橡胶反应共混改性沥青的高性能化和稳定化研究

《橡胶反应共混改性沥青的高性能化和稳定化研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、橡胶反应共混改性沥青的高性能化和稳定化研究摘要本论文采用反应共混方法，通过系统考察工艺条件和配方因素对改性沥青性能和形态结构的影响，研制出高性能、高温贮存稳定的苯乙烯．丁二烯一苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、丁苯橡胶(SBR)改性沥青，并通过对反应共混改性沥青的硫化过程表征和反应产物结构分析，揭示了橡胶反应共混改性沥青的动态硫化特征，讨论了可能发生的主要化学反应，提出了反应共混改性沥青结构模型，以此说明反应共混改性沥青贮存稳定性和力学性能改善的根本原因。／与简单共混改性不同，橡胶与沥青的反应共混改性必须加入反应添加剂。对四种橡胶交联剂硫黄、二硫代吗啉(DTDM)、过氧

2、化二异丙苯(DCP)和二硫代四甲基秋兰姆(TMTD)的研究表明，硫黄与DTDM能显著改善改性沥青的高温贮存稳定性和性能，而DCP、TMTD则不能制得贮存稳定的改性沥青。硫黄与DTDM有协同效应，两者并用可改善SBS改性沥青的性能，在达到相同性能情况下，可减少SBS改性沥青的交联剂总用量。研究了以硫黄为交联剂时的SBS反应共混改性沥青，获得了高性能、稳定化的SBS改性沥青。系统考察了共混工艺条件(包括温度和时间、SBS与硫黄的加入顺序)和配方因素(包括SBS用量、硫黄用量、改性沥青的反应温度应控制在160～190。CSBS结构)对改性沥青性能的影响。橡胶最好在170～

3、180"C左右，温度过高会导致改性沥青性能急剧下降，这可能是高聚物和沥青氧化、降解所致。反应时间因改性体系反应剧烈程度而异。硫黄应与SBS同时加入沥青或在SBS与沥青混均匀后加入，先加入硫黄不能制得贮存稳定的改性沥青，也影响性能的提高。这可能是由于硫黄与沥青的反应影响了硫黄与橡胶的反应。硫黄用量以3．O～5．0份为宣。过低的硫黄用量不能制得贮存稳定的改性沥青，随硫黄用量增加，改性沥青的软化点、粘度、高温动态力学性能都有大幅提高。随着SBS用量增加，改性沥青的各项性能均有提高，但过多的SBS用量导致粘度急剧增加，不利于道路施工。在达到相同性能时，加入硫黄可降低SBS的

4、用量。与线型SBS相比，星型的SBS4303更能显著提高沥青的性能。采用反应共混方法，研究了SBR改性沥青的高性能化和稳定化。硫黄能更显著提高SBR改性沥青的物理性能和改善贮存稳定性。SBR改性沥青的最佳硫黄用量应V在3．0～5．0份范围内，其反应共混工艺与SBS改性沥青相似。与SBS改性沥青正好相反，后者的低温性能较好，高温性能较差，表现为软化点低，高温动态力学性能较差，具有很高的低温延度。SBS与SBR并用可综合两者的优点，研制出高、低温性能兼顾、贮存稳定的改性沥青材料，并使SBS改性沥青的成本降低。建立了以流变仪表征橡胶在沥青中的硫化过程的新方法。类似于橡胶硫

5、化仪，通过测定一定温度下扭矩随时间的变化，可以反映硫化反应动力学过程，测得硫化的起始、终止时间、硫化速度、硫化程度等，可用于研究温度及配方因素对硫化过程的影响。以硫化仪研究了少量沥青对橡胶硫化的影响，并与沥青中的橡胶硫化进行对比。少量橡胶在沥青中的硫化与混有少量沥青的橡胶硫化有明显差异。以流变仪测定改性沥青的硫化过程更接近反应共混改性沥青的真实情况。用这一方法研究了温度、交联剂、硫黄用量、SBS结构等对硫化过程的影响，所得结果与这些因素对性能和贮存稳定性的影响一致。与混有少量沥青和不同交联剂的橡胶明显硫化相比，以DCP、TMTD为交联剂的沥青／橡胶共混物基本不硫化或

6、硫化极弱，以DTDM为交联剂时则表现出一定的硫化。与SBS相比，SBR改性沥青共混物的硫化表现出两次扭矩上升，中间出现平台。且该平台随温度升高而缩短。首次在橡胶反应共混改性沥青研究中引入动态硫化概念，橡胶与沥青在高剪切作用下熔融共混，然后加入交联剂，这时橡胶交联并为高剪切作用粉碎，形成细小交联橡胶粒子，并均匀分散在沥青中。测定了反应共混改性沥青过程中扭矩随时间的变化，结果表明，当加入硫黄后，扭矩先升高然后降低，反映了橡胶的交联与剪切粉碎，曲线形状与哈克流变仪混合器中进行橡塑共混动态硫化的曲线相似，橡胶反应共混改性沥青的制备过程表现出典型的动态硫化特征。以含沥青的橡胶

7、硫化共混物模拟橡胶反应共混改性沥青，对抽提后的硫化共混物进行残留率分析，以及利用元素分析、漫反射傅立叶变换红外光谱(DR．FTIR)等手段进行结构表征，均表明在橡胶反应共混改性沥青时，除了橡胶的硫化，沥青与交联剂的化学反应外，沥青尤其是沥青质和树脂组分，的确与橡胶发生了化学反应。在此基础上探讨了橡胶反应共混改性沥青中可能的化学反应。在高温作用下，硫黄环被活化裂解生成自由基，引发橡胶的交联反应；沥青，特别是沥青质和树脂组分中的芳核苯环的a—H被硫环裂解生成的自由基夺去，生成沥青分子多硫自由基，进一步反应形成多硫化物。沥青分子多硫自由基与橡胶多硫自由基间的反应，以及