油漿改質瀝青與其SBS改性瀝青性質關聯研究

周晶晶，程 健，王鳳武，向 麗，胡云虎

(1.淮南師范學院化學與材料工程學院，安徽 淮南 232038；2.中國科學技術大學地球和空間科學學院；3.武漢工程大學綠色化工過程省部共建教育部重點實驗室)

催化裂化油漿目前主要作為廉價燃料油使用，但其富含芳烴，若作為道路瀝青的調合組分，則可提高其附加值[1-3]。同時，原油重質化的加劇，導致減壓渣油的產量越來越多，從原油深度利用的角度考慮，需加強對減壓渣油的合理利用。為滿足我國交通運輸業迅速發展的需要，可利用催化裂化油漿摻兌減壓渣油制備道路瀝青。但由于普通道路瀝青性能很難達到較高標準的要求，因此可以采用現已廣泛研究和應用的聚合物SBS對其改性，制備SBS改性油漿改質瀝青[4]。

本課題將預處理后的催化裂化油漿摻兌配制瀝青原料(由減壓渣油按一定比例與70號瀝青調合)制備油漿改質瀝青，再用摻量(w)為4.5%的SBS對其改性制得SBS改性油漿改質瀝青。通過分析配制原料和油漿改質瀝青的族組成，結合SBS改性油漿改質瀝青的性質，以及通過熒光顯微照片分析SBS在不同油漿改質瀝青中的分散狀態和微觀結構，研究油漿改質瀝青性質與SBS改性油漿改質瀝青性質的對應關系。

1 實 驗

1.1 試驗原料

催化裂化油漿、減壓渣油和70號瀝青，均由中國石化長嶺分公司提供，基本性質見表1；YH-791線型SBS，由湖南岳陽煉化公司提供；穩定劑，實驗室自制。

表1 原料的基本性質

1.2 配制瀝青原料

將70號瀝青(Ⅰ)和減壓渣油(Ⅳ)按質量比75∶25(Ⅱ)和50∶50(Ⅲ)調合制備配制瀝青原料，性質見表2。

表2 配制瀝青原料的性質

1.3 改質瀝青的制備

將催化裂化油漿通過原油實沸點蒸餾儀進行減壓蒸餾，切割成輕餾分油、重餾分油和剩余殘油。將重餾分油與殘油按1.5∶1質量比混合后得到預處理油漿，按預處理油漿與配制瀝青原料的質量比為20∶80分別加入配制瀝青原料Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，調合制成油漿改質瀝青A，B，C，D。

在溫度為150 ℃下，將摻量(w)為4.5%的SBS加入重餾分油中溶脹1 h(SBS摻量按照油漿改質瀝青總質量計算)，然后按重餾分油與殘油質量比為1.5∶1加入殘油，按(重餾分油+殘油)與配制瀝青原料質量比為20∶80分別加入配制瀝青原料Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，稍作攪拌后，在溫度為170 ℃下剪切1 h；加入一定量的穩定劑(占SBS摻量的15%)，在溫度為170 ℃下發育1 h，即制得SBS改性油漿改質瀝青SMA，SMB，SMC，SMD。

對制備的SBS改性油漿改質瀝青，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料實驗規程JTJ 052—2000》進行性質分析和評價。

2 結果與討論

2.1 油漿改質瀝青的性質

4種油漿改質瀝青的性質見表3。由表2和表3可知，配制瀝青原料與油漿改質瀝青的飽和分相當，芳香分和瀝青質的含量明顯增加，膠質含量減少。由表3可知：4種油漿改質瀝青的飽和分含量相當；隨著配制瀝青原料中減壓渣油含量的增加，油漿改質的瀝青芳香分和瀝青質含量減少，膠質含量增加，軟化點相當，10 ℃延度明顯下降，25 ℃針入度略有增加，針入度指數降低，說明油漿改質瀝青的低溫性能變差，且溫度敏感性增強。

表3 油漿改質瀝青的性質

2.2 SBS改性油漿改質瀝青的性質

4種SBS改性油漿改質瀝青的性質見表4。

表4 SBS改性油漿改質瀝青的性質

由表3和表4可知：隨著油漿改質瀝青(由A到D)芳香分含量的減少，SBS改性油漿改質瀝青(由SMA到SMD)的軟化點和25 ℃針入度略有變化；針入度指數和5 ℃延度明顯減小。由表4可知：SBS改性油漿改質瀝青經薄膜烘箱老化后的質量損失均比較小；老化后延度衰減嚴重，均遠低于I-D級標準，說明老化后低溫性能很差。老化過程中，瀝青中的輕組分揮發，且各組分按照芳香分-膠質-瀝青質的方向轉化，使飽和分、芳香分含量降低，膠質和瀝青質含量增加，瀝青的柔韌性變差，低溫抗變形能力變弱[5]。此外，由于聚合物SBS存在一定程度的降解，使其黏彈性降低，也會導致瀝青老化后低溫性能變差。

