SBS改性沥青在制备和热储存过程中的四组分与性能分析

陈守明，邹异红，龚俊辉，夏 娟，陈 显，陈伟三

（路翔股份有限公司，广东广州510635）

SBS改性沥青在制备和热储存过程中的四组分与性能分析

陈守明，邹异红，龚俊辉，夏 娟，陈 显，陈伟三

（路翔股份有限公司，广东广州510635）

以中石化公司金陵厂生产的90#A级沥青为基质沥青，添加占基质沥青质量4％燕山石化产SBS 4303及其他添加剂制备SBS改性沥青，研究了该改性沥青在改性前后、不同老化试验条件下及在163℃下热储不同时间下四组分变化情况及其与改性沥青各性能指标变化的相关性。

SBS改性沥青，四组分，热储存，性能变化

SBS改性沥青是一种石油化学产品的混合体，因其生产、运输、储存均在高温下，时刻发生着化学的和物理的反应，随时间延长其各项性能自然发生变化［1］，因此SBS改性沥青的性能稳定性是改性沥青研究者及生产者一直关注的重要课题。基质沥青的四组分检测一直是SBS改性沥青研究者判断基质沥青是否适合SBS改性的重要参考依据。日本JSR合成橡胶株式会社提出参数Ic=（沥青质+饱和分）/（芳香分+胶质）来评价改性沥青的相容性.一般认为Ic小，则沥青与SBS相容性好，改性效果明显。有学者认为，以SBS作为改性剂时，基质沥青的组分系数Ic最好介于26％～32％之间。因此，国内学者对基质沥青四组分的研究也非常重视［2］。此前，国内外学者对聚合物改性沥青特别是SBS改性沥青的热储存稳定性进行了大量的研究［3-5］，但是从改性沥青在热储存下组分变化的情况及其与改性沥青性能相关性方面的研究还少见报道。本文以中石化公司金陵厂生产的90#A级沥青为基质沥青，添加占基质沥青质量4％燕山石化产的SBS4303为改性剂及适量改性沥青稳定剂制备了SBS改性沥青，对该改性沥青在制备过程中、不同老化试验条件下及在163℃下热贮存不同时间内，四组分变化情况及与其各项物理性能变化的相关性进行了研究。

1 实验部分

1.1 材料与装置

1.1.1 主要原材料

金陵90#A级沥青：中石化金陵厂产；SBS4303，中石化燕山石化产；稳定剂，自制。

1.1.2 基质沥青

中石化金陵厂产90#A级沥青，其性能指标检测值见表1。

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

1.1.3 仪器分析

表2 实验用分析仪器及其测试项目和方法Table.2 Analytic instruments and their testing item and test method in experiment

1.2 试验步骤

（1）基质沥青检测：将基质沥青加热到110℃，取样测沥青四组分和各项性能；

（2）SBS改性沥青样品制备与检测：将基质沥青升温到150℃左右加入占基质沥青质量4％的SBS4303，搅拌并升温至185℃，搅拌1h，加入稳定剂（占基质沥青质量0.2％）并剪切1h后停止剪切，制得样品1；在185℃左右继续搅拌2h后停止搅拌，制得样品2；取样品2做RTFOT试验，在163℃旋转薄膜烘箱中老化85分钟，制得样品7；取样品2做TFOT试验，在163℃薄膜烘箱老化5小时制得样品3。样品2余样放入163℃烘箱中静置保温，1个小时后取样，制得样品4；5小时后取样，制得样品5；12小时后取样，制得样品6；24小时后取样，制得样品8；36小时后取样，制得样品9；48小时后取样，制得样品10。样品制备流程见图1；样品检测参照相关规范和规程执行［7-8］。

图1 试验样品制备流程图Fig.1 Flow process chart of sample preparation

2 结果与讨论

2.1 改性沥青制备过程中的四组分变化

图2和图3分别是金陵90#沥青与纯SBS4303的按照同一方法检测的棒状薄层色谱四组分分析谱图，具体检测结果见表3。检测结果显示纯SBS在四组分分析谱图中只在沥青四组分中的胶质和沥青质位置处出现，其中胶质处质量占66.69％，沥青质处质量占33.31％。假设SBS改性沥青在制备过程中四组分不发生任何化学变化，只是物理相加，则100份金陵90#基质沥青与4份SBS4303混合均匀后，理论上TLC检测该改性沥青的四组分线性相加值为：饱和分占5.12％，芳香分占53.46％，胶质占26.63％，沥青质占14.79％。此外，也有研究者认为SBS颗粒溶于沥青中，易吸收饱和分，溶胀后的SBS极性与胶质相似［9］，按此说法，将SBS改性沥青中的SBS仅当作胶质组分时的四组分分布计算值为：饱和分占5.13％，芳香分占53.46，胶质占27.9％，沥青质占13.51％。

