SBS胶乳的制备及改性性能试验

文 / 重庆市公路事务中心 韩辉 成都市本邦路桥新材料有限公司 何毅 赵西杰 王劲松

公路养护行业已成为道路行业发展重点，乳化沥青的应用也大幅度提升；然而传统乳化沥青因设备制约，高低温性能不理想。本研究从材料角度出发，开发出了SBS胶乳，拟从材料角度提高乳化沥青高低温性能。本文从SBS胶乳制备到SBS胶乳改性乳化沥青的测试，确定SBS胶乳对提高高低温性能的有效性，可以作为未来技术提升方向。

公路维修养护以及预养护已成为我国道路行业的重点发展方向。乳化沥青由于其施工方便，环境污染小，开放交通快，能耗低等优点，已经得到广泛应用。但传统的乳化沥青其粘结能力以及耐高温性能均不理想，目前，中国主要采用SBR胶乳对乳化沥青进行改性，SBR改性沥青具有优良的高温性能、低温性能，但其提高乳化沥青性能有限。因此国内出现了各种增加乳化沥青性能的技术方向，如方案一提高设备性能，使胶体磨能生产粘度更高的改性SBS沥青，从而提高乳化沥青性能，该方案目前已经在国内广泛使用，在微表处，同步碎石方案中都有广泛应用；方案二水性环氧树脂改性乳化沥青，水性环氧乳化沥青具有一般热固性材料的特征，固化交联后形成网络结构，胶体弹性高，在荷载反复作用下和在低温或140 ℃左右的高温条件下不变形、不开裂、不熔融，黏结强度优于普通沥青和SBR改性沥青、橡胶沥青等一般改性沥青。近年来，水性环氧乳化沥青开始在沥青路面黏层、桥面铺装黏结层、白加黑路面黏层、微表处、雾封层、冷拌混合料、储存式混合料和冷再生混合料等方面得到了一定的应用。SBS改性沥青来制备的乳化沥青，性能虽然优异，但工艺复杂，对乳化剂性能、材料配方和乳化设备要求较高，尤其是高SBS 掺量（≥5%）的改性乳化沥青制备难度极大，因而大规模生产具有一定局限性。采用环氧乳液改性乳化沥青，则价格高昂。

本文主要尝试制备SBS胶乳，通过SBS胶乳改性乳化沥青，从而提高乳化沥青性能方向上进行探讨。直接掺加SBS乳液虽环境友好，安全，但其分子量较大，呈颗粒状，对其乳化及其困难，目前国内对SBS乳化研究也较少。本文采用全新工艺，制备出一种高性能的SBS乳液，能直接与传统乳化沥青混合使用，由于乳化沥青与SBS乳液产生协同效应，干燥后的沥青软化点大大提高，同时改善了沥青粘结性能。

胶乳制备

试验原料

沥青：中海70，阳离子乳化沥青；乳化剂：ZQ非离子型（复配型自制）；溶剂：矿物油，环己烷；改性剂：SBS-791；稳定剂：CaCl2，聚丙烯酰胺，盐酸。

试验设备

沥青乳化机：温州兴达机械制造厂。

制备工艺

制备SBS乳液工艺。首先将线型SBS颗粒与特种矿物油采用螺杆机进行混合溶胀；然后采用双辊机进行剪切降解，降低其分子量，便于乳化；溶胀产物再溶解于环己烷中，添加乳化剂，在高速剪切滴加水乳化；最后蒸馏出溶剂，得到SBS乳液。