2.3 油漿改質瀝青的組成對SBS改性瀝青微觀結構的影響

采用熒光顯微鏡觀測SBS在瀝青中的分散狀態和微觀結構，SBS改性油漿改質瀝青的熒光顯微照片見圖1。

由圖1可以看出，從SMA到SMD，SBS相與瀝青相的界面越來越清晰。在A中SBS的顆粒最小，分散最為均勻，且與瀝青的界面最為模糊，這是因為SBS吸收油漿改質瀝青中充足的輕組分后溶脹，形成了穩定的三維網狀結構，使得兩相的界面層厚度較厚，結合更加緊密[6]；在B和C中，SBS仍是以小顆粒的形式均勻分散在瀝青中，但顆粒有所增大，相界面逐漸清晰，并且部分SBS顆粒之間以絮狀結構連接；在D中SBS的顆粒最大，且多呈連續的絮狀。說明油漿改質瀝青的組成對SBS在瀝青中的分散狀態和微觀結構有著顯著的影響，SBS與A的相容性較好，與D的相容性較差。

圖1 SBS改性油漿改質瀝青的熒光顯微照片

結合表3和表4，分析對比A，B，C，D的組成及其與SBS改性后性質的關聯性可知，油漿改質瀝青性能較好時，其SBS改性后的性能也較好。油漿改質瀝青經SBS改性后，軟化點提高、25 ℃針入度明顯變小，針入度指數增大。說明經SBS改性后，瀝青的溫度敏感性減弱，高低溫性能得到改善，抗老化性能也有所增強，但老化后5 ℃延度衰減嚴重，不能滿足I-D級標準要求。

2.4 SBS改性縮合油漿改質瀝青的制備及其性質

為進一步改善SBS改性油漿改質瀝青抗老化性能，調整催化裂化油漿的預處理方式，即：在溫度為200 ℃下，將交聯劑加入催化裂化油漿中，反應1 h得到縮合油漿。對其進行減壓蒸餾，依次得到縮合輕餾分油(收率19.56%)、縮合重餾分油(收率52.79%)以及剩余的殘油(收率27.65%)。將(縮合重餾分油+縮合殘油)和配制瀝青原料Ⅰ按20∶80的質量比調合，制備出縮合油漿改質瀝青E，其性質見表5；然后用SBS對其改性，制得SBS改性縮合油漿改質瀝青SME，其性質見表6。

由表3和表5可知，與油漿改質瀝青A相比，縮合油漿改質瀝青E的芳香分和瀝青質含量增加，飽和分和膠質含量減少，使瀝青組分的配伍性發生改變。SBS吸收輕組分后充分溶脹，且在外部剪切力的作用下，能夠被剪切成細小的微粒并均勻分散在瀝青中。雖然瀝青質含量有所增加，但仍有適當含量的輕組分使吸附有膠質的瀝青質分散在其中，使SME具有很好的穩定性。此外，由于E的配伍性很好，減緩了SME性能衰減的速率，使其具有良好的抗老化性能。

表5 縮合油漿改質瀝青E的性質

由表4和表6可知：SME的各項性質均符合I-D級標準要求，且其各項性質均優于SMA與SMA相比，SME的軟化點較高，5 ℃延度明顯增加，針入度指數略高，熱儲存后上下端溫度差??；薄膜烘箱老化后，質量損失小，25 ℃針入度比相當，5 ℃延度明顯提高。說明SME的高低溫性能很好，且溫度敏感性弱，具備良好的熱儲存穩定性和薄膜烘箱老化后性質。

表6 SME的性質

2.5 縮合油漿改質瀝青的組成對SBS改性瀝青微觀結構影響

通過熒光顯微鏡觀測到SBS在縮合油漿改質瀝青E中的分散狀態和微觀結構，如圖2所示。

圖2 SME的熒光顯微照片

由圖1和圖2可知，SBS在E中的顆粒小于在A中的顆粒，且SBS相與瀝青E相之間的界面模糊，相容性好，這是因為縮合油漿改質瀝青配伍性較好，芳香分含量高，SBS吸收輕組分后充分溶脹，在高速剪切機的作用下，更容易分散開來。此外，在相界面上形成了較厚的吸附層，從而使SBS與瀝青之間的界面性質得到提高，因此SME的性能較好。

3 結 論

(1)油漿改質瀝青的性質很大程度上決定了SBS改性油漿改質瀝青的性質，即油漿改質瀝青的性質較好時，經SBS改性后的瀝青性質也較好。

(2)由族組成分析可知，油漿改質瀝青中的芳香分含量較高時，SBS改性瀝青的溫度敏感性較低，高低溫性能和抗老化性能較好。

(3)通過分析熒光顯微照片可知，油漿改質瀝青中芳香分含量減少時，SBS顆粒增大，且逐漸形成絮狀結構，相界面逐漸清晰，易發生聚集，使SBS改性瀝青的宏觀性質變差。

(4)對比SBS改性油漿改質瀝青與SBS改性縮合油漿改質瀝青的性質可知，SBS改性縮合油漿改質瀝青的性質較好，并滿足SBS改性瀝青I-D級標準。