PE-C9石油树脂改性沥青的研制

李茂平，丛玉凤，唐 东，黄 玮（辽宁石油化工大学 化学化工与环境学部，辽宁 抚顺 113001）



PE-C9石油树脂改性沥青的研制

李茂平，丛玉凤，唐 东，黄 玮
（辽宁石油化工大学 化学化工与环境学部，辽宁 抚顺 113001）

摘 要：实验考察了PE对C9石油树脂改性沥青针入度、软化点以及黏度的影响，并对PE-C9石油树脂改性沥青的老化以及储存稳定性进行分析，采用四组分法对改性机理进行探讨，并利用扫描电镜进行表征。结果表明，当PE与C9石油树脂的质量比为2.1时，改性沥青的针入度，软化点以及黏度均满足要求，同时老化性能和高温储存性能变好。通过四组分的分析可知，C9石油树脂可增加改性沥青体系芳香分的含量，促进PE在C9石油树脂改性沥青中的溶胀和吸附作用，通过电镜观察，当PE与C9石油树脂的质量比为2.1时，PE、C9石油树脂、基质沥青三者形成了稳定的网状结构。

关键词：C9石油树脂；PE；改性沥青；抗老化性能

普通沥青难以满足飞速发展的公路建设对道路沥青的质量要求［1］，因此，改性沥青受到人们的青睐［2］，改性沥青的种类较多，目前使用较多的有SBS、SBR、PE、EVA等改性沥青产品［3］。其中SBS因其综合性能优良，应用最为广泛，但价格高，施工工艺复杂［4］；SBR由于可以大大提高沥青的延展性，具有良好的低温性能，在东北拥有广阔的市场，具有非常好的前景［5，6］；PE和EVA主要能够减少沥青体系不利组分的含量，与沥青相互吸附、重叠，发生交联作用，尤其PE在加入沥青后，其长链结构会发生溶胀、拉伸等现象，最终使PE和沥青形成网状结构，该网状结构主要能够提高沥青的热稳定性、耐老化性能受到重视［7，8］，但是 PE与沥青的相容性极差，不能进行高温储存，PE改性沥青的低温性能一直存在争议［9］。

C9石油树脂是碳九馏分经聚合而制得，产品外观为浅黄色至黄褐色片状或颗粒状固体，具有良好的溶解性，互溶性，耐水性，绝缘性，对酸碱有化学稳定性，还具有粘结性［10，11］。本研究利用C9石油树脂的特点，研制PE -C9复合改性沥青，克服PE改性沥青的缺点与不足，并为改性道路沥青的广泛应用提供理论基础。

1　试验部分

1.1实验原料及其性质

实验采用的基质沥青为北方沥青厂生产的辽河90#沥青，抚顺石油二厂生产的 C9石油树脂，PE改性剂为山东高氏生产的增塑性树脂。

1.2改性沥青制备方法

先将基质沥青和C9石油树脂在155～160 ℃温度下混融，再加入PE，利用高速剪切机剪切1 h，最后在160 ℃发育2 h。

2　结果及讨论

2.1 PE与C9石油树脂质量比对改性沥青性能影响

C9石油树脂可以提高基质沥青的软化点，当质量分数为大于5% 时，效果较为明显，但改性沥青的针入度降低明显。而PE在改善沥青的耐高温方面效果十分显著，实验选择PE和C9石油树脂复配对沥青进行改性，考察了PE与C9石油树脂质量比对改性沥青针入度、软化点以及 135℃运动粘度的影响，结果见图1、2和3。

图1　 PE与 C9石油树脂质量比对改性沥青针入度的影响Fig.1 The effect of PE and C9 mass ratio resin to modified asphalt penetration

图2　 PE与 C9石油树脂质量比对改性沥青软化点的影响Fig.2 The effect of PE and C9mass ratio resin to modified asphalt softening point

图3　PE与 C9石油树脂质量比对改性沥青135 ℃运动粘度的影响Fig.3 The effect of PE and C9 mass ratio resin to modified asphalt 135 ℃ kinematic viscosity

