加二Ｉ＝工艺 ０ ０＿、 磊油艨制与记二 ｌＰ 、Ｅ ＊ 。～¨： ＿Ｐｎ 譬 一 ～……ｊ 。…～’……………～… …～ －。 ＾ ≤ 两 一 ……■■ ｇ■■■ ■∞■ｇ■■■■ 日■■■日■■■■■■船 废橡胶粉／ＳＢＳ复合改性沥青制备研究 王志刚 ，杜英 ，向丽。，程健 。 （１．武汉工程大学湖北省新型反应器与绿色化学工艺重点实验室，武汉４３００７３ ２．武汉工程大学绿色化工过程省部共建教育部重点实验室； ３．中国石油大学重质油加工国家重点实验室） 摘要 以ＳＫ ＡＨ一７０为基质沥青，外掺废胶粉和ＳＢＳ，采用高速剪切法制备复合改性沥青。通 过正交实验考察了沥胶比、糠醛抽出油掺量和稳定剂掺量对沥青性能的影响，确定最优条件为：沥 胶比为３，糠醛抽出油加入量４％，稳定剂加入量３‰。在最优条件下制备的复合改性沥青软化点 为６１．０℃，５℃延度为３０．０ ｃｍ，弹性恢复为８５％。废胶粉／ｓＢｓ复合改性沥青的性能明显优于胶粉 改性沥青，而稍低于ＳＢＳ改性沥青，但是其成本低廉、易于施工，并且性能达到ＳＢＳ改性沥青的相 关要求，具有良好的应用前景。 关键词：废胶粉ＳＢＳ复合改性制备 １前言 胶粉，ＳＢＳ的添加量可以从４％～６％降到２％左 经济和交通运输业的高速发展，促进了高等 级公路网的建设，使改性沥青需求量与日俱增。 在众多的聚合物改性剂中，ＳＢＳ是目前国外应用 右，从而降低改性沥青的成本；同时由于ＳＢＳ的 加入可以在保证改性效果的基础上降低胶粉的添 加量，使得体系的粘度降低，便于分散与施工，同 最为广泛和成熟的一种＿１］。ＳＢＳ是苯乙烯与丁二 烯嵌段共聚物，苯乙烯段物理交联可改善沥青的 抗高温永久变形能力，而丁二烯段赋予沥青一定 的柔韧性。这种特殊的结构，使得ＳＢＳ改性沥青 具有良好的高温性能，同时低温性能也得到改善。 但是目前ＳＢＳ的价格比较昂贵，使ＳＢＳ改性沥青 的推广受到一定程度的限制。 时可望有效改善改性沥青的储存稳定性，有利于 工业化生产【 ］。 经过前期实验，本课题选用ＳＫ ＡＨ一７０为基质 沥青，外掺１０％废胶粉和２％ＳＢＳ以及其它改性 助剂，采用高速剪切法对基质沥青进行复合改性， 通过正交实验对制备工艺进行优化研究，并且对 复合改性沥青的性能和胶粉改性沥青、ＳＢＳ改性 沥青的性能进行对比。 ２实验 ２．１实验材料 湖北国创高新材料股份有限公司提供的ＳＫ ７０号基质沥青、ＳＢＳ（１４０１型）和ＳＢＳ改性沥青 胶粉改性沥青近年来受到重视口 】，一方面作 为一条合理利用废旧橡胶的途径，可以缓解环保 压力；另一方面胶粉作为沥青改性剂来源广泛、价 格低廉，而且胶粉改性沥青在降低路面噪音、承载 重交通量和改善沥青抗老化性能等方面都有明显 的作用 】。胶粉加入到沥青中，虽然可以在一定程 度上改善基质沥青的使用性能，但是由于胶粉表 面呈惰性，与沥青的相容性差，容易发生离析。而 且胶粉含量较低时，改性效果不明显，而高含量的 胶粉改性沥青粘度大，分散与施工的难度大。以 上问题成为胶粉改性沥青大范围的推广使用亟待 解决的问题。 （外掺４％ＳＢＳ），黄石第二胶粉厂生产的废轮胎脱 硫胶粉（６０～８０目），糠醛抽出油、稳定剂、活化剂 等改性助剂由实验室自制。其中ＳＫ７０号沥青和 ＳＢＳ改性沥青的基本性质见表ｌ。 ２．２复合改性沥青的制备 将基质沥青分成两部分，先预热一部分基质 收稿日期：２００９—０９—０３；修改稿收到日期：２００９．１１—２０。 作者简介：王志刚（１９８５一），男，在读硕士研究生，主要从事改 性沥青的研究工作。 一结合ＳＢＳ与胶粉对沥青改性的特点，研究者 们开发出废橡胶粉／ＳＢＳ复合改性技术。由于掺加 ２７— ２０１０年第 ４１卷第４期 表１ ＳＫ ７０号沥青和ＳＢＳ改性沥青性质 石油艨制与记二 ３．２各因子对软化点、低温延度和弹性恢复的影响 软化点是沥青的一项基本指标，反映了沥青 的高温性能。软化点的极差分析结果见表３。从 表３中可以看出，各因子对软化点的影响程度由 大到小依次为：沥胶比、稳定剂加入量和糠醛抽出 油加入量。软化点随沥胶比的增加呈现先增后减 项目 软 口Ｃｃ 弹 复 沥青至１２０℃左右，将２％的ＳＢＳ和预定剂量的 糠醛抽出油加入到热沥青中高速剪切分散。