(900 μm),江陰廣義達(dá)橡塑有限公司;橡膠油,河北衡水加力潤滑油有限公司;受阻酚1076,受阻酚1010,受阻酚抗氧劑二叔丁基對甲酚(butylated hydroxytoluene, BHT),純度99%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),河北佰億聯(lián)化工有限公司;異佛爾酮二異氰酸酯,分析純,阿拉丁生化科技股份有限公司。受阻酚的性能指標(biāo)見表1,分子結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 受阻酚的分子結(jié)構(gòu)Fig.1 Molecular structure of hindered phenol

表1 受阻酚性能指標(biāo)Table 1 Property index about hindered phenol

1.2 試驗設(shè)備

高速剪切機(jī),GS-1,滄州昌志建筑儀器有限公司;油浴鍋,HH-S,鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司;電動攪拌器,QHJ756B,常州市新析儀器有限公司;動態(tài)剪切流變儀,kinexus DSR, 德國耐馳; 傅里葉變換紅外光譜(FTIR)儀,Thermo Scientific Nicolet 6700,美國Thermo Fisher Scientific公司;高低溫萬能力學(xué)試驗機(jī),WDW-GD2,山東領(lǐng)創(chuàng)試驗儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 灌縫膠的制備

參考已有文獻(xiàn)[26]的技術(shù)手段制備灌縫膠,具體步驟如下:將100份基質(zhì)瀝青加熱到155 ℃,加入5份SBS溶脹30 min,之后將溫度升至175 ℃高速剪切30 min。剪切完畢后加入投入35份橡膠粉,低速攪拌90 min。之后,自然冷卻至140 ℃,加入2份橡膠油,在冷卻過程中保持?jǐn)嚢柚敝琉こ?即得灌縫膠。灌縫膠性能參數(shù)見表2。根據(jù)《路面加熱型密封膠》(JT/T 740—2015)所規(guī)定的試驗方法測試性能,制得的灌縫膠為普通型灌縫膠。

表2 灌縫膠性能參數(shù)Table 2 Performance parameters of crack sealant

1.3.2 受阻酚改性灌縫膠的制備

依照1.3.1中方法,低速攪拌60 min后加入受阻酚,之后繼續(xù)攪拌30 min。此后步驟與1.3.1節(jié)中一致。受阻酚1076加入的量參考已有文獻(xiàn)[23],為灌縫膠質(zhì)量的2%。對于加入1010或BHT的體系,則根據(jù)2%摻量下受阻酚1076中所含酚羥基的量以及受阻酚BHT和1010的羥基當(dāng)量,計算出BHT和1010的加入量,以保證不同受阻酚改性灌縫膠體系中所含酚羥基含量一致。計算方法如下:

CBHT=C1076×MBHT/M1076

(1)

C1010=C1076×M1010/M1076

(2)

式中:CBHT、C1076、C1010分別為受阻酚BHT、1076、1010的摻量;MBHT、M1076、M1010分別為受阻酚BHT、1076、1010的羥基當(dāng)量。

1.3.3 老化試驗

模擬施工時的加熱方式,將100 g樣品置于燒杯中,在180 ℃的油浴加熱下加以攪拌。老化前的未改性灌縫膠樣品編號為S,加入受阻酚1010、BHT、1076的灌縫膠則分別命名為S-A、S-B、S-C。老化不同時間的樣品標(biāo)記為“S-老化時間”,例如,老化6 h的未改性樣品編號為S-6,老化6 h的BHT改性樣品編號為S-B-6。

1.3.4 基本性能測試

將老化前后的灌縫膠進(jìn)行制樣,測試其軟化點(diǎn)、錐入度、彈性恢復(fù)率、流動值及低溫拉伸性能。在測試中,軟化點(diǎn)、錐入度、彈性恢復(fù)率、流動值和低溫拉伸參照《路面加熱型密封膠》(JT/T 740—2015)中規(guī)定方法進(jìn)行測試。除規(guī)范中規(guī)定的循環(huán)拉伸試驗外,另于-10 ℃下進(jìn)行拉伸破壞試驗(拉伸破壞試驗的拉伸速率為1.5 mm/min),以便更直觀地對比考察材料性能[1]。

1.3.5 溫度掃描試驗

采用流變儀進(jìn)行溫度掃描試驗,采用25 mm平板,間隙設(shè)置為1 mm,剪切應(yīng)變設(shè)置為1%,頻率為10 rad/s,初始試驗溫度為100 ℃,以-2 ℃/min的降溫速度降至-10 ℃。