图2 金陵90#沥青的TLC四组分分析谱图Fig.2 Four components distribution of TLC analyzed spectrum of Jinling 90#asphalt

图3 纯SBS4303的TLC四组分分析谱图Fig.3 Four components distribution of TLC analyzed spectrum of SBS4303

表3 棒状薄层色谱TLC四组分分析结果Table.3 Four components distribution of TLC analyzed results

表4列出了基质沥青中加入SBS后搅拌溶胀1h并剪切1h后及搅拌熟化2h时分别取样检测四组分的结果。结果显示改性沥青样品1与金陵90#基质沥青的四组分基本一致，与基质沥青与SBS理论上四组分线性相加的计算值相比，饱和分基本不变，芳香分增加，胶质减少，沥青质减少；将SBS仅看作胶质组分并与基质沥青线性相加的计算值相比，饱和分基本不变，芳香分增加，胶质减少，沥青质增加。实测值与两个理论计算值相比，前者与实测值的偏差稍小一些，如胶质组分的偏差前者为1.19％，后者为2.46％；沥青质组分的偏差前者为0.49％，后者为-0.79％。

SBS改性沥青的搅拌熟化过程就是SBS在稳定剂作用下SBS分子之间及SBS与沥青分子特别是胶质和沥青质分子发生交联反应的过程。样品2在搅拌2小时后饱和分少量增加，增加0.6％；芳香分降低到52.03％，降低了3.07％；沥青质降低近1％；而胶质增加了3.45％。

表4 SBS改性沥青在制备过程中四组分的变化Table.4 Change of four components of SBS modified asphalt during preparation process

2.2 改性沥青在不同老化试验条件下的组分变化

样品3、样品5和样品7分别是样品2在163℃下经过薄膜烘箱老化试验（TFOT，5h）、烘箱中静置保温自然衰减试验（5h）、旋转薄膜烘箱老化试验（RTFOT，85min）后所得的样品。表5和图4显示的是上述样品的四组分检测值。结果显示在薄膜烘箱老化试验5h后轻组分（饱和分+芳香分）减少了1.2％，烘箱中密闭静止保温自然衰减试验5h后轻组分（饱和分+芳香分）减少1.85％，而旋转报废烘箱老化试验85min后轻组分就减少了3.5％。这表明RTFOT试验对SBS改性沥青的组分变化最大，即老化程度最高；而TFOT试验与样品在烘箱中相同温度下静止存放下的老化程度相近。在三种老化情况下，芳香分和饱和分均有所下降，其中RTFOT试验下降低最大，静止保温与TFOT试验基本相同；胶质组分除TFOT试验基本不变外，均有所增加，其中RTFOT试验增加最多；沥青质组分刚好相反，RTFOT试验反而降低了，其他两种老化增加。

图4 SBS改性沥青在不同老化试验条件下的四组分变化情况Fig.4 Change of four components of SBS modified asphalt under different aging condition

表5 SBS改性沥青在不同老化试验下四组分变化Table.5 Curing characteristics of NBR/WCB blends with different dosages of antioxidant GM

2.3 改性沥青四组分随热储存时间的变化情况

图5和表6是SBS改性沥青在163℃烘箱中静置密闭热储存时，在不同储存时间下的四组分检测值。结果显示SBS改性沥青的四组分变化比较复杂，没有一定的规律，特别是胶质和饱和分的组成波动比较大；沥青质组分的变化稍微有点规律，就是先减少，后增加，这可能是因为改性沥青在热储存过程中，一直存在两个过程，一方面轻组分挥发，导致饱和分和芳香分减少，沥青质和胶质含量相对增加；另一方面，SBS不停地与胶质和沥青质发生接枝反应，使接枝部分胶质和沥青质的极性降低，导致分析仪器在测试时将这部分胶质和沥青质分别划分到芳香分和胶质组分，初始时SBS与胶质和沥青质反应生成接枝共聚物的量随时间延长而增加，导致沥青质和胶质不断减少，同时因为沥青在高温下老化、轻组分挥发过程导致沥青质和胶质相应增加，前者作用大于后者时，总体表现为沥青质和胶质减少，表5中24h时沥青质含量反而最低可能就是这个原因。