将 １０％胶粉和预定剂量活化剂加入到另外一部分的 的趋势，适宜的沥胶比为３；随着稳定剂加入量的 增加，软化点减小，适宜的稳定剂加入量为３％ｏ。 基质沥青中并在１６０℃下溶胀９０ ａｒｉｎ，而这部分用 于溶胀胶粉的基质沥青与胶粉的质量比即为沥胶 比。将预分散好的ＳＢＳ和溶胀的胶粉在１８０℃ 下高速剪切分散６０ ｒａｉｎ，然后加入稳定剂，低速剪 切发育３０ ｒａｉｎ后制得复合改性沥青。其中ＳＢＳ、 胶粉、糠醛抽出油以及稳定剂的加入量均以总沥 青量为基准计算。 ３结果与讨论 ３．１正交实验设计及结果 在胶粉的预混工艺中，在一定量活化剂存在 的情况下，采用基质沥青来溶胀胶粉，以此来改善 胶粉和基质沥青之间的相容性。加入一定量的糠 醛抽出油是为了改变基质沥青的组成结构，提高 芳香分含量，有利于ＳＢＳ的充分溶胀，从而改善 其在基质沥青中的分散情况。稳定剂的作用是引 发改性微粒之间发生交联，形成空间网络结构，最 终形成宏观上稳定的体系。经过前期的实验和分 析［５ ，表明沥胶比（ ）、糠醛抽出油加入量（ ）以 及稳定剂加入量（Ｃ）三个因素对复合改性沥青的 影响较大，因此选取这三个因子，各因子皆取３水 平，采用Ｌ。（３ ）正交表安排实验，研究不同配方对 沥青性能的影响，其实验结果见表２。 表２正交实验结果 一２８一 糠醛抽出油的加入改变了基质沥青的结构和组 成，从而改善改性剂在沥青中的分散状况，但是加 入量过大就会稀释沥青，反而使得软化点降低，因 此糠醛抽出油加入量以３％～４％为宜。 表３软化点极差分析 ℃ 低温延度反映了沥青在低温下的变形能力， 也是沥青的一项基本指标。表４为延度的极差分 析结果。从表４可以看出，糠醛抽出油的加入量 对沥青的低温性能影响最大，但是加入量过多会 稀释沥青，反而使得沥青对温度变化敏感，延度降 低，这跟软化点的变化趋势一致，因此适宜的糠醛 抽出油加入量为４％；随着沥胶比的增加，延度先 增后减，适宜的沥胶比为３。在本研究所取范围内， 稳定剂加入量对延度的影响很小。 表４ ５℃延度极差分析 ｃｍ 弹性恢复用于评价聚合物改性沥青的可恢复 变形能力。表５为弹性恢复的极差分析结果。从 表５可看出，糠醛抽出油的加入量对改性沥青的 影响最大，随糠醛抽出油的加入量的增加，弹性恢 复呈先增后减的变化趋势，适宜的糠醛抽出油的 加入量为４％。随沥胶比提高，弹性恢复先增后减， 故适宜的沥胶比为３。稳定剂加入量对弹性恢复 影响最小，其量可选取４‰。 王志刚等．废橡胶粉／ＳＢＳ复合改性沥青制备研究 ２０１０；ｖｏｌ 表５弹性恢复极差分析 ％ 到最大程度的改善。糠醛抽出油改善了改性剂在 基质沥青的中的分散，主要对沥青低温延度和弹 性恢复的影响较大，但是加入量过多会稀释沥青， 反而使得改性效果变差，确定加入量为４％。本研 究的范围内，稳定剂对沥青软化点的影响较大，而 对低温延度和弹性恢复的影响较小，表明交联结 综合以上实验结果看出，胶粉的预混情况在 构的形成有利于改善沥青的高温性能，其加入量 所选的范围内对复合改性沥青的软化点、低温延 为３‰时，效果最好。因此最优的配方为：沥胶比 度和弹性恢复均有较大的影响，在沥胶比为３的 为３，糠醛抽出油加入量４％，稳定剂加入量３％ｏ。 情况下胶粉溶胀充分，且与基质沥青的相容性得 在最优配方下进行实验，结果见表６。 表６复合改性沥青、ＳＢＳ沥青和胶粉沥青性能对比 由表６可知，最优配方下得到的复合改性沥 青样品的各项指标均已达到聚合物改性沥青ＳＢＳ 类Ｉ－Ｃ标准的要求，其软化点比正交表中的最高 软化点提高了０．８℃，说明高温性能得到改善；５℃ 延度提高了２．０ ｃｍ，说明低温抗裂性能得到增强； 弹性恢复提高了２个百分点，说明抗疲劳性能有 所改善。复合改性沥青的制备配方与其性能之间 有紧密的联系，优化后的配方使得复合改性沥青 的各项性能均有不同程度的提高。 利用荧光显微镜可以观察改性剂在基质沥青 图１ 废胶粉／ＳＢＳ复合改性沥青显微结构（×２５０） 中的分布形态、结构和相态。利用荧光显微照相获 得最优配方下复合改性沥青样品的显微结构图，如 性能作比较，结果见表６。从表６可以看出，复合 图１所示。由图１可知，在２５０放大倍数下，可以 改性沥青在ＳＢＳ和胶粉含量都比较低的情况下， 清晰地观察到呈丝状的胶粉，说明胶粉吸收了沥青 除了ＴＦＯＴ后的延度达不到聚合物改性沥青ＳＢＳ 中软组分而充分地溶胀。