1.3.6 應(yīng)力松弛試驗

采用流變儀進(jìn)行應(yīng)力松弛試驗,采用25 mm平板,間隙設(shè)置為1 mm,應(yīng)變?yōu)?.5%,溫度設(shè)定為-8 ℃。

1.3.7 FTIR紅外光譜測試

采用Thermo Scientific Nicolet 6700進(jìn)行紅外光譜表征,采用全反射模式進(jìn)行測試。

1.3.8 黏度測試

采用流變儀進(jìn)行黏度測試,采用25 mm平板,間隙設(shè)置為1 mm,剪切速率設(shè)置為10 s-1,溫度設(shè)定為180 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 受阻酚改性灌縫膠老化前后的性能變化

老化不同時間后灌縫膠的性能變化如圖2、3所示。隨著老化時間的增長,所有樣品的軟化點(diǎn)和彈性恢復(fù)率均升高,而流動值和錐入度均降低,表明老化后灌縫膠發(fā)生了硬化,更長的老化時間會造成灌縫膠性能衰減速度加劇,不斷產(chǎn)生的自由基引發(fā)活性位點(diǎn)增加,進(jìn)而造成老化反應(yīng)速度加快。加入受阻酚后,灌縫膠老化后的性能與未加入受阻酚的樣品相比,出現(xiàn)了較為顯著的改變。其中,S-A樣品在6 h老化時間內(nèi)耐老化性能提升不明顯,而在12 h老化后性能衰減的程度才出現(xiàn)下降。而S-B樣品在6 h內(nèi)表現(xiàn)出顯著的耐老化性,而老化12 h后,耐老化性則有所減弱。S-C樣品則在全時段的老化過程中均表現(xiàn)出較好的耐老化性,與未改性樣品相比,老化12 h后,S-C樣品的軟化點(diǎn)和彈性恢復(fù)率分別降低了5.1 ℃和5.3%,而流動值和錐入度則分別升高了0.6 mm和1.1 mm。

圖2 老化前后不同受阻酚改性灌縫膠的性能變化Fig.2 Properties of different hindered phenol modified crack sealants before and after aging

低溫拉伸性能如圖3所示。受阻酚的加入對灌縫膠老化前的拉伸性能影響不大。老化6 h后,受阻酚的加入延緩了灌縫膠模量的增長,其中,S-B和S-C樣品的彈性模量與S相比降低明顯。當(dāng)老化12 h后,加入受阻酚的灌縫膠具有更高的破壞位移,其中,S-C和S-A樣品的破壞位移顯著提升,表現(xiàn)出更好的低溫拉伸性能。

圖3 各灌縫膠的低溫拉伸性能Fig.3 Low-temperature tensile performance of different crack sealants

2.2 受阻酚改性灌縫膠老化前后的黏彈性分析

為分析不同受阻酚改性灌縫膠老化前后的黏彈性,對各樣品進(jìn)行了溫度掃描流變測試,如圖4所示。由圖4(a)～(c)可以看出,老化后,添加了受阻酚的樣品儲能模量均低于未添加受阻酚的樣品,說明受阻酚起到了延緩老化的作用。為研究高溫和低溫下灌縫膠模量的變化,考慮到避免邊際效應(yīng),選取-5和95 ℃下各樣品灌縫膠的模量進(jìn)行對比(圖4(d)和4(e)),發(fā)現(xiàn)在老化前,受阻酚1076和BHT可以降低灌縫膠95 ℃下的儲能模量,具有增塑效果。這一現(xiàn)象與圖2結(jié)果類似:S-B和S-C與S樣品相比,在老化前具有更低的軟化點(diǎn)。而受阻酚1010的加入則未對老化前灌縫膠的儲能模型產(chǎn)生明顯的影響?？紤]到受阻酚BHT和1076的熔點(diǎn)分別為70和55 ℃,這兩種受阻酚會在高溫下熔化為液體,進(jìn)而起到一定的增塑作用。老化6 h后,未改性樣品在-5 ℃下的儲能模量與老化前樣品相比出現(xiàn)了顯著升高,而受阻酚1076和BHT則可以有效抑制儲能模量升高。老化12 h后,S-A和S-C樣品表現(xiàn)出更低的儲能模量,而受阻酚BHT的抗老化作用出現(xiàn)了顯著的衰減:95 ℃下和-5 ℃下的S-B的儲能模量均高于S-A和S-C樣品的儲能模量。

