高聚物复合改性沥青技术

第一届全国公路科技创新高层论坛论文集新技术新材料与新设备卷

高聚物复合改性沥青技术

钟德鹏陈枫刘开义

（四川华新改性沥青有限公司成都 610041）

摘要本文着重讨论了我国改性沥青工艺中溶剂法生产高聚物复合改性沥青的性能、机理以及溶剂回收问题。工业实践证明：溶剂法具有使改性剂在沥青中分散好、可复合改性的特点；应用复合改性沥青技术能同时改善沥青的高温稳定性和低温抗裂性，且具有非常好的高温储存稳定性。

关键词改性沥青溶剂法复合改性

一、前言

改革开放和国民经济的发展，给交通事业快速发展提供了机遇。“八五”开始，交通部实施“三主一支持”的交通建设长远发展规划，用几个五年计划的时间，重点建成“五纵七横”的国道主干线系统。高等级公路建设的发展对路面使用性能和服务水平提出了更高的要求。但是，随着高速公路的运行，公路病害不断暴露出来，成为制约高等级公路服务水平和降低养护成本的一个重要因素。

新建高速公路沥青路面产生早期损坏，除了设计和施工方面的原因外，材料性能差是很重要的因素。为了克服病害的影响，有效技术措施之一是采用改性沥青做路面材料。于是改性沥青便随公路建设的发展受到普遍重视和青睐。但是，国内改性沥青生产设备和工艺落后成了改性沥青发展的关键，导致我国长期以来对改性沥青的研究和推广进展缓慢。进入新时期，我国交通事业发展分三个阶段，于2050年实现公路交通现代化的战略目标。今后几十年间，公路交通需求无疑给新型路面材料的研究和推广展示了广阔的前景。改性沥青在克服公路病害方面表现出的优异性能，在实现我国公路交通现代化的进程中，必将得到更加广泛的应用和发展。

本文着重介绍采用溶剂法生产高聚物SBS和SBR复合改性沥青技术及工业化装置的有关问题，旨在为解决公路路面病害问题提供一种新的选择。

二、高聚物改性剂及改性工艺

通过高聚物改性剂对沥青改性以后，使沥青及沥青混合料的路用性能得到很大提高。目前国内外主要聚合物类改性剂有：苯乙烯—丁二烯的共聚物（SBR）；苯乙烯—丁二烯—苯乙烯的嵌段共聚物（SBS）；乙烯—醋酸乙烯共聚物（EV A）和聚乙烯（PE）等。

高聚物改性沥青的改性工艺可分以下几种：

1、机械搅拌法：直接将改性剂加入热沥青中，在机械产生的剪切、挤压、对流和热力的综合作用下，使改性剂颗粒与沥青在高热下均匀混合，制成改性沥青。

2、胶体磨法：将聚合物改性剂和沥青一同加入间隙可以调整的胶体磨中混磨，从而形成均匀细分布的改性沥青。

3、胶乳法：可以生产改性乳化沥青和胶乳改性沥青。将聚合物乳液加入乳化沥青中，最后破乳而制成改性乳化沥青。将胶乳加入热沥青中，不断搅拌蒸发胶乳中的水份，制成胶乳改性沥青。

4、母体法：在工厂集中生产高剂量的改性沥青母体，施工时在热沥青中加入适量的母体，制成不同剂量要求的改性沥青。

5、溶剂法：将高聚物溶于有机溶剂中，再按路用要求的配比将改性剂溶液掺入到熔融的热沥青中，搅拌均匀，回收溶剂，聚合物就以细小粒径分布于沥青中，制成改性沥青。

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机械搅拌法和胶体磨法都是建立在高聚物可以熔融的前提下的，因此只能适用在沥青中可以熔融的热塑型聚合物改性剂SBS、PE和EV A的加工。由于SBR等橡胶型聚合物改性剂不能熔融，只能溶解，因此不能用该方法加工。采用溶剂法生产改性沥青，聚合物改性剂的粒度很细且在沥青中的分散非常均匀，因此能达到很好的改性效果。但是溶剂的回收非常困难。溶剂回收后残留在产品中的溶剂既影响产品质量又增加生产成本，而且还存在安全生产和对环境的污染问题。

改性沥青生产设备存在的问题制约了改性沥青的研究和推广。沈金安先生一针见血地指出：“我国之所以长期以来对改性沥青的研究和推广进展缓慢，不能不说是由于在改性沥青设备上陷入了误区，对PE、SBS等仅仅采用常规的机械搅拌方式，以致加工效果不明显，严重影响了改性沥青的发展。所以，改性沥青设备成了发展改性沥青的关键”。

本文提出的高聚物SBS和SBR复合改性沥青技术及工业化装置，就是针对改性沥青设备存在的问题，成功地采用溶剂法生产改性沥青，并实现了多品种改性剂的复合改性。

三、高聚物SBS和SBR复合改性沥青技术及工业化装置

工厂化生产符合公路建设要求的改性沥青，是加快我国改性沥青研究和推广的关键。为此我们研制了工业化生产装置。研制本装置要解决的技术关键是：

1、保证高聚物改性剂在沥青中形成良好的分散，使改性沥青具有优良的路面使用性能。

2、改性后的沥青成品需具有较好的熔融性和稳定性，以满足施工和储存的要求。

为了解决这两方面技术关键，采取了以下措施：

1、选用溶剂法生产高聚物复合改性沥青，并成功地开发了相应的工业化装置。

在聚合物—沥青的复合体系中，要完全达到聚合物以分子的形式分散在沥青中非常困难。从分散效果的角度看，溶剂法生产时，改性剂借助有机溶剂被溶解成溶液以后才与沥青混合，混合以前以分子状态进入沥青，因此分散效果比纯机械剪切作用和热作用的效果好，而且在沥青中分散均匀，能形成网状结构。采用低剂量的改性剂就可以达到较好的改性效果。

该工业化装置解决了高聚物复合改性问题。可以生产不同沥青标号，不同改性剂类型，不同改性剂剂量的改性沥青。如SBS、SBR、PE、EV A和PS等改性剂均能适用。

2、采用SBR与热塑性改性剂复合改性沥青技术。

SBR是丁二烯和苯乙烯单体无规共聚的产物，分子量高达10~30万，玻璃化温度低（＜-70℃）的橡胶类聚合物。与其他常规改性剂SBS、PE、EV A等相比，SBR与沥青具有良好的相容性。SBR 通过改性工艺均匀分布在沥青中，当浓度超过临界缠结浓度时，无规的SBR的分子链发生交叠，相互缠绕形成了一种穿网结构，可以看成一无规线团。因此SBR改性的沥青具有较好的高温稳定性和低温变形能力。而且沥青中掺入SBR可提高SBS、PE等与沥青的相容能力，使改性效果更好。

3、采取工艺技术措施解决了溶剂在沥青中的分离、脱出、回收和回收以后复用问题。

制约溶剂法生产改性沥青技术发展的关键技术是溶剂在沥青中的分离、脱出技术和溶剂的回收复用技术。本装置在优化溶剂种类的基础上，采用先进的溶剂分离、脱出和回收技术，很好地解决了这一问题。目前溶剂消耗5kg/T以下，成品改性沥青中的溶剂残留量0.3%以下。通过薄膜烘箱加热试验和其他指标的测试表明，残留的溶剂对产品质量无影响。

4、保证安全生产，对环境无影响。

本工业化装置设计时采用了严格的密封技术，原材料和辅料在密闭条件下运行。由于产品生产过程是在负压下进行的，所以除了人为事故外，溶剂不可能在加工过程中泄漏出来危害安全生产，污染环境。

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