同时也可以观察到呈点 类Ｉ－Ｃ级标准的要求外，其它性能均已达标，其性 状均匀分布的ＳＢＳ颗粒，说明ＳＢＳ的分散良好。 能明显优于纯胶粉改性沥青，而接近于商品ＳＢＳ ３．３三种改性沥青性能比较 改性沥青。复合改性沥青的软化点、弹性恢复和 为了进一步探索废胶粉／ＳＢＳ复合改性沥青的 低温延度比胶粉改性沥青有明显提高，显示出 改性效果，将其与国创商品ＳＢＳ改性沥青、胶粉改 ＳＢＳ改性的效果。而老化后的高针入度比，则显 性沥青（胶粉外掺含量分别为１５％和２５％）＿ｌ。。的 示出胶粉改性的特点。这表明复合改性沥青，结 一２９— 石油艨制与记二 合了ＳＢＳ和胶粉二者改性的优点，而且整个体系 的粘度控制在３．０ Ｐａ・Ｓ之内，较高含量的胶粉改 参考文献 性沥青更加容易施工。综合经济成本、社会效益 以及施工难易性来看，废胶粉／ＳＢＳ复合改性沥青 具有良好的应用前景。 杨军．聚合物改性沥青［Ｍ］．第ｌ版．北京：化学工业出版社， ２００７：２８９—２９０ 郭朝阳，何兆益，曹阳．废胶粉改性沥青改性机理研究［Ｊ］．中 外公路，２００８，２８（２）：１７２—１７６ ４结论 董诚春．橡胶资源综合利用［Ｍ］．第１版．北京：化学工业出 版社，２００３：１８５—２０２ （１）采用正交实验对不同配方的废胶粉／ＳＢＳ 复合改性沥青的性能进行研究，得到最佳的配方 为：沥胶比为３，糠醛抽出油加入量４％，稳定剂加 入量３‰。采用最佳配方制备的复合改性沥青的 廖克俭，丛玉凤．道路沥青生产与应用技术［Ｍ］．第１版．北 京：化学工业出版社，２００４：２３０—２３２ 向丽，程健．废橡胶粉改性道路沥青的制备工艺和性能研 究Ⅲ．石油沥青，２００８，２２（１）：１２—１４ 各项指标达到聚合物改性沥青ＳＢＳ类Ｉ—ｃ级标准 的要求。 张小英，徐传杰，孔宪明．胶粉改性沥青研究综述［Ｊ］．石油沥 青，２００４，１８（２）：１～４ 张宗辉．橡胶／ＳＢＳ复合改性沥青生产工艺分析［Ｊ】．石油沥 青，２００８，２２（１）：３９—４３ （２）废胶粉／ＳＢＳ复合改性沥青的性能明显优 于胶粉改性沥青，而稍低于ＳＢＳ改性沥青，但是其 成本低廉、易于施工，并且性能达到ＳＢＳ改性沥青 的相关要求，具有良好的应用前景。 致谢：本研究获得重质油国家重点实验室开放课题资助， 对此表示衷心感谢。 … 嘲 韦大川，王云鹏，李世武，等．橡胶粉／ＳＢＳ复合改性沥青路用 性能与微观结构Ⅲ．吉林大学学报（工学版），２００８，３８（３）： ５２５—５２９ 原健安．复合改性沥青对沥青性质的影ｎ￣ｌ［Ｊ］．石油沥青， １９９８，１２（１）：１４—１９ 徐幸．胶粉改性沥青储存稳定性研究［Ｄ］．武汉：武汉工程大 学化工与制药学院，２００９ ＳＴＵＤＹ ｏＮ ＴＨＥ ＰＲＥＰＡＲＡＴＩｏＮ ｏＦ ＣＲＵＭＢ ＲＵＢＢＥＲ／ＳＢＳ ＣｏＭＰｏＳＩＴＥ ＭｏＤＩＦＩＥＤ ＡＳＰＨＡＩ Ｗａｎｇ Ｚｈｉｇａｎｇ ～，Ｄｕ Ｙｉｎｇ 一，Ｘｉａｎｇ Ｌｉ ，Ｃｈｅｎｇ Ｊｉａｎ ， （１．Ｈｕｂｅｉ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＮｏｖｅｌ ＣｈｅｍｉｃａｌＲｅａｃｔｏｒ ａｎｄ Ｇｒｅｅｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７３；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏ Ｇｒｅｅｎ ＣｈｅｍｉｃａｌＰｒｏｃｅｓｓ ｏｆＭｉｎｉｓｔｙｏｒｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ３．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｅａｖｙＯｉｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ ａｎｄ ＳＢＳ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍｏｄｉｆｙ ａｓｐｈａｌｔ（ＳＫ ＡＨ．