為進(jìn)一步探究灌縫膠老化后低溫性能的變化規(guī)律,對樣品進(jìn)行了-8 ℃下的應(yīng)力松弛測試,將實時應(yīng)力與初始應(yīng)力的比值G/G0對松弛時間作圖,結(jié)果如圖5所示。隨著老化時間的增長,灌縫膠的松弛速度變慢,且殘余應(yīng)力升高,而受阻酚的加入可以延緩松弛特性的減弱。老化6 h,S-B和S-C樣品的殘余應(yīng)力低于S-A和未改性樣品;老化12 h之后,S-C和S-A樣品仍具有顯著的松弛行為,而未改性樣品和S-B樣品的殘余應(yīng)力則達(dá)到了初始應(yīng)力的45%以上。由此,結(jié)合2.1小節(jié)試驗結(jié)果可見,受阻酚1010在長時間老化后才可以發(fā)揮出其抗老化性能;受阻酚BHT則在6 h老化時間內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的抗老化效果,隨著老化時間的增長,其抗老化效果衰退明顯;而受阻酚1076則表現(xiàn)出更好的綜合性能,在12 h老化后表現(xiàn)出最佳的抗熱氧老化效果。

圖5 老化前后各灌縫膠的應(yīng)力松弛行為Fig.5 Stress relaxation behavior of each crack sealant before and after aging

2.3 受阻酚改性灌縫膠老化后的結(jié)構(gòu)表征

采用FTIR對老化前后各體系的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行研究(見圖6),各吸收峰歸屬見表3。如圖6(a)所示,可以看出,老化時間達(dá)到6 h,灌縫膠FTIR譜圖中羰基(1 700 cm-1)的吸收峰出現(xiàn)增強(qiáng),而隨著老化時間延長至12 h,灌縫膠中羰基(1 700 cm-1)和亞砜基團(tuán)(1 030 cm-1)的吸收峰顯著增強(qiáng)。老化后灌縫膠極性基團(tuán)的增加會提升分子間作用力,增加內(nèi)聚能密度,進(jìn)而造成灌縫膠“硬化”的現(xiàn)象。加入受阻酚的灌縫膠老化6 h后的FTIR譜圖如圖6(b)所示。可以看出,加入受阻酚的灌縫膠均在3 640 cm-1處出現(xiàn)了酚羥基的吸收峰。S-B-6、S-C-6與S-6相比,羰基峰強(qiáng)度明顯減弱,而S-A-6譜圖中羰基峰強(qiáng)度則只有部分減弱。該結(jié)果表明,在6 h的老化時間內(nèi),受阻酚BHT與1076可以有效遏制極性基團(tuán)的生成,延緩體系老化。老化12 h后(見圖6(c)),S-A-12、S-C-12與S-12相比,羰基和亞砜基團(tuán)吸收峰強(qiáng)度均顯著降低,而S-B-12與S-B-6相比,羰基峰的吸收強(qiáng)度卻反而有所增強(qiáng)。由此看來,在6～12 h的老化時間內(nèi),受阻酚1010的抗老化效果逐漸顯現(xiàn),受阻酚1076則可以持續(xù)抑制極性基團(tuán)的生成,而受阻酚BHT則難以保持抗老化效果。值得注意的是,S-B-12譜圖中酚羥基的峰幾乎消失,說明此時體系中受阻酚BHT的含量出現(xiàn)了顯著的降低,或BHT在自由基終止反應(yīng)中被大量消耗。

圖6 老化及改性前后灌縫膠的FTIR譜Fig.6 FTIR spectra of crack sealant before and after aging and modification

表3 紅外吸收峰對應(yīng)官能團(tuán)Table 3 Absorption peaks corresponding to functional groups