从图1可以看出，随着PE与C9石油树脂质量比的不断增大，PE-C9石油树脂改性沥青的针入度逐渐下降，但当PE与C9石油树脂质量分数继续增加，改性沥青的针入度并没有继续大幅度下降，下降趋势也变缓，可能是在PE与C9石油树脂的协同作用下，C9石油树脂与沥青之间的溶胀与吸附达到一个“动态平衡”，C9石油树脂与沥青已经趋于饱和状态，再增大C9石油树脂的质量分数起到的改性作用也微乎其微。

从图2和图3可以看出，随着PE与C9石油树脂质量比的不断增大，PE-C9石油树脂改性沥青的软化点和黏度逐渐增大，但随着PE质量分数的增加，升高幅度变缓，PE的加入可以在很大程度上提高C9石油树脂改性沥青的耐高温性，能够进一步控制C9石油树脂改性沥青在高温时的软化变形。

C9石油树脂使沥青稠度增大变硬主要是由于C9石油树脂结构中存在含双键、芳香环等大分子共聚物的缘故，促进了C9石油树脂改性沥青体系的交联效应，提高了C9石油树脂与沥青之间的聚集力。

2.2 PE-C9石油树脂改性沥青热储存稳定性的考察

PE改性沥青的高温储存性能不好，是困扰人们多年的难题，实验考察了PE与C9石油树脂质量比对改性沥青储存稳定性的影响，结果见图4。

图4　 PE与C9石油树脂质量比对改性沥青储存稳定性影响Fig.4 The effect of PE and C9 petroleum resin mass ratio modified asphalt storage stability

由图4可知，随着PE与C9石油树脂质量比的不断增加，PE-C9石油树脂改性沥青的上、下软化点之差逐渐变大，说明随着PE质量分数的增加，PE-C9石油树脂储存稳定性降低，在PE与C9石油树脂质量分数比为2.5∶1时，PE-C9石油树脂改性沥青的储存稳定性仍符合要求，说明在C9石油树脂结构中芳香环和双键的作用下，大大提高了PE-C9石油树脂改性沥青体系的相容性，同时克服了PE改性沥青不易高温储存的缺点。

2.3PE-C9石油树脂改性沥青老化性能的考察

实验通过考察PE-C9石油树脂改性沥青老化后的质量损失、25℃针入度比，对PE-C9石油树脂改性沥青的老化性能进行了简单的评价，结果见表1。

表1　PE-C9石油树脂改性沥青老化性能指标Table 1　PE-C9 petroleum resin modified asphalt aging performance

由表1可知，随着PE与C9石油树脂质量比的增大，PE-C9石油树脂改性沥青质量损失减少、针入度比增大，说明PE吸收了C9石油树脂的芳香分，使芳香分的挥发量减少，在高速剪切作用下，PE与C9石油树脂发生交联反应，使PE与C9石油树脂之间的网络结合力增大，进而增强了改性沥青的抗老化性。

2.4PE-C9石油树脂改性沥青四组分的探讨

实验通过四组分法考察了C9石油树脂的加入对基质沥青四组分的影响以及PE加入对C9石油树脂改性沥青四组分的影响，结果见表2。实验采用扫描电镜观察了PE质量分数对C9石油树脂改性沥青结构的影响，结果见图4和5。

表2　改性沥青四组分的考察（四组分质量分数）Table 2　The study of modified asphalt four components　%

由表2可知，C9石油树脂的加入能够提高基质沥青芳香分饱和分和沥青质的含量，说明C9石油树脂中的芳环共聚物在沥青中发挥了作用，提高了C9石油树脂改性沥青的相容性。而PE的加入使C9石油树脂改性沥青的四组分重新分配，饱和分和芳香分降低，胶质和沥青质增加，这是由于PE吸收了C9石油树脂，随着PE与C9石油树脂质量比的增大，PE-C9石油树脂改性沥青质量损失减少、针入度比增大，说明PE吸收了C9石油树脂的芳香分，使芳香分的挥发量减少，在充分搅拌后，PE与C9石油树脂发生交联反应，使PE与C9石油树脂之间的网络结合力增大，进而增强了C9石油树脂改性沥青的抗老化性。