７０）ｂｙ ｈｉｇｈ ｓｈｅａｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ），ｔｈｅ ｅｆｒｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｂａｓｅ ａｓｐｈａｌｔ ｉｎ ｐｒｅ—ｂｌｅｎｄｉｎｇ ｍｉｘｔｕｒｅ，ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ａｒｏｍａｔｉｃｓ ｏｉｌ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ａ ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｉｎ ｐｒｅ— ｂｌｅｎｄｉｎｇ ｍｉｘｔｕｒｅ ｏｆ ３，ａｎ ａｒｏｍａｔｉｃｓ ｏｉｌ ａｄｄｅｄ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ４％ａｎｄ ａ ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ ａｇｅｎｔ ａｄｄｅｄ ａｍｏｕｎｔ Ｏｆ ３％０，ｔｈｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｍｏｄｉｉｆｅｄ ａｓｐｈａｌｔ ｈａｖｉｎｇ ａ ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ６ １．０℃，ａ ５℃ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ｏｆ ３０．０ ｃｍ ａｎｄ ａｎ ｅｌａｓｔｉｃ ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｏｆ ８５％．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｍ ＳＢＳ ｍｏｄｉｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔ ａｎｄ ｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ ｍｏｄｉｆｆｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔ，ｔｈｅ ｐｅｒｌｅｌｍａｎｃｅ ｏｆ ｒｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ／ＳＢＳ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔ ｗａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｌａｔｔｅｒ ａｎｄ ａ ｂｉｔ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｆｏｒｍｅｒ，ｙｅｔ ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｓｔｉｌｌ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ＳＢＳ ｍｏｄｉｉｆｅｄ ａｓｐｈａｌｔ，ｂｅｓｉｄｅｓ，ｉｔ ｈａｄ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｌＯＷ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｅａｓｙ ｆｏｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｉｔ ｓｈｏｕｌｄ ｈａｖｅ ａ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ ＳＢＳ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ 一３０一