SBS改性瀝青在制備和熱儲存過程中的四組分與性能分析

陳守明，鄒異紅，龔俊輝，夏 娟，陳 顯，陳偉三

（路翔股份有限公司，廣東廣州510635）

SBS改性瀝青在制備和熱儲存過程中的四組分與性能分析

陳守明，鄒異紅，龔俊輝，夏 娟，陳 顯，陳偉三

（路翔股份有限公司，廣東廣州510635）

以中石化公司金陵廠生產的90#A級瀝青為基質瀝青，添加占基質瀝青質量4％燕山石化產SBS 4303及其他添加劑制備SBS改性瀝青，研究了該改性瀝青在改性前后、不同老化試驗條件下及在163℃下熱儲不同時間下四組分變化情況及其與改性瀝青各性能指標變化的相關性。

SBS改性瀝青，四組分，熱儲存，性能變化

SBS改性瀝青是一種石油化學產品的混合體，因其生產、運輸、儲存均在高溫下，時刻發生著化學的和物理的反應，隨時間延長其各項性能自然發生變化［1］，因此SBS改性瀝青的性能穩定性是改性瀝青研究者及生產者一直關注的重要課題。基質瀝青的四組分檢測一直是SBS改性瀝青研究者判斷基質瀝青是否適合SBS改性的重要參考依據。日本JSR合成橡膠株式會社提出參數Ic=（瀝青質+飽和分）/（芳香分+膠質）來評價改性瀝青的相容性.一般認為Ic小，則瀝青與SBS相容性好，改性效果明顯。有學者認為，以SBS作為改性劑時，基質瀝青的組分系數Ic最好介于26％～32％之間。因此，國內學者對基質瀝青四組分的研究也非常重視［2］。此前，國內外學者對聚合物改性瀝青特別是SBS改性瀝青的熱儲存穩定性進行了大量的研究［3-5］，但是從改性瀝青在熱儲存下組分變化的情況及其與改性瀝青性能相關性方面的研究還少見報道。本文以中石化公司金陵廠生產的90#A級瀝青為基質瀝青，添加占基質瀝青質量4％燕山石化產的SBS4303為改性劑及適量改性瀝青穩定劑制備了SBS改性瀝青，對該改性瀝青在制備過程中、不同老化試驗條件下及在163℃下熱貯存不同時間內，四組分變化情況及與其各項物理性能變化的相關性進行了研究。

1 實驗部分

1.1 材料與裝置

1.1.1 主要原材料

金陵90#A級瀝青：中石化金陵廠產；SBS4303，中石化燕山石化產；穩定劑，自制。

1.1.2 基質瀝青

中石化金陵廠產90#A級瀝青，其性能指標檢測值見表1。

表1 金陵90#A級瀝青的性能Table.1 Main performances of raw asphalt of Jinling 90#A

1.1.3 儀器分析

表2 實驗用分析儀器及其測試項目和方法Table.2 Analytic instruments and their testing item and test method in experiment

1.2 試驗步驟

（1）基質瀝青檢測：將基質瀝青加熱到110℃，取樣測瀝青四組分和各項性能；

（2）SBS改性瀝青樣品制備與檢測：將基質瀝青升溫到150℃左右加入占基質瀝青質量4％的SBS4303，攪拌并升溫至185℃，攪拌1h，加入穩定劑（占基質瀝青質量0.2％）并剪切1h后停止剪切，制得樣品1；在185℃左右繼續攪拌2h后停止攪拌，制得樣品2；取樣品2做RTFOT試驗，在163℃旋轉薄膜烘箱中老化85分鐘，制得樣品7；取樣品2做TFOT試驗，在163℃薄膜烘箱老化5小時制得樣品3。樣品2余樣放入163℃烘箱中靜置保溫，1個小時后取樣，制得樣品4；5小時后取樣，制得樣品5；12小時后取樣，制得樣品6；24小時后取樣，制得樣品8；36小時后取樣，制得樣品9；48小時后取樣，制得樣品10。樣品制備流程見圖1；樣品檢測參照相關規范和規程執行［7-8］。

圖1 試驗樣品制備流程圖Fig.1 Flow process chart of sample preparation

2 結果與討論

2.1 改性瀝青制備過程中的四組分變化

圖2和圖3分別是金陵90#瀝青與純SBS4303的按照同一方法檢測的棒狀薄層色譜四組分分析譜圖，具體檢測結果見表3。檢測結果顯示純SBS在四組分分析譜圖中只在瀝青四組分中的膠質和瀝青質位置處出現，其中膠質處質量占66.69％，瀝青質處質量占33.31％。假設SBS改性瀝青在制備過程中四組分不發生任何化學變化，只是物理相加，則100份金陵90#基質瀝青與4份SBS4303混合均勻后，理論上TLC檢測該改性瀝青的四組分線性相加值為：飽和分占5.12％，芳香分占53.46％，膠質占26.63％，瀝青質占14.79％。此外，也有研究者認為SBS顆粒溶于瀝青中，易吸收飽和分，溶脹后的SBS極性與膠質相似［9］，按此說法，將SBS改性瀝青中的SBS僅當作膠質組分時的四組分分布計算值為：飽和分占5.13％，芳香分占53.46，膠質占27.9％，瀝青質占13.51％。

