纳米ZnO_SBS改性沥青储存稳定性及其机理分析

doi:10.3969/j .issn .1671-7775.2010.04.009

纳米Zn O /S BS 改性沥青储存稳定性及其机理分析

康爱红

1,2

,肖　鹏2,周　鑫

2

(1.同济大学交通运输工程学院,上海201804; 2.扬州大学建筑科学与工程学院,江苏扬州225009)

摘要:为了改善纳米氧化锌/苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物(ZnO /S BS )改性沥青的热储存稳

定性,选用两种基质沥青、两种S BS 的纳米ZnO /S BS 改性沥青,通过离析试验,研究分析了纳米ZnO /S BS 改性沥青的制备工艺、基质沥青种类、S BS 类型及掺量、纳米Zn O 掺量等因素对纳米ZnO /S BS 改性沥青稳定性的影响.采用表面稳定剂改善纳米ZnO /S BS 改性沥青的热储存稳定性,利用

荧光显微图像分析了纳米ZnO /S BS 改性沥青的稳定机理.结果表明,纳米ZnO /S BS 改性沥青离析主要是由于S BS 的离析所引起,纳米ZnO 的加入在一定程度上改善了S BS 改性沥青热储存稳定性,但是效果甚微;添加稳定剂可以制得热储存稳定性良好的纳米Zn O /S BS 改性沥青.关键词:改性沥青;纳米ZnO;S BS;热储存稳定性;机理中图分类号:U414 文献标志码:A 文章编号:1671-7775(2010)04-0412-05

收稿日期:2009-11-21

基金项目:江苏省自然科学基金资助项目(BK2007085)

作者简介:康爱红(1973─),女,江苏如东人,博士研究生,副教授(kahyzu@ ),主要从事道路工程研究.

肖　鹏(1961─),男,江苏靖江人,教授(xp8833@yzu .edu .cn ),主要从事道路工程、材料工程等研究.

Study on hot storage st ability of nano meter

ZnO /SBS modi fi ed asphalt

Kang A ihong

1,2

,X iao Peng 2,Z hou X in

2

(1.School of Trans portati on Engineering,T ongji University,Shanghai 201804,China;2.College of A rchitecture Science and Engineering,

Yangzhou University,Yangzhou,Jiangsu 225009,China )

Abstract:The nanometer Zn O /S BS modified as phalt has p redom inant service perf or mance,but its hot st orage stability needs t o be i m p r oved .The nanometer ZnO /S BS modified as phalts were p repared by t w o kinds of matrix as phalts and t w o kinds of S BS,and the is olati on tests were studied according t o the influ 2ence of the p reparati on craft,kinds of base as phalt,S BS ′s kinds and quantity and the nanometer ZnO ′s quantity .The surface stabilizer was used t o i m p r ove the hot st orage stability of nanometer ZnO /S BS modi 2fied as phalt,and its mechanis m was analyzed by the fluorescent m icr o 2i m ages .The results show that the nanometer Zn O /S BS modified as phalt πs segregati on ismainly caused by segregati on of S BS .The additi on of nano meter Zn O i m p r oves the hot st orage stability of S BS modified as phalt t o a certain degree,but its effect is s mall .The adding of stabilizer can p repare nano meter Zn O /S BS modified as phalt with good st orage stability .

Key words:modified as phalt;nanometer ZnO;S BS;hot st orage stability;mechanis m

聚合物改性沥青储存稳定性是指聚合物改性沥青在储存过程中不会因为静置而发生分层离析.传统的S BS 改性沥青中,S BS 与沥青并没有发生明显的化学反应,而是均匀地分散、吸附在沥青中,仅是

物理意义上的混溶[1-2]

,由于S BS 与沥青在极性、分子量以及溶解度等参数上存在较大差异,严重影响

第4期康爱红等:纳米Zn O/S BS改性沥青储存稳定性及其机理分析413

了它们的相容性及改性沥青的热储存稳定性.纳米粒子因其比表面积大、表面自由能大和分散效果好等特点[3],可使S BS在沥青中分散更均匀,从而提高改性沥青的综合性能而成为纳米粒子改性沥青研究的一个新方向.