图5 改性沥青四组分随热储存时间延长的变化情况Fig.5 Change of four components of SBS modified asphalt under different thermal storage time

表6 改性沥青四组分随热储存时间延长的变化情况Table.6 Change of four components of SBS modified asphalt under different thermal storage time

2.4 改性沥青热储存下的性能变化

表7、图6～8显示的是改性沥青在热储存条件下各性能指标随时间延长的检测值。结果显示，改性沥青三大指标中，软化点在5h时达到最高值，随后逐步下降；5℃延度基本上是随时间延长而降低；25℃针入度值波动较大，针入度指数在24h时最高。135℃运动黏度随储存时间延长，先增加后减少，在36h左右达到高峰。车辙因子G*/sinδ值在76℃和82℃下变化趋势基本一致，均是先升高后再降低再升高的过程。总体上看，对照表6中各样品的组分检测值情况，改性沥青各项性能与其组分相关性较低。

图6 改性沥青在热储存条件下的三大指标变化情况Fig.6 Changes of soft point，ductility and penetration degree of SBS modified asphalt under different thermal storage time

图7 改性沥青在热储存条件下旋转粘度和针入度指数变化情况Fig.7 Changes of penetration index and viscosity of SBS modified asphalt under different thermal storage time

图8 改性沥青在热储存条件下原样沥青车辙因子的变化情况Fig.8 Changes of rut factor of SBS modified asphalt under different thermal storage time

表7 改性沥青热储存条件下的性能变化Table.7 Change of performances of SBS modified asphalt under different thermal storage time

2.5 改性沥青在不同热老化条件下的性能变化

表8和图9是样品2在不同热老化条件下的性能变化检测值。结果显示在163℃下，薄膜烘箱老化5h、旋转薄膜烘箱老化85min和烘箱中静置老化5h后5℃延度和25℃针入度值均是旋转薄膜烘箱检测值最小，薄膜烘箱老化次之，静置热储存最小；即老化程度RTFOT试验最大、TFOT试验次之，静置热储存最小。结果显示其与相应组分变化情况的相关性较小。

表8 改性沥青在不同热老化条件下的性能变化Table.8 Change of performances of SBS modified asphalt under different aging condition

图9 改性沥青在不同热老化条件下的性能衰减Fig.9 Change of performances of SBS modified asphalt under different aging condition

3 结论

（1）SBS改性沥青在制备过程中饱和分、芳香分减少，胶质增加，沥青质在一定时间内先减少后增加；

（2）在SBS改性沥青的各种老化试验中，薄膜烘箱老化试验（TFOT）样品和在相同温度下静置保温样品的四组分变化较少，而旋转薄膜烘箱老化试验（RTFOT）样品的四组分变化最大，表明旋转薄膜烘箱老化试验的较薄膜烘箱老化试验老化程度更高，更能模拟SBS改性沥青在沥青混合料拌合过程中的老化现象；

（3）SBS改性沥青在静置热储存过程中，各组分变化波动较大，沥青质的变化有先减少后增加的趋势，高温性能如软化点、动态剪切试验的车辙因子值均是先增加后减少，135℃运动粘度值与针入度指数均为先增加后减少。

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book=54,ebook=25化及其相关性［J］.化学建材，2001，（5）：23-25.

（2）MgO填充量在10wt％以下时，PBT/PA/MgO复合材料导热系数增加较缓慢，在MgO填充量为10wt％-25wt％之间时增加明显。MgO填料用量在30wt％和40wt％时PBT/PA/MgO复合材料热导率分别达到0.748W/（m·K）、0.787W/（m·K）。

（3）不同的加工方法能够影响复合材料的形态结构和MgO在基体中的分布情况，采用以PA/MgO为母料的二步法制备的PBT/PA/MgO复合材料的导热性能和力学性能较一步法更为优异。

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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