2.4 關(guān)于受阻酚效果差異的分析討論

由性能測試、流變測試以及FTIR分析可以得出,受阻酚1010的效果在長時間老化后才得以體現(xiàn),受阻酚BHT則適用于短時間老化,而受阻酚1076的抗老化效果則具有較好的持續(xù)性。通常,改性效果與改性劑官能團(tuán)種類、數(shù)目、改性劑分子結(jié)構(gòu)、改性劑在體系中的分布及其與體系的相容性有關(guān)[27]。在制備樣品時,通過羥基當(dāng)量換算,保證了各體系內(nèi)酚羥基數(shù)目相同,因此,考慮受阻酚效果差異來自受阻酚與灌縫膠體系間的相容性。基于以上設(shè)想,將S-A、S-B、S-C制樣后,各取100 g置于燒杯中,之后靜置于200 ℃的烘箱中1 h,之后,取上層樣品和底層樣品各5 g,上層樣品以“-S”標(biāo)記,下層樣品以“-X”標(biāo)記(例如,S-B-S表示S-B上層樣品,S-B-X表示S-B下層樣品),分別進(jìn)行FTIR測試,結(jié)果如圖7所示。由圖7(a)可以看出,靜置后S-A下層樣品譜圖中在3 640 cm-1處出現(xiàn)了酚羥基的吸收峰,而上層樣品的譜圖中酚羥基的吸收峰幾乎消失。該結(jié)果表明,受阻酚1010難以均勻分散在灌縫膠中。S-B、S-C體系上層、下層樣品譜圖基本一致(見圖7(b)、7(c)),表明受阻酚BHT和1076可以較好地分散在灌縫膠中。由三種受阻酚的分子結(jié)構(gòu)(見圖1)可以看出,受阻酚1010呈典型的支化結(jié)構(gòu),BHT為小分子,而1076則為線型結(jié)構(gòu)。受阻酚1076上帶有的長脂肪鏈與瀝青飽和分結(jié)構(gòu)相似,有助于受阻酚分子與灌縫膠相容,而受阻酚BHT的分子量很小,容易分散于灌縫膠溶脹網(wǎng)絡(luò)中。對于受阻酚1010,在彈性體網(wǎng)絡(luò)溶脹于芳香分、飽和分之后,受阻酚1010分子難以與體系相容,因此其抗老化效果不及受阻酚1076[27]。另外,由于受阻酚1010分子上帶有4個羥基,羥基當(dāng)量較高,羥基分布不均,加之其大的位阻效應(yīng),導(dǎo)致其羥基參與反應(yīng)的難度較大,因此在6 h內(nèi)的老化中,受阻酚1010的效果未能充分體現(xiàn),需要更長時間的老化才能使羥基充分反應(yīng),進(jìn)而起到抗老化效果。

圖7 S-A、S-B、S-C體系上層、下層部分的FTIR譜Fig.7 FTIR spectra of upper and under parts of S-A, S-B and S-C systems

由于受阻酚BHT分子量低,在老化過程中存在受阻酚遷移的可能。對老化不同時間后的各體系灌縫膠進(jìn)行了質(zhì)量保留率測試,結(jié)果如圖8所示?？梢钥闯?S-B體系在老化6 h內(nèi)質(zhì)量損失最大,而S-A和S-B體系的質(zhì)量損失均保持在較低值。由此可知,受阻酚BHT在老化過程中會發(fā)生遷移,在6～12 h的老化過程中受阻酚含量降低,進(jìn)而出現(xiàn)了S-B在12 h后老化加劇的現(xiàn)象。