圖2 金陵90#瀝青的TLC四組分分析譜圖Fig.2 Four components distribution of TLC analyzed spectrum of Jinling 90#asphalt

圖3 純SBS4303的TLC四組分分析譜圖Fig.3 Four components distribution of TLC analyzed spectrum of SBS4303

表3 棒狀薄層色譜TLC四組分分析結果Table.3 Four components distribution of TLC analyzed results

表4列出了基質瀝青中加入SBS后攪拌溶脹1h并剪切1h后及攪拌熟化2h時分別取樣檢測四組分的結果。結果顯示改性瀝青樣品1與金陵90#基質瀝青的四組分基本一致，與基質瀝青與SBS理論上四組分線性相加的計算值相比，飽和分基本不變，芳香分增加，膠質減少，瀝青質減少；將SBS僅看作膠質組分并與基質瀝青線性相加的計算值相比，飽和分基本不變，芳香分增加，膠質減少，瀝青質增加。實測值與兩個理論計算值相比，前者與實測值的偏差稍小一些，如膠質組分的偏差前者為1.19％，后者為2.46％；瀝青質組分的偏差前者為0.49％，后者為-0.79％。

SBS改性瀝青的攪拌熟化過程就是SBS在穩定劑作用下SBS分子之間及SBS與瀝青分子特別是膠質和瀝青質分子發生交聯反應的過程。樣品2在攪拌2小時后飽和分少量增加，增加0.6％；芳香分降低到52.03％，降低了3.07％；瀝青質降低近1％；而膠質增加了3.45％。

表4 SBS改性瀝青在制備過程中四組分的變化Table.4 Change of four components of SBS modified asphalt during preparation process

2.2 改性瀝青在不同老化試驗條件下的組分變化

樣品3、樣品5和樣品7分別是樣品2在163℃下經過薄膜烘箱老化試驗（TFOT，5h）、烘箱中靜置保溫自然衰減試驗（5h）、旋轉薄膜烘箱老化試驗（RTFOT，85min）后所得的樣品。表5和圖4顯示的是上述樣品的四組分檢測值。結果顯示在薄膜烘箱老化試驗5h后輕組分（飽和分+芳香分）減少了1.2％，烘箱中密閉靜止保溫自然衰減試驗5h后輕組分（飽和分+芳香分）減少1.85％，而旋轉報廢烘箱老化試驗85min后輕組分就減少了3.5％。這表明RTFOT試驗對SBS改性瀝青的組分變化最大，即老化程度最高；而TFOT試驗與樣品在烘箱中相同溫度下靜止存放下的老化程度相近。在三種老化情況下，芳香分和飽和分均有所下降，其中RTFOT試驗下降低最大，靜止保溫與TFOT試驗基本相同；膠質組分除TFOT試驗基本不變外，均有所增加，其中RTFOT試驗增加最多；瀝青質組分剛好相反，RTFOT試驗反而降低了，其他兩種老化增加。

圖4 SBS改性瀝青在不同老化試驗條件下的四組分變化情況Fig.4 Change of four components of SBS modified asphalt under different aging condition

表5 SBS改性瀝青在不同老化試驗下四組分變化Table.5 Curing characteristics of NBR/WCB blends with different dosages of antioxidant GM

2.3 改性瀝青四組分隨熱儲存時間的變化情況

圖5和表6是SBS改性瀝青在163℃烘箱中靜置密閉熱儲存時，在不同儲存時間下的四組分檢測值。結果顯示SBS改性瀝青的四組分變化比較復雜，沒有一定的規律，特別是膠質和飽和分的組成波動比較大；瀝青質組分的變化稍微有點規律，就是先減少，后增加，這可能是因為改性瀝青在熱儲存過程中，一直存在兩個過程，一方面輕組分揮發，導致飽和分和芳香分減少，瀝青質和膠質含量相對增加；另一方面，SBS不停地與膠質和瀝青質發生接枝反應，使接枝部分膠質和瀝青質的極性降低，導致分析儀器在測試時將這部分膠質和瀝青質分別劃分到芳香分和膠質組分，初始時SBS與膠質和瀝青質反應生成接枝共聚物的量隨時間延長而增加，導致瀝青質和膠質不斷減少，同時因為瀝青在高溫下老化、輕組分揮發過程導致瀝青質和膠質相應增加，前者作用大于后者時，總體表現為瀝青質和膠質減少，表5中24h時瀝青質含量反而最低可能就是這個原因。