试验研究表明:加入纳米Zn O的S BS改性沥青高温稳定、低温抗裂、抗老化性能等都有明显的改善,尤以其低温性能见长,但储存稳定性较差[4],导致改性沥青性能不稳定.而性能稳定是改性沥青能在大规模生产中得以应用的前提条件.

为此,本研究首先通过宏观性能试验,研究纳米Zn O/S BS改性沥青热储存稳定性的影响因素,分析引起离析的主要原因,寻求改善纳米Zn O/S BS改性沥青储存稳定性的手段,并对纳米Zn O/S BS改性沥青的改性机理进行研究,以便指导生产实践.

1　试验原材料

试验使用基质沥青为中海70号沥青和日本加德士70号沥青,技术指标如表1所示;S BS为岳阳石化YH791和韩国LG501,线型结构,呈白色粒柱状;纳米Zn O为中国科学院化工冶金研究所和陕西中科纳米材料股份有限公司生产的威特牌纳米Zn O,平均粒径为30n m.

表1　基质沥青技术指标

Tab.1　Properti es of ma tr i x a spha lt

指标中海70号加德士70号25℃针入度/011mm67.06917

软化点/℃48104616

15℃延度/c m>100>100

弹性恢复/%1315

RTF OT质量损失/%010*******

RTF OT针入度比/%6669

2　离析试验及分析

离析试验是目前国内外评价聚合物改性沥青储存稳定性的常用方法.该方法是将热熔的沥青试样注入一试管(直径2.5c m,长20.0c m)中,然后垂直地放入163℃烘箱中保持48h,加热结束后立即冷却.分别取上部和底部1/3段沥青测量环球法软化点,以两部分软化点差值来评价热储存稳定性.差值越小,稳定性越好.211　制备工艺对离析的影响

改性沥青的储存稳定性与制备工艺密不可分.本研究选用两种不同工艺来制备纳米Zn O/S BS改性沥青.一种是目前国内外研究和使用最多且技术成熟的高速剪切法,它是通过高速剪切将聚合物均匀地分散于沥青中;另一种是母液熔融法,它是将聚合物溶解在有机溶剂中,制成高质量百分比的聚合物溶液(或称母液、胶浆),再掺入到沥青中进行混合,然后在高温条件下,将溶剂蒸出收回,直到所需针入度为止.纳米ZnO随S BS一起加入到沥青中进行高速剪切或母液熔融.

试验选用中海沥青、5%掺量的YH791以及不同掺量纳米ZnO制得改性沥青的离析试验结果,即上下软化点差,如表2所示.

表2　不同制备工艺改性沥青离析试验结果Tab.2　Segrega ti on test results of m od i f i ed a spha lt by

d i fferen t prepara ti on craft℃

制备工艺

纳米ZnO掺量/%

03456高速剪切法35143216311430152911

母液熔融法26152413201820132012

由表2可见,采用母液熔融法相比于高速剪切法制备的改性沥青软化点差值较小,说明母液熔融法更有利于改性剂的均匀分散和稳定储存.这是由于高速剪切法只能把S BS剪切成较细小的颗粒(一般小于10μm),使之分散在沥青中,而溶融法使纳米Zn O,S BS和沥青在溶剂中完全共同溶解、混合,能使S BS更均匀地分散于沥青中.

但是,考虑到母液熔融法的制备工艺相对繁琐,并且溶剂可能会对沥青的其它性能产生影响,后期试验仍然使用实验室和工程上普遍采用的高速剪切法制备改性沥青.

212　原材料对离析的影响

通过对两种沥青和两种S BS组成的4组S BS 改性沥青的针入度、软化点、延度测试,选取性能相对较好的中海70号+YH791和加德士70号+ LG501两组,分别制备S BS改性沥青、纳米ZnO改性沥青和纳米ZnO/S BS改性沥青,并进行离析试验.试验结果如表3-5所示.

由表3可见,随着S BS剂量的增加,两种改性沥青的离析试验软化点差值均增大,表明改性剂掺量越大,离析程度越厉害;但在同等S BS掺量下,中海70号+YH791改性沥青软化点差值始终小于加德士70号+LG501改性沥青,储存可见不同原材料制