CN103808686A

CN103808686A - 一种测量sbs改性沥青中sbs改性剂重量比的方法

Info

Publication number: CN103808686A
Application number: CN201410040182.5A
Authority: CN
Inventors: 王康; 苟蕾; 郝丽敏; 赵坤; 毛一洋; 王倩; 王婷婷; 王朝中; 吴颖杰; 丁晓甫
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2014-05-21

Abstract

本发明属于SBS改性剂含量测量技术领域，公开了一种测量SBS改性沥青中SBS改性剂重量比的方法。该测量SBS改性沥青中SBS改性剂重量比的方法，包括以下步骤：S1：分别将至少4组SBS改性沥青标样置于ATR晶体之上，分别采集至少4组SBS改性沥青标样的衰减全反射红外光谱；S2：对于每组SBS改性沥青标样的衰减全反射红外光谱，计算得出每组SBS改性沥青标样对应的两个红外特征吸收峰的峰高比；S3：得到SBS改性沥青中SBS改性剂重量比和两个红外特征吸收峰的峰高比的线性回归关系式；S4：计算得出待检测沥青样品对应的两个红外特征吸收峰的峰高比；S5：计算出待检测沥青样品的SBS改性剂重量比。

Description

一种测量SBS改性沥青中SBS改性剂重量比的方法

技术领域

本发明属于SBS改性剂含量测量技术领域，特别涉及一种测量SBS改性沥青中SBS改性剂重量比的方法。

背景技术

改性沥青是指将细磨的橡胶粉、塑料粉等高分子聚合物或其他填料型外掺剂，与沥青均匀混合，使沥青的性质得以改善而制成的沥青混合物。改性沥青的主要成分包括基质沥青、SBS改性剂和其他助剂等几个部分。由上可知，改性沥青是组分复杂的混合物，在实际生产中，对于其各组分含量的测定和分析是评价改性沥青质量的重要环节。但是目前评价SBS改性沥青技术要求主要以物理测试方法为主，包括针入度、延度、软化点、粘度等物理性能指标。这些方法普遍存在精确度低、重现性差、且不能完全对应SBS改性剂的缺陷。所以研发出适用的化学分析方法对于改性沥青发展和应用具有重大意义。

红外光谱是分析化合物结构的重要手段，常规的红外光谱透射法使用压片或涂膜进行测量，但是对于某些特殊样品(如难溶、难熔、难粉碎等的试样)，难以制成压片或涂膜，从而给测试带来了困难。由于改性沥青具有难溶的特点，固而难以使用常规的红外光谱透射法对改性沥青中SBS改性剂含量进行测量。

发明内容

本发明的目的在于提出一种测量SBS改性沥青中SBS改性剂重量比的方法。本发明采用红外衰减全反射光谱测试技术，能够快速、简便地定量分析SBS改性沥青中SBS改性剂重量比，无需对样品进行压片涂膜等前处理。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种测量SBS改性沥青中SBS改性剂重量比的方法，包括以下步骤：

S1：按照设定的SBS改性剂重量比，制备至少4组SBS改性沥青标样；分别将所述至少4组SBS改性沥青标样置于ATR晶体之上，分别采集所述至少4组SBS改性沥青标样的衰减全反射红外光谱；

S2：对于每组SBS改性沥青标样的衰减全反射红外光谱，测量仅归属为SBS改性剂的一个红外特征吸收峰的峰高、以及仅归属为基质沥青的一个红外特征吸收峰的峰高，计算得出每组SBS改性沥青标样对应的所述两个红外特征吸收峰的峰高比；

S3：根据每组SBS改性沥青标样中SBS改性剂重量比和两个红外特征吸收峰的峰高比，采用线性回归法得到SBS改性沥青中SBS改性剂重量比和两个红外特征吸收峰的峰高比的线性回归关系式；

S4：将待检测沥青样品置于ATR晶体之上，采集所述待检测沥青样品的衰减全反射红外光谱；在所述待检测沥青样品的衰减全反射红外光谱中，测量与SBS改性沥青标样对应的两个红外特征吸收峰的峰高，计算得出待检测沥青样品对应的两个红外特征吸收峰的峰高比；

S5：根据待检测沥青样品对应的两个红外特征吸收峰的峰高比，并根据SBS改性沥青中SBS改性剂重量比和两个红外特征吸收峰的峰高比的线性回归关系式，计算出待检测沥青样品的SBS改性剂重量比。

本发明的特点和进一步改进在于：

在步骤S1中，制备4组SBS改性沥青标样，4组SBS改性沥青标样中SBS改性剂重量比分别为3.5%，4.0%，4.5%，5.0%。

在步骤S2中，仅归属为SBS改性剂的一个红外特征吸收峰对应的波数为966cm^-1，仅归属为基质沥青的一个红外特征吸收峰对应的波数为1377cm^-1。

所述ATR晶体为ZnSe晶体或Ge晶体。

在步骤S1中，采集所述至少4组SBS改性沥青标样的衰减全反射红外光谱的过程为：利用红外光谱仪对每组SBS改性沥青标样进行15次扫描，则对于每组SBS改性沥青标样，得出对应的15份衰减全反射红外光谱；

在步骤S2中，对于每组SBS改性沥青标样，分别对15份衰减全反射红外光谱，计算得出所述两个红外特征吸收峰的峰高比；然后对15个峰高比数值求平均值，得出每组SBS改性沥青标样对应的两个红外特征吸收峰的峰高比。