圖8 老化期間各體系質(zhì)量保留率Fig.8 Mass retention rate of each system during aging

2.5 受阻酚抗老化效果的提升

由前文可以看出,受阻酚的抗老化效果很大程度上受到其與灌縫膠相容性的影響。因此,提高受阻酚與體系的相容性理論上有助于提升受阻酚的抗老化改性效果。因此,在制備S-A體系過程中,在加入受阻酚1010之前,先分別投入占總體系質(zhì)量0.2%、0.4%和0.6%的異佛爾酮二異氰酸酯,攪拌30 min后,再加入受阻酚1010,此后步驟與1.3.2小節(jié)中一致,所得灌縫膠分別命名為S-AN02、S-AN04和S-AN06,對其進(jìn)行FTIR測試,結(jié)果如圖9所示。由圖9(a)可以看出,隨著異佛爾酮二異氰酸酯用量的增加,灌縫膠黏度逐漸上升,表明異佛爾酮二異氰酸酯不僅會與受阻酚發(fā)生反應(yīng),也會與灌縫膠組分發(fā)生交聯(lián)進(jìn)而提升體系黏度。當(dāng)異佛爾酮二異氰酸酯摻量達(dá)到0.6%時,體系黏度上升了39.2%。顯著升高的黏度不利于灌縫膠的施工,因此異佛爾酮二異氰酸酯摻量應(yīng)低于0.6%。對S-AN04進(jìn)行紅外表征(圖9(b)),譜圖中酚羥基峰消失,說明此時酚羥基被異氰酸基大量消耗,體系中酚羥基的量嚴(yán)重不足。采用2.4部分中的方法,對S-AN02上層(S-AN02S)下層(S-AN02X)的樣品進(jìn)行紅外表征,發(fā)現(xiàn)均出現(xiàn)了酚羥基吸收峰,表明異佛爾酮二異氰酸酯的加入提高了受阻酚在體系中的分散性,且體系中仍保留了足夠的酚羥基,表明0.2%摻量的異佛爾酮二異氰酸酯較為適宜。之后,采用1.3.3小節(jié)中的老化方法,對S-AN02進(jìn)行6和12 h的老化,并將老化后的性能測試結(jié)果與S-A進(jìn)行對比,結(jié)果如圖10所示。可以看出,老化后S-AN02體系的軟化點(diǎn)、彈性恢復(fù)率與S-A體系相比均出現(xiàn)了降低,而流動值和錐入度則出現(xiàn)了升高。該結(jié)果表明,異佛爾酮二異氰酸酯的加入降低了灌縫膠的老化程度,提升了體系的抗老化性能。究其原因,異佛爾酮二異氰酸酯帶有兩個異氰酸基,在與灌縫膠體系混合后,異氰酸基會與灌縫膠中的少量活性基團(tuán)(羧基、羥基等)反應(yīng)。在加入受阻酚1010后,剩余的異氰酸基會繼續(xù)與受阻酚1010上的部分酚羥基發(fā)生反應(yīng),進(jìn)而將受阻酚1010通過化學(xué)鍵接至灌縫膠分子上(見圖11),起到提升受阻酚分散性的效果,降低受阻酚的團(tuán)聚程度,進(jìn)而使受阻酚1010的抗老化改性效果得到提升。

圖9 異佛爾酮二異氰酸酯摻量對體系黏度的影響,以及S-AN02上層、下層樣品及S-AN04的FTIR譜Fig.9 Effect of dosage of isophorone diisocyanate on viscosity of system, and FTIR spectra of upper and lower layers of S-AN02 samples and S-AN04 sample

圖10 S-A與S-AN02體系性能對比Fig.10 Performance comparison between S-A and S-AN02 systems

圖11 受阻酚分子分散狀態(tài)示意圖Fig.11 Schematic diagram of molecular dispersion of hindered phenol

3 結(jié) 論

為研究受阻酚對瀝青路面灌縫膠體系的抗熱氧老化作用,采用受阻酚1010、BHT和1076對灌縫膠進(jìn)行改性,并模擬現(xiàn)場施工條件,將改性前后的普通型灌縫膠體系進(jìn)行老化,對比各體系性能及結(jié)構(gòu)變化,研究造成抗老化效果差異的因素,并由此探究提升受阻酚抗老化改性效果的方法。得到結(jié)論如下:

1)本研究中的三種受阻酚對灌縫膠體系均具有一定的抗老化效果。

2)受阻酚的抗老化效果很大程度上受到受阻酚遷移性及其與灌縫膠體系相容性的影響。受阻酚1076上帶有的長脂肪鏈有助于受阻酚分子與灌縫膠相容,進(jìn)而表現(xiàn)出最佳的抗老化性能;受阻酚BHT的分子量很小,長時間的高溫老化會造成其發(fā)生遷移揮發(fā);受阻酚1010與灌縫膠相容性差,且高位阻效應(yīng)也造成其反應(yīng)速度較慢。

3)可以通過在灌縫膠組分和受阻酚1010之間建立化學(xué)鍵的策略,改善受阻酚1010的分散性,進(jìn)而提升抗老化改性效果。

4)在灌縫膠制備過程中,或在灌縫施工前,可以通過加入受阻酚以延緩灌縫膠的高溫?zé)嵫趵匣?但須充分考量受阻酚對老化前灌縫膠初始性能的影響。應(yīng)盡量選擇與灌縫膠相容性好的受阻酚類型,或通過增容手段提升受阻酚在灌縫膠體系中的分散性,并控制溫度及加熱時間以減少受阻酚的遷移,從而發(fā)揮受阻酚的最佳作用。