PE-C9石油樹脂改性瀝青的研制

李茂平，叢玉鳳，唐 東，黃 瑋（遼寧石油化工大學 化學化工與環境學部，遼寧 撫順 113001）

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PE-C9石油樹脂改性瀝青的研制

李茂平，叢玉鳳，唐 東，黃 瑋
（遼寧石油化工大學 化學化工與環境學部，遼寧 撫順 113001）

摘 要：實驗考察了PE對C9石油樹脂改性瀝青針入度、軟化點以及黏度的影響，并對PE-C9石油樹脂改性瀝青的老化以及儲存穩定性進行分析，采用四組分法對改性機理進行探討，并利用掃描電鏡進行表征。結果表明，當PE與C9石油樹脂的質量比為2.1時，改性瀝青的針入度，軟化點以及黏度均滿足要求，同時老化性能和高溫儲存性能變好。通過四組分的分析可知，C9石油樹脂可增加改性瀝青體系芳香分的含量，促進PE在C9石油樹脂改性瀝青中的溶脹和吸附作用，通過電鏡觀察，當PE與C9石油樹脂的質量比為2.1時，PE、C9石油樹脂、基質瀝青三者形成了穩定的網狀結構。

關鍵詞：C9石油樹脂；PE；改性瀝青；抗老化性能

普通瀝青難以滿足飛速發展的公路建設對道路瀝青的質量要求［1］，因此，改性瀝青受到人們的青睞［2］，改性瀝青的種類較多，目前使用較多的有SBS、SBR、PE、EVA等改性瀝青產品［3］。其中SBS因其綜合性能優良，應用最為廣泛，但價格高，施工工藝復雜［4］；SBR由于可以大大提高瀝青的延展性，具有良好的低溫性能，在東北擁有廣闊的市場，具有非常好的前景［5，6］；PE和EVA主要能夠減少瀝青體系不利組分的含量，與瀝青相互吸附、重疊，發生交聯作用，尤其PE在加入瀝青后，其長鏈結構會發生溶脹、拉伸等現象，最終使PE和瀝青形成網狀結構，該網狀結構主要能夠提高瀝青的熱穩定性、耐老化性能受到重視［7，8］，但是 PE與瀝青的相容性極差，不能進行高溫儲存，PE改性瀝青的低溫性能一直存在爭議［9］。

C9石油樹脂是碳九餾分經聚合而制得，產品外觀為淺黃色至黃褐色片狀或顆粒狀固體，具有良好的溶解性，互溶性，耐水性，絕緣性，對酸堿有化學穩定性，還具有粘結性［10，11］。本研究利用C9石油樹脂的特點，研制PE -C9復合改性瀝青，克服PE改性瀝青的缺點與不足，并為改性道路瀝青的廣泛應用提供理論基礎。

1　試驗部分

1.1實驗原料及其性質

實驗采用的基質瀝青為北方瀝青廠生產的遼河90#瀝青，撫順石油二廠生產的 C9石油樹脂，PE改性劑為山東高氏生產的增塑性樹脂。

1.2改性瀝青制備方法

先將基質瀝青和C9石油樹脂在155～160 ℃溫度下混融，再加入PE，利用高速剪切機剪切1 h，最后在160 ℃發育2 h。

2　結果及討論

2.1 PE與C9石油樹脂質量比對改性瀝青性能影響

C9石油樹脂可以提高基質瀝青的軟化點，當質量分數為大于5% 時，效果較為明顯，但改性瀝青的針入度降低明顯。而PE在改善瀝青的耐高溫方面效果十分顯著，實驗選擇PE和C9石油樹脂復配對瀝青進行改性，考察了PE與C9石油樹脂質量比對改性瀝青針入度、軟化點以及 135℃運動粘度的影響，結果見圖1、2和3。

圖1　 PE與 C9石油樹脂質量比對改性瀝青針入度的影響Fig.1 The effect of PE and C9 mass ratio resin to modified asphalt penetration

圖2　 PE與 C9石油樹脂質量比對改性瀝青軟化點的影響Fig.2 The effect of PE and C9mass ratio resin to modified asphalt softening point

圖3　PE與 C9石油樹脂質量比對改性瀝青135 ℃運動粘度的影響Fig.3 The effect of PE and C9 mass ratio resin to modified asphalt 135 ℃ kinematic viscosity

