聚合物-填料復合物改性瀝青性能與結構研究.pdf

1、本論文采用等密度方法，即預先混合聚合物與填料制備復合物，復合物在瀝青中會吸收油份而溶脹，改變填料的用量從而調節(jié)聚合物與瀝青的密度差異的方法，制備出高溫貯存穩(wěn)定的改性瀝青，并研究了工藝條件和配方因素對聚合物／填料復合物力學和聚合物分子量分布的影響，系統(tǒng)考察了工藝條件和配方因素對聚合物／填料改性瀝青性能與形態(tài)結構的影響，研制出性能優(yōu)良、高溫貯存穩(wěn)定的苯乙烯一丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、氫化SBS(SEBS)、低密度聚乙烯(LDPE

2、)改性瀝青，并通過流變學分析方法及凝膠和溶脹測試探討了聚合物與填料的相互作用，指出經過預混工藝填料改變了聚合物與瀝青的密度差異，以此說明聚合物／填料改性瀝青高溫貯存穩(wěn)定的原因；研究了基質瀝青和聚合物改性瀝青熱氧老化過程，并分析了抗氧劑對基質瀝青及聚合物改性瀝青的影響，探討了抗氧劑提高瀝青耐老化性能的原因。 簡單共混改性及反應共混改性存在著缺點，前者往往不能制備出高溫貯存穩(wěn)定的改性瀝青，給實際應用造成了困難：后者反應難以控制，制備

3、高粘度改性瀝青時存在高溫貯存穩(wěn)定的問題，同時對交聯劑具有選擇性、污染或成本高的特點。采用等密度方法將聚合物與填料預先共混制備的改性瀝青不加入反應添加劑，回避了反應共混改性難以控制和環(huán)境污染問題，采用此方法可以制備出高溫貯存穩(wěn)定的不飽和聚合物SBS、飽和聚合物SEBS及LDPE改性瀝青，且成本低廉，在實際應用中所添加量情況下填料的介入對改性瀝青其它性能影響不大。 研究了以高嶺土和硅藻土為填料與SBS預先共混，獲得了高性能、高溫貯存

4、穩(wěn)定的不飽和聚合物SBS改性瀝青，應用此技術獲得的產品可以滿足重交通改性瀝青及透水路面用高粘度瀝青的指標。系統(tǒng)考察了工藝條件(包括混合溫度及時間)對SBS／高嶺土復合物力學性能及SBS分子量分布的影響。復合物制備中SBS與高嶺土的共混溫度宜在140℃，時間為10min。溫度過高會導致SBS的降解，使得復合物在瀝青中不易分散，且增加能耗；溫度過低復合物分散不均勻，且增加了預混時間，降低了加工效率。采用聚合物與填料預先混合的工藝對于獲得高溫

5、貯存穩(wěn)定的改性瀝青非常重要，直接簡單混合不能制備出高溫貯存穩(wěn)定的改性瀝青。預混復合物中SBS與填料的配比對改性瀝青的高溫貯存穩(wěn)定性能有著重要影響，填料添加量或高或低都不能獲得高溫貯存穩(wěn)定的SBS改性瀝青。SBS含量低于4％時復合物中高嶺土份數為30可以獲得高溫貯存穩(wěn)定的改性瀝青，SBS含量在6％時，高嶺土的份數宜為40份；而當硅藻土的份數在30時都可獲得不同SBS含量的改性瀝青。隨著SBS用量的增加，改性瀝青的軟化點、粘度、高溫動態(tài)力學

6、性能都有大幅提高，且填料高嶺土或硅藻土的介入對其性能影響不大。 飽和聚合物上沒有雙鍵，使得不能通過反應共混來制備高溫貯存穩(wěn)定的改性瀝青，因而飽和聚合物改性瀝青的高溫貯存穩(wěn)定性一直是限制其道路應用的一大難題。采用預混工藝制備了高溫貯存穩(wěn)定的SEBS和LDPE聚合物改性瀝青。SEBS復合物中高嶺土的份數在50時可以獲得聚合物含量在3％～6％高溫貯存穩(wěn)定的改性瀝青。SEBS含量低于4％時，高嶺土的介入對改性瀝青的力學、相形態(tài)及動態(tài)流變

