紫外光吸收剂对SBS改性沥青物理性能的影响

朱 昊 王立鹏

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550081)

1 概述

现代道路交通面临着车流量大，轴载重等问题，因此沥青路面在高低温下需具备良好的使用性能，然而普通沥青由于自身组成与结构的问题不适用于现代道路交通。因此，需要对沥青进行改性加工[1]。聚合物改性沥青前景广阔，特别是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)改性沥青因具备良好的路用性能而备受青睐。然而，沥青在环境因素作用下会发生老化而导致沥青路面路用性能下降[2]。SBS改性沥青因为SBS改性剂的存在，导致其老化更为复杂。目前国内外对SBS改性沥青的热老化研究已比较成熟。随着对老化研究的深入，SBS改性沥青的紫外光老化问题引起了研究者的关注与重视。研究人员在研究SBS改性沥青老化的同时，也对其抗老化进行了相应的研究。近些年来，SBS改性沥青的抗紫外光老化问题引起了研究者的关注与重视。紫外光吸收剂凭借其优良的抗老化效果在塑料、橡胶等聚合物的抗紫外光老化中备受青睐。在研究紫外吸收剂对SBS改性沥青抗老化性能影响的同时，研究紫外光吸收剂对SBS改性沥青性能的影响也至关重要。

鉴于此，本文采用1种紫外光吸收剂(UV326)对2种不同类型的SBS改性沥青进行改性，研究紫外光吸收剂对SBS改性沥青物理性能的影响。本文对于采用紫外光吸收剂制备出具有优良路用性能的SBS改性沥青具有重要的理论意义与现实价值。

2 试验及材料准备

2.1 试验材料

2.1.1沥青

本文使用AH-70道路石油沥青作为基质沥青，由盘锦北方沥青股份有限公司提供。该沥青的物理性能如表1所示。

表1 AH-70沥青的物理性能

2.1.2SBS改性剂

SBS改性剂是一种热塑性弹性体，有星型和线型两种结构。其结构如图1所示。

SBS以丁二烯与苯乙烯为单体，通过阴离子聚合的方式形成线型或星型结构，聚苯乙烯链段(PS)在两端聚集所形成的物理交联区域叫做硬段，而聚丁二烯链段(PB)所形成的物理交联区域叫做软段，软段表现出高弹性。软段(PB)与硬段(PS)互不相溶，SBS的软段与硬段构成其两相分离结构[3,4]。而SBS的微观两相分离结构赋予其在常温下具有良好的弹性，在高温下又具有塑性流动状态。SBS均匀分布于沥青中后，聚苯乙烯链段的存在给予材料足够的强度，中间嵌段聚丁二烯会赋予共聚物具有良好的弹性，沥青的高低温、拉伸、弹性以及耐老化性能等从而得到了有效的改善[4,5]。

本文选用2种不同结构的SBS改性剂：线型SBS(Linear SBS)1401和星型SBS(Radial SBS)4303，均为湖南岳阳巴陵石化有限公司提供。

2.1.3紫外光吸收剂

本文选择1种常用的紫外光吸收剂对SBS改性沥青进行改性：

紫外光吸收剂UV326是一种高效光稳定剂，是苯并三唑类紫外光吸收剂中代表性产品，分子结构如图2所示。UV326对波长为270 nm～380 nm的紫外光有良好的吸收作用，且其性能稳定、紫外线吸收能力强，可广泛应用于聚烯烃、聚酯树脂、ABS等聚合物材料。

本文所使用的紫外光吸收剂由南京米兰化工有限公司提供。其物理性能如表2所示。

表2 不同结构紫外光吸收剂的物理性能

2.2 试样制备

紫外光吸收剂/SBS改性沥青的制备流程见图3。

对SBS改性沥青试样标记如下：线型SBS改性沥青——LSMB，星型SBS改性沥青——RSMB，紫外光吸收剂/线型(星型)SBS改性沥青——紫外光吸收剂/LSMB(RSMB)，例如：UV326/线型SBS改性沥青——UV326/LSMB。

2.3 物理性能测试

对不同SBS改性沥青及紫外光吸收剂/SBS改性沥青试样进行物理性能测试，具体包括针入度、延度和软化点3项试验。

2.3.1针入度

釆用SYD-2801F型沥青针入度试验仪，按照JTG E20—2011/T0604—2011规定对沥青针入度进行测试，试验温度为(25±0.1) ℃，贯入时间为5 s，单位以0.1 mm表示。

2.3.2延度

采用SYD-4508C型数控低温沥青延度仪，按照JTG E20—2011/T0605—2011规定对沥青延度进行测试，测试温度为5 ℃，拉伸速度为5 cm/min，单位以cm表示。