图4　PE与C9石油树脂质量分数之比为2：1的改性沥青电镜图Fig.4 Electron micrographs of the modified asphalt with C9 petroleum resin mass fraction ratio 2：1

图5　PE与C9石油树脂质量分数之比为2.5：1的改性沥青电镜图Fig.5 Electron micrographs of the modified asphalt with C9 petroleum resin mass fraction ratio 2.5：1

由图4和5可以看出，当PE与C9石油树脂质量分数之比为2∶1时，PE与C9石油树脂混溶较好，形成的图像表面均匀无颗粒，说明二者相互作用较好，PE-C9石油树脂改性沥青体系混溶很充分。当PE与C9石油树脂质量分数之比为2.5∶1时，可以观察到PE仍能在C9石油树脂改性沥青中很好的分散，不存在颗粒，但是在图像中形成了一些不规律的纹路，说明如果PE质量分数继续增大也许会严重影响PE-C9石油树脂改性沥青体系的相容性，导致改性效果大幅度降低。

3　结 论

（1）PE-C9石油树脂改性沥青的针入度下降幅度，软化点和135 ℃运动粘度增加幅度比C9石油树脂改性沥青小，说明PE的加入可以在很大程度上提高C9石油树脂改性沥青的耐高温性，能够进一步控制C9石油树脂改性沥青在高温时的软化变形，在PE与C9石油树脂的协同作用下，PE-C9石油树脂改性沥青的耐高温性能要优于PE、C9石油树脂对沥青的单独改性。薄膜烘箱老化后，随着PE与C9石油树脂质量比的增大，PE-C9石油树脂改性沥青质量损失减少、针入度比增大，PE与C9石油树脂发生交联反应，使PE与C9石油树脂之间的网络结合力增大，很好的改善了 C9石油树脂改性沥青的老化性能。

表3　PE-C9石油树脂改性沥青性能Table 3　PE-C9 petroleum resin modified asphalt performance

（2）随着PE与C9石油树脂质量比的不断增加，PE-C9石油树脂改性沥青的上、下软化点之差逐渐变大，说明随着PE质量分数的增加，PE-C9石油树脂储存稳定性降低，在PE与C9石油树脂质量分数比为2.5∶1时，PE-C9石油树脂改性沥青的储存稳定性仍符合要求，说明在C9石油树脂结构中芳香环和双键的作用下，大大提高了PE与沥青的相容性，进而克服了PE改性沥青不易高温储存的缺点。

（3）PE-C9石油树脂改性沥青充分突出了树脂改性沥青的优势，在PE与C9石油树脂质量分数之比为2∶1时，各项指标均能达到聚合物改性沥青技术EVA、PE（II-C）级标准，继续增加PE的质量分数会使PE-C9石油树脂改性沥青的135 ℃运动黏度增大，这样对生产和铺设都是很不利的，通过以上分析可知，PE与C9石油树脂质量比的最佳值为2∶1。

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［10］闫慧，孟邱，丛玉凤，黄玮．C9石油树脂的研究进展［J］．应用化工，2011，40（6）：1083-1088．

［11］丛玉凤，李茂平，徐磊，等．C9石油树脂改性沥青的研制［J］．辽宁石油化工大学学报，2015，35（1）∶16-19.

项目来源：抚顺市科技攻关项目，合同号FSKJHT201378

通信联系人：丛玉凤（1965-），女，博士，教授，研究方向：石油化学品的研制与开发。邮箱：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

中图分类号：TE 626.86

文献标识码：A

文章编号：1671-0460（2016）01-0018-04

作者简介：李茂平（1994-），女，四川遂宁人，研究方向：主要从事改性道路沥青的研究。邮箱：943569356@qq.com。