7、性能影響甚微，但含量較高時(5％和6％)對SEBS改性瀝青性能有一定的惡化。這可能是由于高嶺土與SEBS預混過程中通過較強的相互作用而形成復合物，在與瀝青的混合過程中高嶺土與SEBS聚合物的較強相互作用阻隔了聚合物連續(xù)相的形成。當LDPE復合物中自炭黑的份數為60時，可以獲得高溫貯存穩(wěn)定的聚合物含量為3％～5％的改性瀝青。白炭黑的介入對LDPE改性瀝青的其它性能影響不大。隨著聚乙烯廣泛應用于道路瀝青，采用等密度方法制備的高溫貯存穩(wěn)定的聚

8、乙烯改性瀝青有著很好的應用前景。 采用流變學方法和凝膠及溶脹測試研究了聚合物／填料復合物改性瀝青的結構及高溫貯存穩(wěn)定機理?；|瀝青在所測試溫度范圍內為簡單牛頓流體，而聚合物／填料復合物改性瀝青為非牛頓流體，在一定的剪切速率下牛頓流體轉變?yōu)榉桥ｎD流體。LDPE改性瀝青存在著簡單的剪切變稀，而SBS(SEBS)改性瀝青存在著兩個剪切變稀區(qū)域，填料的介入加劇了這一行為。Carreau兩段粘度模型表明聚合物及填料增大了聚合物的結構取向，

9、說明聚合物與填料的預先共混存在著一定程度的相互作用，這一作用使得在改性瀝青制備當中聚合物與填料存在結合，通過改變二者的配比及復合物密度的變化從而改變聚合物與瀝青之間密度的差異，在適當的密度下改性瀝青達到了高溫貯存穩(wěn)定。 不飽和聚合物由于存在雙鍵導致其制備的改性瀝青耐久性不足，特別是功能性路面如透水路面，由于聚合物用量大及路面開級配設計等特點，在實際應用中降低了道路的使用壽命、增大了道路養(yǎng)護費用。采用常規(guī)分析和紅外光譜分析，研究了

10、基質瀝青和SBS改性瀝青的老化性能，并通過添加抗氧劑獲得了耐老化性能優(yōu)異的基質和聚合物改性瀝青。老化使得瀝青的軟化點及粘度增大，而針入度和延度降低，在紅外譜圖上主要表現為羰基峰的增大，而亞砜基峰的變化趨勢和老化時間及強度相關，老化之初亞砜基峰增大，但隨后又減少。在研究瀝青的老化過程中，宜采用羰基峰和聚丁二烯峰的老化指數來評價瀝青的老化，而采用亞砜基可能會得出錯誤的結論。比較了添加劑環(huán)烷油、BZ及ZDDP對瀝青老化性能的影響。環(huán)烷油對瀝青

11、的軟化點、粘度及針入度影響不大，但在一定程度上提高瀝青的延度，紅外分析表明瀝青化學結構上沒有發(fā)生變化，因而環(huán)烷油只是起到增塑劑的物理作用。BZ和ZDDP起到了改善瀝青耐老化性能的效果，表現為老化后瀝青的軟化點、粘度增幅降低，延度、針入度的降幅降低。從紅外分析來看，瀝青羰基峰增幅減少、SBS特征峰降幅減少，這說明二者起到了耐老化效果。就ZDDP和BZ比較而言，ZDDP的添加使得瀝青老化前后的延度增大，這可能是由于ZDDP除了起到抗氧劑的效

12、果外，還起到了增塑劑的作用。SBS改性瀝青中SBS的氧化符合傳統(tǒng)聚合物熱氧老化機理，瀝青的老化系自氧化過程。ZDDP和BZ抗氧劑的添加起到了自由基捕捉劑和氫過氧化物抑制劑的雙重作用，從而改善了瀝青的耐老化性能。 本文的創(chuàng)新之處： 1)系統(tǒng)研究了聚合物／填料復合改性瀝青的制備工藝和配方因素對性能的影響，制備了不飽和及飽和聚合物改性瀝青，特別是SBS／高嶺土復合改性瀝青，高、低溫性能兼顧，高溫貯存穩(wěn)定，成本低，無污染，其性能

13、達到中國SBS類(I類)改性瀝青技術要求，具有自主知識產權，有著很好的應用前景；采用等密度方法首度制備了高溫貯存穩(wěn)定的聚乙烯改性瀝青，隨著聚乙烯改性瀝青的廣泛應用，有著很好的應用前景． 2)采用流變學方法對聚合物／填料改性瀝青的流變學行為進行了研究，首次將Carreau兩段粘度模型應用于多相復合體系，并結合等密度方法首次應用于說明填料、聚合物和瀝青體系的相互作用。 3)采用熱臺紅外原位對基質及聚合物改性瀝青的老化性能進行