圖5 改性瀝青四組分隨熱儲存時間延長的變化情況Fig.5 Change of four components of SBS modified asphalt under different thermal storage time

表6 改性瀝青四組分隨熱儲存時間延長的變化情況Table.6 Change of four components of SBS modified asphalt under different thermal storage time

2.4 改性瀝青熱儲存下的性能變化

表7、圖6～8顯示的是改性瀝青在熱儲存條件下各性能指標隨時間延長的檢測值。結果顯示，改性瀝青三大指標中，軟化點在5h時達到最高值，隨后逐步下降；5℃延度基本上是隨時間延長而降低；25℃針入度值波動較大，針入度指數在24h時最高。135℃運動黏度隨儲存時間延長，先增加后減少，在36h左右達到高峰。車轍因子G*/sinδ值在76℃和82℃下變化趨勢基本一致，均是先升高后再降低再升高的過程。總體上看，對照表6中各樣品的組分檢測值情況，改性瀝青各項性能與其組分相關性較低。

圖6 改性瀝青在熱儲存條件下的三大指標變化情況Fig.6 Changes of soft point，ductility and penetration degree of SBS modified asphalt under different thermal storage time

圖7 改性瀝青在熱儲存條件下旋轉粘度和針入度指數變化情況Fig.7 Changes of penetration index and viscosity of SBS modified asphalt under different thermal storage time

圖8 改性瀝青在熱儲存條件下原樣瀝青車轍因子的變化情況Fig.8 Changes of rut factor of SBS modified asphalt under different thermal storage time

表7 改性瀝青熱儲存條件下的性能變化Table.7 Change of performances of SBS modified asphalt under different thermal storage time

2.5 改性瀝青在不同熱老化條件下的性能變化

表8和圖9是樣品2在不同熱老化條件下的性能變化檢測值。結果顯示在163℃下，薄膜烘箱老化5h、旋轉薄膜烘箱老化85min和烘箱中靜置老化5h后5℃延度和25℃針入度值均是旋轉薄膜烘箱檢測值最小，薄膜烘箱老化次之，靜置熱儲存最小；即老化程度RTFOT試驗最大、TFOT試驗次之，靜置熱儲存最小。結果顯示其與相應組分變化情況的相關性較小。

表8 改性瀝青在不同熱老化條件下的性能變化Table.8 Change of performances of SBS modified asphalt under different aging condition

圖9 改性瀝青在不同熱老化條件下的性能衰減Fig.9 Change of performances of SBS modified asphalt under different aging condition

3 結論

（1）SBS改性瀝青在制備過程中飽和分、芳香分減少，膠質增加，瀝青質在一定時間內先減少后增加；

（2）在SBS改性瀝青的各種老化試驗中，薄膜烘箱老化試驗（TFOT）樣品和在相同溫度下靜置保溫樣品的四組分變化較少，而旋轉薄膜烘箱老化試驗（RTFOT）樣品的四組分變化最大，表明旋轉薄膜烘箱老化試驗的較薄膜烘箱老化試驗老化程度更高，更能模擬SBS改性瀝青在瀝青混合料拌合過程中的老化現象；

（3）SBS改性瀝青在靜置熱儲存過程中，各組分變化波動較大，瀝青質的變化有先減少后增加的趨勢，高溫性能如軟化點、動態剪切試驗的車轍因子值均是先增加后減少，135℃運動粘度值與針入度指數均為先增加后減少。

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（2）MgO填充量在10wt％以下時，PBT/PA/MgO復合材料導熱系數增加較緩慢，在MgO填充量為10wt％-25wt％之間時增加明顯。MgO填料用量在30wt％和40wt％時PBT/PA/MgO復合材料熱導率分別達到0.748W/（m·K）、0.787W/（m·K）。

（3）不同的加工方法能夠影響復合材料的形態結構和MgO在基體中的分布情況，采用以PA/MgO為母料的二步法制備的PBT/PA/MgO復合材料的導熱性能和力學性能較一步法更為優異。

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Analysis of Four Components and Performance of Asphalt Modified by SBS in Manufacturing and Storing Process

CHEN Shou-ming，ZOU Yi-hong，GONG Jun-hui，XIA Juan，CHEN Xian，CHEN Wei-san
（Lu Xiang Co.LTD，Guangzhou 510635，Guangdong，China）

The asphalts modified by SBS were made from A grade 90#asphalt made by Jinling Petrochemical Corporation of Sinopec，SBS 4303 made up 4％wt of asphalt produced by Yanshan Petrochemical Corporation of Sinopec and other additives.Its four components were studied at the basic asphalt was modified before and after，aged under different conditions and stored during different time under 163℃，and the dependences of performances change and four components were also researched.

asphalt modified by SBS，four components，storage under high temperature，performance change

TQ 014

2011-12-07