2.3.3软化点

利用SYD-2806E型自动沥青软化点试验器，按照JTG E20—2011/T0606—2011规定对沥青软化点进行测试，初始加热温度为(5±0.5) ℃，升温速率为(5±0.5) ℃/min，单位以 ℃表示。

3 结果与讨论

为确定紫外光吸收剂在SBS改性沥青中的合适掺加量，分别将占SBS改性沥青不同质量分数(0.2wt%，0.4wt%，0.6wt%，0.8wt%，1.0wt%)的紫外光吸收剂加入SBS改性沥青中，并进行物理性能测试。

3.1 不同掺量紫外光吸收剂对LSMB物理性能的影响

不同掺量UV326对LSMB物理性能的影响如表3所示，UV326的加入使LSMB的针入度和延度增大，软化点减小。且随着UV326掺量的逐渐增加，LSMB的针入度与延度逐渐增大，软化点逐渐减小。当UV326掺量增加到1%时，LSMB改性沥青的针入度由原样的46 dmm增加到54 dmm，增加率为17%，延度的增加率为8.0%，软化点的减少率为7.7%。LSMB针入度的增大表明UV326的加入使LSMB的粘稠度减小，其延度增大表明UV326可以提高LSMB的低温延展性，改善LSMB的低温性能。UV326的加入对LSMB的高温性能有不利的影响，但是影响程度比较小。

表3 不同掺量UV326对LSMB物理性能的影响

在较小掺量下(≤0.2%)，UV326对LSMB的针入度与软化点增加率影响较大，当掺量较大时，对其增加率影响较小。表明较小掺量的UV326对LSMB的物理性能增加率影响较大，随着掺量的增加，对其增加率影响较小且其增加量越来越大。

3.2 不同掺量紫外光吸收剂对RSMB物理性能的影响

由表4可知，UV326的加入使RSMB物理性能的变化规律与UV326对LSMB的影响相似。即UV326加入RSMB中后，其针入度和延度增大，软化点减小。且随着UV326掺量的逐渐增加，RSMB的针入度与延度逐渐增大，软化点逐渐减小。当UV326掺量增加到1%时，RSMB的针入度与延度增加率分别为25%，40%，软化点减少率为3.6%。表明UV326的加入使RSMB稠度减小，低温延展性得到提高，低温性能得到改善，对于RSMB高温性能有较小的负面影响。

表4 不同掺量UV326对RSMB物理性能的影响

由表3，表4可知，在0.2%掺量时，UV326的加入使LSMB针入度与软化点有一个较大变化，随着掺量的增加，变化率较小，而延度增长速率较为均匀缓慢。故UV326的五个不同掺量对LSMB改性沥青物理性能影响不大。对于RSMB，UV326使其软化点降低，紫外光吸收剂掺量在0.6wt%～0.8wt%之间时，UV326对RSMB的延度增加幅度较大，针入度与软化点变化较小。故为确定紫外光吸收剂在LSMB与RSMB中的合适掺量范围，主要从RSMB的物理性能指标进行分析。对2种紫外光吸收剂/SBS改性沥青的物理性能进行整体综合考虑，紫外光吸收剂的掺量应在0.6wt%～0.8wt%范围内较为适宜。当紫外光吸收剂掺量为0.6wt%时，沥青的整体物理性能较为优良，因此将紫外光吸收剂的适宜掺量均确定为0.6wt%。

4 结语

本文选用1种紫外光吸收剂和2种不同类型的SBS改性沥青，制备了不同紫外光吸收剂/SBS改性沥青试样，研究了紫外光吸收剂对SBS改性沥青物理性能的影响，确定了紫外光吸收剂在SBS改性沥青中的适宜掺量。主要研究结论如下：1)随着UV326掺量的增加，SBS改性沥青的针入度和延度均逐渐增大，软化点逐渐减小。2)对紫外光吸收剂/SBS改性沥青的物理性能进行整体综合考虑，紫外光吸收剂的掺量应在0.6wt%～0.8wt%范围内较为适宜。

参考文献:

[1] 肖 鹏.SBS物理和化学改性沥青及混合料性能评价对比研究[D].南京:河海大学,2005.

[2] DONG R.K., SUN L.J. Low Temperature Susceptibility Indexes of Asphalt Binder with Different Aging Degree[J].China Journal of Highway and Transport,2006,19(4):34-39.

[3] 杨朝晖.SBS改性沥青的流变性能及改性剂掺量研究[D].西安:长安大学,2011.

[4] 程松波.接枝SBS改性沥青的制备与性能研究[D].武汉:武汉理工大学,2008.

[5] Lu X., Isacsson U. Influence of Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer Modified Bitumens[J].Construction and Building Materials,1997,11(1):23-32.