從圖1可以看出，隨著PE與C9石油樹脂質量比的不斷增大，PE-C9石油樹脂改性瀝青的針入度逐漸下降，但當PE與C9石油樹脂質量分數繼續增加，改性瀝青的針入度并沒有繼續大幅度下降，下降趨勢也變緩，可能是在PE與C9石油樹脂的協同作用下，C9石油樹脂與瀝青之間的溶脹與吸附達到一個“動態平衡”，C9石油樹脂與瀝青已經趨于飽和狀態，再增大C9石油樹脂的質量分數起到的改性作用也微乎其微。

從圖2和圖3可以看出，隨著PE與C9石油樹脂質量比的不斷增大，PE-C9石油樹脂改性瀝青的軟化點和黏度逐漸增大，但隨著PE質量分數的增加，升高幅度變緩，PE的加入可以在很大程度上提高C9石油樹脂改性瀝青的耐高溫性，能夠進一步控制C9石油樹脂改性瀝青在高溫時的軟化變形。

C9石油樹脂使瀝青稠度增大變硬主要是由于C9石油樹脂結構中存在含雙鍵、芳香環等大分子共聚物的緣故，促進了C9石油樹脂改性瀝青體系的交聯效應，提高了C9石油樹脂與瀝青之間的聚集力。

2.2 PE-C9石油樹脂改性瀝青熱儲存穩定性的考察

PE改性瀝青的高溫儲存性能不好，是困擾人們多年的難題，實驗考察了PE與C9石油樹脂質量比對改性瀝青儲存穩定性的影響，結果見圖4。

圖4　 PE與C9石油樹脂質量比對改性瀝青儲存穩定性影響Fig.4 The effect of PE and C9 petroleum resin mass ratio modified asphalt storage stability

由圖4可知，隨著PE與C9石油樹脂質量比的不斷增加，PE-C9石油樹脂改性瀝青的上、下軟化點之差逐漸變大，說明隨著PE質量分數的增加，PE-C9石油樹脂儲存穩定性降低，在PE與C9石油樹脂質量分數比為2.5∶1時，PE-C9石油樹脂改性瀝青的儲存穩定性仍符合要求，說明在C9石油樹脂結構中芳香環和雙鍵的作用下，大大提高了PE-C9石油樹脂改性瀝青體系的相容性，同時克服了PE改性瀝青不易高溫儲存的缺點。

2.3PE-C9石油樹脂改性瀝青老化性能的考察

實驗通過考察PE-C9石油樹脂改性瀝青老化后的質量損失、25℃針入度比，對PE-C9石油樹脂改性瀝青的老化性能進行了簡單的評價，結果見表1。

表1　PE-C9石油樹脂改性瀝青老化性能指標Table 1　PE-C9 petroleum resin modified asphalt aging performance

由表1可知，隨著PE與C9石油樹脂質量比的增大，PE-C9石油樹脂改性瀝青質量損失減少、針入度比增大，說明PE吸收了C9石油樹脂的芳香分，使芳香分的揮發量減少，在高速剪切作用下，PE與C9石油樹脂發生交聯反應，使PE與C9石油樹脂之間的網絡結合力增大，進而增強了改性瀝青的抗老化性。

2.4PE-C9石油樹脂改性瀝青四組分的探討

實驗通過四組分法考察了C9石油樹脂的加入對基質瀝青四組分的影響以及PE加入對C9石油樹脂改性瀝青四組分的影響，結果見表2。實驗采用掃描電鏡觀察了PE質量分數對C9石油樹脂改性瀝青結構的影響，結果見圖4和5。

表2　改性瀝青四組分的考察（四組分質量分數）Table 2　The study of modified asphalt four components　%

由表2可知，C9石油樹脂的加入能夠提高基質瀝青芳香分飽和分和瀝青質的含量，說明C9石油樹脂中的芳環共聚物在瀝青中發揮了作用，提高了C9石油樹脂改性瀝青的相容性。而PE的加入使C9石油樹脂改性瀝青的四組分重新分配，飽和分和芳香分降低，膠質和瀝青質增加，這是由于PE吸收了C9石油樹脂，隨著PE與C9石油樹脂質量比的增大，PE-C9石油樹脂改性瀝青質量損失減少、針入度比增大，說明PE吸收了C9石油樹脂的芳香分，使芳香分的揮發量減少，在充分攪拌后，PE與C9石油樹脂發生交聯反應，使PE與C9石油樹脂之間的網絡結合力增大，進而增強了C9石油樹脂改性瀝青的抗老化性。

圖4　PE與C9石油樹脂質量分數之比為2：1的改性瀝青電鏡圖Fig.4 Electron micrographs of the modified asphalt with C9 petroleum resin mass fraction ratio 2：1

