基于红外光谱法的SBS改性沥青共混机理_肖鹏

2. 2 改性工艺 SBS 和基质沥青常采用热溶共混改性方法 , 作 者采用由上海弗鲁克流体机械制造有限公司生产的 FA 25型高剪切分散乳化机在实验室进行改性沥青 制备 . 将基质沥青与 SBS ( 质量分数 5%) 在 170 ℃ 高温下 , 高速 (10 000 r / m in) 剪切 30 m in, 并低温发 育溶胀 , 即制得 SBS 物理改性沥青 ; 在 SBS 物理改 性沥青的基础上 , 170 ℃高温下加入稳定剂 ( 质量 分数 1. 6‰), 低速 (2 500 r / m in) 机械搅拌 20 m in, 并低温发育溶胀 , 即制得 SBS 化学改性沥青
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, 但由于对其结构及改
收稿日期 :2005 - 05 - 30 基金项目 : 江苏省交通科学研究计划项目 (02Y029) 作者简介 : 肖 鹏 (1961 - ), 男 , 江苏靖江人 , 副教授 , 博士研究生 (xp8833@ yzu. edu . cn), 主要从事道路工程 、材料工程等方面研究 . 康爱红 (1973 - ), 女 , 江苏如东人 , 讲师 (k ah@ yzcn . net), 主要从事道路工程的研究 .
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3. 2. 1 基质沥青红外光谱分析 基质沥青红外光谱图如图 1 所示. 在 2 800 ～ -1 3 000 cm 左右沥 青的红 外光谱 出现很 强的 吸收 峰 , 这些强的吸收峰是环烷烃和烷烃的 C — H 振动 -1 的结果. 其中以 — CH 2—的吸收最强 , 2 923 cm 和 -1 2 852 c m 的吸收峰可以认为是 — CH 2 —伸缩振动
性机理研究不足 , 使得 SBS 改性沥青的性能常达不 到预期的效果
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红外光谱法在研究聚合物化学结构分析研究中 具有适用范围广 、 提供结构成分的信息丰富 、 仪器使 用维护方 便等特 点 , 在高聚 合物 结构 中被广 泛应 用
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表 2 SB S的物理性能 T ab. 2 Physical proper tie s of SB S
第 26 卷第 6 期 2005 年 11 月
江 苏 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) Journa l o f Jiangsu U nive rsity(N atura l Sc ience Edition)
V o.l 26 N o . 6 N ov . 2005
基于红外光谱法的 SBS改性沥青共混机理
Ab stract: H ighspeed shearing techn ique w as utilized to prov id e th e SBS physical and chem ical m odified asphalt in the labo ratory . B ased on the infrared spec tra, the he terocyc lic com pound and th e diagnostic fu nctional g roup of th e aspha lt are analyzed and th e cro ss blend m echan ism o f SBS m odifie d asphalt is revealed by com paring the spectrogram o f m atrix aspha lt, SBS , SBS physica l and chem ical m od ified aspha l. t It w as found that th e spec trog ra m o f SBS phy sical m odified aspha lt is the sim ple superpositio n o f th e SBS spec trog ra m and asphalt spec trog ram. T here is only physical m ix in g w ithout any chem ical reaction betw een SBS and m a trix asphal. t H ow ever, th e spec trog ra m o f SBS chem ical m odified aspha lt does not just show that the chem ica l reaction occurs be t w een SBS and m a trix asphalt due to the appearance o f m acrom olecule free radica l in th e SBS unde r th e actio n of shea ring force and stabilizer . It also can be caused by th e g ra ft reaction betw een SBS and m atrix asphalt a fte r th e jo int reaction by SBS itsel.f The conten t o f SBS in SBS modified asphalt can be dete r m ined by in fared spectra to eva lu ate th e pavem en t perfor m ance of SBS modified aspha l. t K ey w ord s: SBS; m odified aspha lt;infrared spectra;highspeed shear;blend m echanism SBS( 苯乙烯 -丁二烯 -苯乙烯嵌段共聚物 ) 改 性沥青因具有较好的高温稳定性 、 低温抗裂性 、 抗疲 劳性等优点 , 被广泛应用于高速公路 、 桥面等对路面 功 能要求较高的道路上
[ 源自文库]
1 红外光谱法原理
按照量子学说 , 当分子从一个量子态跃迁到另 一个量子态时 , 就要发射或吸收电磁波 , 当不同波 长的红外辐射依次照射到样品物质时 , 由于某些波 长的辐射被样品选择吸收而减弱 , 于是形成红外吸 收光谱 . 红外光谱的波段分为近 、 中 、远红外三部分 , 有机结构 分 析 应用 最 多 的是 中 红 外 600 ～ 4 000 cm 范围. 对于聚合物的红外光谱分析 , 一般将整个范围 -1 -1 分成 4 000 ～ 1 300 c m 和 1 300 ～ 600 cm 两个区 域 , 4 000 ～ 1 300 cm 的峰是由伸缩振动产生的吸 收带. 由于基团的特征吸收峰一般位于此高频范围 , 并且在该区域内吸收峰比较稀疏 , 因此这个区域是 鉴 定官 能团 存 在最 有 价值 的 区域 , 称官 能团 区 . 1 300 ～ 600 cm 区域中 , 除单键的伸缩振动外 , 还 有因变形振动产生的复杂光谱 , 当分子结构稍有不 同 , 该区的吸收峰就有细微的差异 , 这种情况就像每 个人都有不同的指纹一样 , 因而称这个区域为指纹 区 . 对于红外光谱的解析 , 一般先在官能团区搜寻官 能团的特征伸缩振动 , 再根据指纹区吸收情况进一 步确认该基团的存在以及其他基团的结合方式 .
