紫外光吸收劑對SBS改性瀝青物理性能的影響

朱 昊 王立鵬

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081)

1 概述

現代道路交通面臨著車流量大，軸載重等問題，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構的問題不適用于現代道路交通。因此，需要對瀝青進行改性加工[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，瀝青在環境因素作用下會發生老化而導致瀝青路面路用性能下降[2]。SBS改性瀝青因為SBS改性劑的存在，導致其老化更為復雜。目前國內外對SBS改性瀝青的熱老化研究已比較成熟。隨著對老化研究的深入，SBS改性瀝青的紫外光老化問題引起了研究者的關注與重視。研究人員在研究SBS改性瀝青老化的同時，也對其抗老化進行了相應的研究。近些年來，SBS改性瀝青的抗紫外光老化問題引起了研究者的關注與重視。紫外光吸收劑憑借其優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SBS改性瀝青抗老化性能影響的同時，研究紫外光吸收劑對SBS改性瀝青性能的影響也至關重要。

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

2 試驗及材料準備

2.1 試驗材料

2.1.1瀝青

本文使用AH-70道路石油瀝青作為基質瀝青，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構。其結構如圖1所示。

SBS以丁二烯與苯乙烯為單體，通過陰離子聚合的方式形成線型或星型結構，聚苯乙烯鏈段(PS)在兩端聚集所形成的物理交聯區域叫做硬段，而聚丁二烯鏈段(PB)所形成的物理交聯區域叫做軟段，軟段表現出高彈性。軟段(PB)與硬段(PS)互不相溶，SBS的軟段與硬段構成其兩相分離結構[3,4]。而SBS的微觀兩相分離結構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狀態。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度，中間嵌段聚丁二烯會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種不同結構的SBS改性劑：線型SBS(Linear SBS)1401和星型SBS(Radial SBS)4303，均為湖南岳陽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SBS改性瀝青進行改性：

紫外光吸收劑UV326是一種高效光穩定劑，是苯并三唑類紫外光吸收劑中代表性產品，分子結構如圖2所示。UV326對波長為270 nm～380 nm的紫外光有良好的吸收作用，且其性能穩定、紫外線吸收能力強，可廣泛應用于聚烯烴、聚酯樹脂、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 不同結構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圖3。

對SBS改性瀝青試樣標記如下：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 物理性能測試

對不同SBS改性瀝青及紫外光吸收劑/SBS改性瀝青試樣進行物理性能測試，具體包括針入度、延度和軟化點3項試驗。

2.3.1針入度

釆用SYD-2801F型瀝青針入度試驗儀，按照JTG E20—2011/T0604—2011規定對瀝青針入度進行測試，試驗溫度為(25±0.1) ℃，貫入時間為5 s，單位以0.1 mm表示。

2.3.2延度

采用SYD-4508C型數控低溫瀝青延度儀，按照JTG E20—2011/T0605—2011規定對瀝青延度進行測試，測試溫度為5 ℃，拉伸速度為5 cm/min，單位以cm表示。

2.3.3軟化點

利用SYD-2806E型自動瀝青軟化點試驗器，按照JTG E20—2011/T0606—2011規定對瀝青軟化點進行測試，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改性瀝青不同質量分數(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，并進行物理性能測試。

3.1 不同摻量紫外光吸收劑對LSMB物理性能的影響

不同摻量UV326對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，軟化點逐漸減小。當UV326摻量增加到1%時，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LSMB物理性能的影響

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

3.2 不同摻量紫外光吸收劑對RSMB物理性能的影響

由表4可知，UV326的加入使RSMB物理性能的變化規律與UV326對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，軟化點逐漸減小。當UV326摻量增加到1%時，RSMB的針入度與延度增加率分別為25%，40%，軟化點減少率為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，對于RSMB高溫性能有較小的負面影響。

表4 不同摻量UV326對RSMB物理性能的影響

由表3，表4可知，在0.2%摻量時，UV326的加入使LSMB針入度與軟化點有一個較大變化，隨著摻量的增加，變化率較小，而延度增長速率較為均勻緩慢。故UV326的五個不同摻量對LSMB改性瀝青物理性能影響不大。對于RSMB，UV326使其軟化點降低，紫外光吸收劑摻量在0.6wt%～0.8wt%之間時，UV326對RSMB的延度增加幅度較大，針入度與軟化點變化較小。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的物理性能指標進行分析。對2種紫外光吸收劑/SBS改性瀝青的物理性能進行整體綜合考慮，紫外光吸收劑的摻量應在0.6wt%～0.8wt%范圍內較為適宜。當紫外光吸收劑摻量為0.6wt%時，瀝青的整體物理性能較為優良，因此將紫外光吸收劑的適宜摻量均確定為0.6wt%。

4 結語

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，軟化點逐漸減小。2)對紫外光吸收劑/SBS改性瀝青的物理性能進行整體綜合考慮，紫外光吸收劑的摻量應在0.6wt%～0.8wt%范圍內較為適宜。

參考文獻:

[1] 肖 鵬.SBS物理和化學改性瀝青及混合料性能評價對比研究[D].南京:河海大學,2005.

[2] DONG R.K., SUN L.J. Low Temperature Susceptibility Indexes of Asphalt Binder with Different Aging Degree[J].China Journal of Highway and Transport,2006,19(4):34-39.

[3] 楊朝暉.SBS改性瀝青的流變性能及改性劑摻量研究[D].西安:長安大學,2011.

[4] 程松波.接枝SBS改性瀝青的制備與性能研究[D].武漢:武漢理工大學,2008.

[5] Lu X., Isacsson U. Influence of Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer Modified Bitumens[J].Construction and Building Materials,1997,11(1):23-32.