胶乳制备

取50gSBS-791放置于容器中，加入一定量的矿物油，放置2h，使得SBS充分溶胀；容器中的混合液，采用剪切机充分搅拌分散，搅拌均匀即可。

将搅拌均匀的混合物添加进双辊机中剪切降解，降低分子量，并将入定量的环己烷，使其充分混溶；

在混溶中加入定量的ZQ复配自制乳化剂，在高速剪切下滴入定量的蒸馏水乳化，乳化机转速为16000rpm,作用30min，得到乳液；

对于阳离子乳化剂，主要在酸性条件下使用。本实验采用盐酸调节乳化剂的PH值，将乳液PH值调整在6。

最后将乳液采用减压蒸馏分出溶剂，得到SBS乳液。

胶乳性能试验

乳化剂用量的影响

乳化剂的用量少，乳化效果不好，乳液中沥青微粒粒径大小不均，体系的存储稳定性下降；用量多，成本增高，照成浪费。通过考察乳化剂用量对于存储稳定性的影响，进而可以确定乳化剂的最佳用量。影响见图1。

图1

从图1可知，乳化剂最佳用量为0.6%，在0.2-0.6范围内，随着乳化剂用量的增加，稳定性大幅度提高，当用量大于0.6时，稳定性几乎保持不变。主要原因为，乳化剂用量较少时，乳化剂不能使水的表面张力充分降低，沥青和水几乎是直接接触着的，乳化效果不好，稳定性差；随着乳化剂量的增加，乳液趋于稳定状态，在增加乳化剂的用量，乳液稳定性的变化不大。

稳定剂用量的影响

用单一乳化剂制备沥青乳液，其乳液颗粒会粒径大小不一，出现不稳定态，从而会产生絮凝、沉降等现象。

如果在单一乳化剂中添加稳定剂制备沥青乳液，则可以得到颗粒均匀的乳液。稳定剂按种类包括无机稳定剂和有机稳定剂。其中稳定效果最好的无机类物质为氯化铵和氯化钙。有机盐类稳定剂有胺类、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠等，因此选择适宜的稳定剂是保证乳化沥青稳定的重要措施。

试验在最佳乳化剂用量的条件下，分别考察无机稳定剂CaCl2、有机稳定剂聚丙烯酰胺及其1:1复配型对改性乳化沥青存储稳定性影响，见图2。

图2

图2表明，有机类、无机类、复配类，胶乳储存稳定都能起到明显的作用。稳定性不随稳定剂用量的增加而呈现升高的趋势，而是存在一个最佳值。这主要是因为稳定剂能增加乳液颗粒的双电层效应，增加电位和颗粒之间的相互排斥力，颗粒间的排斥力达到某一平衡时，颗粒间才可以达到稳定状态，排斥力太大太小，都使得颗粒之间存在不稳定。

CaCl2、聚丙烯酰胺及复配型，最佳用量均为0.15%。聚丙烯酰胺的稳定效果，优于其他两者。

固含量的影响

固含量越高，乳化效果越差，且稳定性不好。采用最佳乳化剂用量、最佳稳定剂用量，尝试制备不同固含量的SBS胶乳，已确定最佳固含量。

从图3可知，40%固含量以下，稳定性良好，固含量超过40，稳定性急剧下降。因此根据稳定性判断，最佳固含量应在40%-50%之间。

图3

胶乳改性乳化沥青性能测试

采用制备好的胶乳和乳化沥青按不同掺量复配，对复配后的三大指标测试如表1表2。

表1 SBS胶乳性能

表2 不同掺量SBS胶乳性能测试

从测试结果看出，掺量的提升对针入度，延度的影响不大，但对软化点的提升较大。我们采用10%的添加比例对改性乳化沥青进行全套数据测试如表3。

表3 改性乳化沥青测试

混合料性能测试

根据目前国内微表处使用的情况，主要采用SBR胶乳，添加量为乳化沥青的3%，在此基础上，我们选用下述材料及配比进行混合料对比试验。

从表4图4数据可以看出，SBS胶乳相比与SBR胶乳能明显提高冷拌混合料的内聚强度，从而提高了混合料的强度，耐久性。

表4

图4

结论

经过试验研究，确定了乳化剂最佳用量0.6%，选定了稳定剂种类聚丙烯酰胺及最佳掺量0.15%，并从胶乳稳定性角度出发，选择了适宜的固含量45%；

从胶乳改性乳化沥青及混合料性能来看，SBS胶乳对混合料的内聚强度有明显提高，高温性能提升明显，弹性回复性能提升明显。