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江 苏 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 第 26 卷 表 1 基质沥青的化学成分 T ab . 1 Ch e m ical composition of m atr ix aspha lt
饱和分 (S) 15. 43 芳香分 (A ) 48. 56 胶质 ( R) 30.65 沥青质 (A t) 5. 36
Cross b lend m echanis m of SBS m od ified asphalt based on infrared spectra
X IAO Peng
1, 2
, KANG A ihong , LI X ue feng
2
2
(1. C ivi l Eng ineering C ollege, Hohai U niversity, N anjing, Jiangsu 210098, Ch ina; 2 . Co llege of S cien ce Techno logy and Engineering, Y angzhou U nivers ity, Y angzhou, J iangsu 225009, Ch ina)
-1 -1 -1 -1
2 试验准备
2. 1 原材料 根据基质 沥青 与 SBS 有 无发 生反应 , 一 般将 SBS 改性沥青分为两种 : 物理改性沥青 ( 非反应性共 混) 和化学改性 ( 反应性共混 ) 沥青 . 作者采用实 验室制备的这两种 SBS 改性沥青 , 基质沥青为日本 加德士 70 , 其四组分分析结果见表 1, SBS 为岳阳 化工厂生产的 YH - 791 型线型结构 , 其物理性能参 见表 2 .
-1 -1 -1
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3 红外光谱试验
3. 1 仪器与试验方法 所用红外光谱仪器 为美国 N ico le t740 FT IR, 其 分辨率为 4 cm , 扫描次数 32 次 , 测试范围 4 000 ～ 400 c m . 红外光谱分析样品制备方法采用压片法. 选用 KBr分析纯试剂 , 在 150 ～ 200 ℃ 烘箱中烘干数 小时 , 除去 KB r吸附的水分 , 然后在干燥器内冷却 , 并放在密闭的瓶内备用 . 在湿度较大的环境内研磨 、 压片 时 , KB r 粉极 易 吸 潮 , 在 样 品 的 红外 谱 图 中 3 400 cm 和 1 630 cm 处出现 H 2 O 的吸收峰 , 可 能干扰样品分子结构的分析 , 所以试验在干燥环境 中 , 一般在红外灯下 进行. 将样品与 一定量 KB r 粉 同时研磨成微米级细粉 , 压制成透明度好的薄片 . 3. 2 结果与分析
肖 鹏
1, 2
, 康爱红 , 李雪峰
2
2
(1. 河海大学土木工程学院 , 江苏 南京 210098;2. 扬州大学建筑科学与工程学院 , 江苏 扬州 225009)
摘要 : 采用高速剪切工艺在实验室制备了 SBS 物理和化学改性沥青 , 基于红外光谱法对 SBS 改性 沥青中沥青的杂原子化合物及 SBS 中特征官能团进行分析 , 通过比较基质沥青 、 SBS、 SBS 物理改 性沥青及 SBS 化学改性沥青的四种红外光谱图 , 揭示了 SBS 改性沥青的共混机理 . 结果表明 SBS 物理改性沥青的红外光谱图为基质沥青与 SBS 红外光谱图的简单叠加 , 说明 SBS 与基质沥青只是 简单的物理共混共容 . 而 SBS 化学改性沥青的红外光谱图却有略微变化 , 说明由于 SBS 与基质沥 青在强剪切力作用下的溶混炼以及稳定剂的添加 , 其中少量的 SBS 发生断裂 , 产生大分子自由基 , 从而与基质沥青发生化学反应 , SBS 之间发生交联反应而 SBS 与基质沥青之间发生了接枝反应. 利 用红外光谱法还可以测定 SBS 改性沥青中 SBS 的含量 , 从而评价 SBS 改性沥青的技术性能. 关键词 : SBS; 改性沥青 ; 红外光谱 ; 高速剪切 ; 共混机理 中图分类号 : TU535 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 - 7775(2005)06 - 0529 - 04
拉伸强度 / 300%定伸 扯断 M Pa 应力 M / Pa 伸长率 /% ≥ 15. 0 ≥ 1. 9 ≥ 700 扯断永久 变形 /% ≤ 30 S /B 比 30 /70
. 近年来 , 红外光谱主要用于沥青和改性沥青
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的老化研究 , 分析改性沥青的共混机理这方面研究 比较少 . 作者基于红外光谱分析方法 , 通过对 SBS 改性沥青中沥青的杂原子化合物及聚合物 SBS 中 特征官能团分析与探讨 , 尝试以此揭示 SBS 改性沥 青的共混机理.