圖5　PE與C9石油樹脂質量分數之比為2.5：1的改性瀝青電鏡圖Fig.5 Electron micrographs of the modified asphalt with C9 petroleum resin mass fraction ratio 2.5：1

由圖4和5可以看出，當PE與C9石油樹脂質量分數之比為2∶1時，PE與C9石油樹脂混溶較好，形成的圖像表面均勻無顆粒，說明二者相互作用較好，PE-C9石油樹脂改性瀝青體系混溶很充分。當PE與C9石油樹脂質量分數之比為2.5∶1時，可以觀察到PE仍能在C9石油樹脂改性瀝青中很好的分散，不存在顆粒，但是在圖像中形成了一些不規律的紋路，說明如果PE質量分數繼續增大也許會嚴重影響PE-C9石油樹脂改性瀝青體系的相容性，導致改性效果大幅度降低。

3　結 論

（1）PE-C9石油樹脂改性瀝青的針入度下降幅度，軟化點和135 ℃運動粘度增加幅度比C9石油樹脂改性瀝青小，說明PE的加入可以在很大程度上提高C9石油樹脂改性瀝青的耐高溫性，能夠進一步控制C9石油樹脂改性瀝青在高溫時的軟化變形，在PE與C9石油樹脂的協同作用下，PE-C9石油樹脂改性瀝青的耐高溫性能要優于PE、C9石油樹脂對瀝青的單獨改性。薄膜烘箱老化后，隨著PE與C9石油樹脂質量比的增大，PE-C9石油樹脂改性瀝青質量損失減少、針入度比增大，PE與C9石油樹脂發生交聯反應，使PE與C9石油樹脂之間的網絡結合力增大，很好的改善了 C9石油樹脂改性瀝青的老化性能。

表3　PE-C9石油樹脂改性瀝青性能Table 3　PE-C9 petroleum resin modified asphalt performance

（2）隨著PE與C9石油樹脂質量比的不斷增加，PE-C9石油樹脂改性瀝青的上、下軟化點之差逐漸變大，說明隨著PE質量分數的增加，PE-C9石油樹脂儲存穩定性降低，在PE與C9石油樹脂質量分數比為2.5∶1時，PE-C9石油樹脂改性瀝青的儲存穩定性仍符合要求，說明在C9石油樹脂結構中芳香環和雙鍵的作用下，大大提高了PE與瀝青的相容性，進而克服了PE改性瀝青不易高溫儲存的缺點。

（3）PE-C9石油樹脂改性瀝青充分突出了樹脂改性瀝青的優勢，在PE與C9石油樹脂質量分數之比為2∶1時，各項指標均能達到聚合物改性瀝青技術EVA、PE（II-C）級標準，繼續增加PE的質量分數會使PE-C9石油樹脂改性瀝青的135 ℃運動黏度增大，這樣對生產和鋪設都是很不利的，通過以上分析可知，PE與C9石油樹脂質量比的最佳值為2∶1。

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項目來源：撫順市科技攻關項目，合同號FSKJHT201378

通信聯系人：叢玉鳳（1965-），女，博士，教授，研究方向：石油化學品的研制與開發。郵箱：yufengcong02@163.com。

Development of PE-C9 Petroleum Resin-modified Asphalt

LI Mao-ping，CONG Yu-feng，TANG Dong，HUANG Wei
（College of Chemistry，Chemical Engineering and Environmental Engineering，Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001，China）

Abstract：Influence of PE on penetration，softening point and viscosity of PE-C9 petroleum resin modified asphalt was investigated.And the aging and storage stability of PE-C9 modified asphalt were analyzed.The modification mechanism was discussed by using the four-component method，and the PE-C9 petroleum resin modified asphalt was characterized by scanning electron microscopy.The results reveal that when the PE and C9 petroleum resin mass ratio is 2：1，the penetration，saftening point and viscosity of the modified asphalt can meet the requirements，and aging properties and the high temperature storage performance are better.The four-component analysis shows that C9 petroleum resin can increase the content of aromatic content of modified asphalt system，promoting the swelling and adsorption of PE in C9 petroleum resin modified asphalt，and the stable network structure can be formed when the PE and C9 petroleum resin mass ratio is 2：1.

Key words：C9 petroleum resin；PE；Modified asphalt；Anti-aging properties

中圖分類號：TE 626.86

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）01-0018-04

作者簡介：李茂平（1994-），女，四川遂寧人，研究方向：主要從事改性道路瀝青的研究。郵箱：943569356@qq.com。