乙烯-乙酸乙烯酯改性瀝青相容性研究

陳續(xù)鴻，洪 康，王浩錡

(1.三明莆炎高速公路有限責(zé)任公司，福建 三明 365000；2.新疆北新路橋集團(tuán)股份有限公司，烏魯木齊 830002)

0 引言

聚合物和瀝青是否能夠相容(即聚合物能夠以細(xì)小微粒均勻地散布在瀝青中不產(chǎn)生凝聚和離析的現(xiàn)象)是決定其存儲(chǔ)穩(wěn)定性和使用性能的重要因素[1]。由于SBS改性劑與瀝青的相容性不好，在進(jìn)行SBS改性瀝青的制備過程中需要添加相應(yīng)的接觸穩(wěn)定劑來提高SBS和瀝青之間的相容性，還需要高速剪切設(shè)備進(jìn)行制備，否則可能會(huì)導(dǎo)致改性瀝青產(chǎn)生SBS聚合物從瀝青中的離析現(xiàn)象[2-5]。孔憲明和王濤等人針對(duì)塑料類改性材料與瀝青的相容性進(jìn)行了研究[6-7]。

1 EVA與瀝青的相容性理論

從熱力學(xué)理論來看，要判別兩種物質(zhì)的相容性，需要瀝青與聚合物之間的溶解度參數(shù)相似的時(shí)候才會(huì)產(chǎn)生溶解現(xiàn)象，通常按式(1)判別：

(1)

式中：δ1—聚合物的溶解度參數(shù)；δ2—瀝青的溶解度參數(shù)。

EVA聚合物的溶解度由表1可知，范圍在17.2～17.8[8-12]。表1列出了三種常見的基質(zhì)瀝青溶解度參數(shù)。可以看出，EVA與基質(zhì)瀝青在溶解度方面具有天然的相近性，兩者的相容性非常高。

表1 基質(zhì)瀝青溶解度參數(shù)Tab.1 Solubility parameter of matrix asphalt

2 均相聚合物與多相聚合物

單體在均一體系中進(jìn)行的聚合反應(yīng)稱為均相聚合物。多相聚合物由兩種或兩種以上化學(xué)結(jié)構(gòu)不同的聚合物分子通過物理或化學(xué)方式相互混合或鍵合在一起而形成的聚合物復(fù)合材料。多相聚合物中的物理共混體系是多種聚合物以機(jī)械方式或乳液共混建立的結(jié)構(gòu)體系。而化學(xué)共混體系包括三種混合體系，即枝接共聚物、嵌段共聚物和互穿網(wǎng)絡(luò)體系。聚合物相態(tài)結(jié)構(gòu)的不同可能會(huì)影響瀝青材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)，多相聚合物可能會(huì)有各組成成分沒有的綜合性能。

Han函數(shù)近些年來逐漸被應(yīng)用于瀝青材料的相態(tài)結(jié)構(gòu)研究中，對(duì)基質(zhì)瀝青和EVA改性瀝青的Han曲線分析可完成對(duì)不同瀝青材料在不同溫度條件下的相態(tài)結(jié)構(gòu)分析[13-14]。1982年，Han基于均相聚合物的分子黏彈性理論，提出了logG′-logG″的關(guān)系曲線，用以分析聚合物的相態(tài)結(jié)構(gòu)曲線。通常來講，多相聚合物體系的Han曲線不存在溫度依賴性，即隨著溫度的變化，Han曲線的變化率保持相對(duì)穩(wěn)定。Han曲線中產(chǎn)生的依賴性溫度為臨界溫度，臨界溫度可以用于判別多相聚合物體系的相分離狀態(tài)，故臨界溫度又可以看作相分離溫度[15]。文獻(xiàn)表明，瀝青以及改性瀝青都是聚合物共混物。通過不同溫度下的Han曲線溫度依賴性和Han曲線斜率的變化來分析70#基質(zhì)瀝青和EVA改性瀝青的相態(tài)結(jié)構(gòu)。

3 基質(zhì)瀝青Han曲線的溫度依賴性

利用動(dòng)態(tài)剪切流變儀(DHR-1)在30℃、40℃、50℃、60℃溫度條件下對(duì)0.1～150 rad/s的瀝青進(jìn)行頻率掃描，再將儲(chǔ)存模量試驗(yàn)結(jié)果表示為關(guān)系曲線，如圖1所示。

圖1 70#基質(zhì)瀝青儲(chǔ)存模量Han曲線Fig.1 Han curve of 70#matrix asphalt storage modulus

Han曲線的變化率可以用以揭示瀝青材料內(nèi)部分子的數(shù)量分散情況。在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中，儲(chǔ)存模量試驗(yàn)結(jié)果如圖1和表2所示。可以看出，70#基質(zhì)瀝青儲(chǔ)存模量Han曲線斜率隨著溫度的變化而發(fā)生改變，當(dāng)溫度小于50℃時(shí)，Han曲線的變化率較為穩(wěn)定，當(dāng)溫度達(dá)到60℃時(shí)，Han曲線變化率發(fā)生改變，說明在試驗(yàn)溫度區(qū)間中，溫度低于50℃，70#基質(zhì)瀝青不具有溫度依賴性。當(dāng)溫度高于50℃時(shí)，70#基質(zhì)瀝青具有溫度依賴性。

4 EVA改性瀝青的溫度依賴性

使用同樣的方法對(duì)3%、6%、9%含量的EVA改性瀝青進(jìn)行動(dòng)態(tài)頻率掃描試驗(yàn)，其儲(chǔ)存模量結(jié)果如圖2～4所示，利用Origin軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合分析，結(jié)果見表2。

圖2 3%EVA改性瀝青儲(chǔ)存模量Han曲線Fig.2 Han curve of 3%EVE modified asphalt storage modulus

圖3 6%EVA改性瀝青儲(chǔ)存模量Han曲線Fig.3 Han curve of 6%EVE modified asphalt storage modulus

圖4 9%EVA改性瀝青儲(chǔ)存模量Han曲線Fig.4 Han curve of 9%EVE modified asphalt storage modulus

表2 EVA改性瀝青在不同溫度下的變化率結(jié)果Tab.2 Change rate results of EVA modified asphalt of different temperatures

5 結(jié)論

基質(zhì)瀝青及EVA改性瀝青儲(chǔ)存模量的Han曲線斜率都隨溫度呈正相關(guān)關(guān)系，并且未出現(xiàn)溫度依賴性，且相關(guān)性很強(qiáng)，說明EVA改性瀝青未產(chǎn)生溫度依賴性，為非均相體。

Han曲線斜率在30℃、40℃、50℃、60℃都隨著EVA摻量比例的增大而下降，從略高于1降至略低于1，相容性在一定程度上有所降低，但并未產(chǎn)生顯著差別，這說明EVA改性劑與基質(zhì)瀝青的相容性隨著EVA摻量的增加逐漸變差。