一种高分子溶液及水性乳液的制备和应用探索

王玉利 刘 洋 栗国钢 李泽明

(1. 重庆壹路行建设工程有限公司技术中心，重庆 401120；2. 重庆鑫路捷科技股份有限公司技术中心，重庆 401120)

工业生产的SBS成品是以丁二烯、苯乙烯为单体，经阴离子聚合合成SBS基础胶，胶液经水析法凝聚后，进行脱挥、造粒，形成最终的SBS颗粒[1]。

近几年出现了一些用有机溶剂将SBS溶解成溶液或制备成水性乳液的研究探索、尝试在不同行业进行产品升级应用[2]。例如：特定溶剂溶解SBS用于制作改性沥青路面材料、水性乳液用于制作改性乳化沥青路面材料等；同时SBS在胶粘剂制作中也被广泛使用，在涂布印刷成膜方面是否有成功的应用，则少见相关报道，SBS优异的粘弹性能和热塑性能否在这些领域获得较好应用，尚不确定，因此值得尝试和探索。

SBS溶液的传统有机溶剂往往使用苯、二甲苯、二氯甲烷等，在使用时伴随着大量的挥发性有机物(VOC)排放到大气层中，造成了健康危害和环境破坏[3]，这极大限制了SBS溶液或水性乳液的应用。

选择应用合适有机溶剂制备的SBS溶液或SBS水性乳液可以很大程度的降低健康和环境危害风险、节省能源、并且施工方便、其涂布成膜后的独特性能，可能具有广泛应用的领域[2]，除已有的部分路面材料应用尝试以外，我们推测，在印刷、涂布行业也存在替代传统产品的可能性[3]。

1 试验部分

1.1 SBS的选择

在两只烧杯中分别加入等量的工业热塑性弹性体SBS岳阳石化YH-791H和燕山石化4303(性能如表1所示)，然后向烧杯中加入等量同种溶剂并用玻璃棒搅拌至完全溶解，观察结果表明对于同种溶剂而言岳阳石化YH-791H 的溶解效果优于燕山石化4303，故后续试验选取岳阳石化YH-791H进行。

表1 试验用SBS型号和性能

1.2 有机溶剂的选择

本课题结合以往资料文献先选用传统的二甲苯、二氯甲烷等有机挥发性溶剂进行试验。试验过程中发现有些挥发性有机溶剂有良好溶解性能但沸点较低，在常温常压下易挥发，操作过程中释放大量挥发性有毒物质，存在较大健康危害的隐患，试验操作可行性较差。考虑到长期使用或后期的生产应用环节会引发许多健康和环境问题，故尝试选取以下几种对健康环境危害较低的有机溶剂进行试验研究，如表2所示。

表2 试验选择溶剂规格和健康危害程度

1.3 SBS溶液的制备

按试验设计比例准确称量工业热塑性弹性体SBS备用，另取一烧杯按试验设计准确称量溶剂。将称量好的工业热塑性弹性体SBS与溶剂混合均匀并用玻璃棒搅拌溶解(必要时借助电力搅拌器进行搅拌溶解)，制备成SBS溶液 。

试验结果表明，溶剂的常温下溶解效果依次为醋酸正丙酯>环烷油>环己烷>丙二醇甲醚>无水乙醇。且试验观察发现醋酸正丙酯与SBS的质量比为1∶1时也能充分相溶，形成稳定的均相溶液。故选取SBS的醋酸正丙酯溶液进行后续试验。

1.4 SBS乳液的制备

结合1.3的试验结果，选取醋酸正丙酯和YH-791H的溶液进行SBS乳液的制备试验。其试验结果如表3所示。

表3 不同配比SBS溶液乳化效果

通过以上试验研究发现,除1和7两组外，其余六组均可制得稳定均一的SBS水性乳液。

1.5 应用探索试验

1.5.1 SBS溶液用于改性沥青试验

试样一:将基质沥青置烘箱内加热至160 ℃，取出样品进行称重；安装搅拌与加热控温装置；开启通风和搅拌，温度控制150～160 ℃，按配比要求缓慢连续加入SBS溶液，并控制在此温度下持续搅拌50 min，脱除溶剂后浇模，进行性能指标测试。

试样二:将基质沥青置烘箱内加热至160 ℃，取出样品进行称重；安装剪切与加热控温装置；剪切温度控制160 ℃左右，按配比要求分批次加入SBS溶液，剪切15 min，加入交联剂，继续剪切30 min；将剪切好的试样置入160 ℃烘箱中发育3 h后浇模，进行性能指标测试。

试样三:将基质沥青加热至170 ℃左右，加入称量好的SBS改性剂，用玻璃棒搅拌均匀，然后在8 000 r/min 的转速下剪切0.5 h，加入硫磺、糠醛油在180～185 ℃下剪切发育2.5 h后浇模，进行性能指标测试。

通过对三个SBS改性沥青试样的性质分析发现，使用SBS溶液生产的改性沥青，相比于传统方法生产的改性沥青而言，整体性能指标较差。尤其是软化点、针入度差异较大，不易满足技术规范的使用要求。

试样一、二制备过程的加热温度较低且整个制样过程中没有出现胶团缠结现象。将试样在180 ℃下发育两小时复测软化点56，160 ℃静置烘箱15 h后软化点58。结果表明，延长保温时间可能提高了交联度，使改性沥青性能获得了改善。

该SBS溶液直接应用于热拌沥青改性尚有许多问题需要解决，技术指标未能体现出优势，但避免了SBS改性沥青生产中必须经过强力机械过磨的过程，有望简化工业生产过程、相对能耗较低。

1.5.2 SBS水性乳液用于改性乳化沥青试验

将制备好的SBS乳液加入基质沥青中充分混合均匀后，经过乳化机混合乳化制备改性乳化沥青。

考察改性乳化沥青蒸发残留物的性能指标，发现其效果一般，与SBS改性乳化沥青相比较而言，未体现性能优势，且存在溶剂挥发问题。优点在于生产过程简单，易操作，避免了SBS改性沥青生产中必须经过强力机械过磨的过程，相对能耗较低。

1.5.3 涂布成膜试验

将SBS和溶剂醋酸正丙酯按1∶3的比例(质量比)配合搅拌均匀，用滚动刷或油漆刷蘸取，均匀的涂刷在纸张基层表面，固化成膜后粘附良好、不产生气泡、褶皱、脱模等现象，涂层柔软、防水，能够纸膜合一。

试验制成的水性乳液进行相同的涂布烘干后，具有相同的性能。

2 结论

(1) 通过对线型和星型两种改性剂的试验研究发现，线型SBS与星型SBS相比，因分子量较小更易溶解获得SBS溶液。

(2) 制备的改性沥青和改性乳化沥青与传统工艺条件制备的产品相比无明显性能优势，存在问题尚需继续研究解决；但应用较为便利，生产所需的温度大幅降低，只需机械搅拌免去机械过磨的过程，大大降低了能耗。

(3) 此种方法制备的高分子溶液和水性乳液制备方法简便，能够减少部分传统溶液和水性乳液生产过程中有害溶剂的用量，可尝试用于涂料、胶粘剂行业以及其他未知领域。