所述步骤S1中所述至少4组SBS改性沥青标样的衰减全反射红外光谱的采集条件与步骤S4中所述待检测沥青样品的衰减全反射红外光谱的采集条件相同。

本发明的有益效果为：本发明采用红外衰减全反射光谱测试技术，能够快速、简便地定量分析SBS改性沥青中SBS改性剂重量比，无需对样品进行压片涂膜等前处理，且检测线性范围广，定量结果准确可信，灵敏度高，重现性好，适合广泛应用。

附图说明

图1为本发明的基质沥青的红外吸收光谱示意图；

图2为本发明的SBS改性剂的红外吸收光谱示意图；

图3为本发明的SBS改性沥青中SBS改性剂重量比和两个红外特征吸收峰的峰高比的线性回归关系示意图；

图4为本发明的5%SBS改性剂重量比对应的实际衰减全反射红外光谱和数学拟合衰减全反射红外光谱的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

红外光谱是分析化合物结构的重要手段，常规的红外光谱透射法使用压片或涂膜进行测量，但是对于某些特殊样品(如难溶、难熔、难粉碎等的试样)，难以制成压片或涂膜，从而给测试带来了困难。为克服其不足，20世纪60年代初出现了衰减全反射(Attenuated Total Refraction,ATR)技术，80年代初将ATR技术开始应用到傅里叶变换红外光谱仪上，产生了傅里叶变换衰减全反射红外光谱仪(Attenuated Total internal Reflectance Fourier Transform Infraredspectroscopy，简称ATR-FTIR)。红外衰减全反射(ATR)光谱法是将红外光照射在表面覆盖待测样品的、有较高折射率的晶体（ZnSe、Ge等）上，红外光穿过晶体折射到样品表面一定深度后，反射回表面；当样品的折射率小于晶体的折射率，入射光的入射角大于临界角时，即可产生全反射现象，收集此时的反射光，可获得样品的衰减全反射光谱，据以对样品进行定性或定量分析。

近年来，随着计算机技术的发展，ATR技术实现了非均匀、表面凹凸、弯曲样品的微区无损测定，可以获得官能团和化合物在微分空间分布的红外光谱图像。所以将傅里叶变换衰减全反射红外光谱技术应用于改性沥青中SBS掺量分析是一种可行的测试方法。基于ATR-FTIR获得的不同掺量SBS改性沥青的标准红外谱图，并应用线性拟合建立数学模型。在施工现场取样测试后获得相应数据，经处理后可检测出改性沥青中的SBS改性剂含量。

在本发明实施例中，采用德国BRUKER公司VERTEX70型傅里叶红外光谱仪来采集相关的衰减全反射红外光谱，基质沥青采用SK#90基质沥青，SBS改性剂采用SBS4303改性剂。在本发明实施例中，首先需要制备SBS改性沥青标样，将提前加热至160℃的基质沥青放置于电炉上，将剪切头放入沥青中，按照设定的SBS改性剂重量比（即SBS改性剂在SBS改性沥青中的重量比），将称量好的SBS改性剂加入基质沥青，用玻璃棒不断搅拌。温度升至170℃时打开高速剪切，到180℃加入稳定剂，再剪切30min后放在180℃烘箱内发育2h。发育完成后用玻璃棒一直搅拌改性沥青，取部分于5ml烧杯中即完成SBS改性沥青标样的制备。在本发明实施例中，需要按照上述过程制备4组SBS改性沥青标样，4组SBS改性沥青标样中设定的SBS改性剂重量比分别为3.5%、4.0%、4.5%和5.0%。

然后利用德国BRUKER公司VERTEX70型傅里叶红外光谱仪分别来采集上述4组SBS改性沥青标样的衰减全反射红外光谱。采集的具体过程如下：在室温下，以空气为参比，将VERTEX70型傅里叶红外光谱仪的扫描范围设定500^-1～4000cm^-1，将VERTEX70型傅里叶红外光谱仪的光谱采样间隔设定为4cm^-1，然后每组SBS改性沥青标样的衰减全反射红外光谱先后进行15次扫描，得到每组SBS改性沥青标样对应的15份衰减全反射红外光谱。

对于每组SBS改性沥青标样，在对应的15份衰减全反射红外光谱中，测量966cm^-1处的红外特征吸收峰的峰高、以及1377cm^-1处的红外特征吸收峰的峰高。参照图1，为本发明的基质沥青的红外吸收光谱示意图；参照图2，为本发明的SBS改性剂的红外吸收光谱示意图。966cm^-1处的红外特征吸收峰（=CH2面外摇摆振动吸收峰）仅归属于SBS改性剂，而1377cm^-1处的红外特征吸收峰（-CH3的剪式振动吸收峰）仅归属于基质沥青。由于上述两处红外特征吸收峰与各自归属的成分的重量成正比，所以上述两处红外特征吸收峰的峰高比与SBS改性剂重量比成正比。据此，对于每组SBS改性沥青标样，分别计算15份衰减全反射红外光谱对应的上述两处红外特征吸收峰的峰高比，得到15个峰高比数值，然后对这15个峰高比数值求平均值，即得到每组SBS改性沥青标样对应的上述两处红外特征吸收峰的峰高比。在本发明实施例中，当SBS改性剂重量比为5.0%时，计算得出的对应的两处红外特征吸收峰的峰高比为0.282。

然后根据4组SBS改性沥青标样中SBS改性剂重量比、以及4组SBS改性沥青标样对应的上述两处红外特征吸收峰的峰高比，采用线性回归法即可得出SBS改性沥青中SBS改性剂重量比和两个红外特征吸收峰的峰高比的线性回归关系式。在本发明实施例中，得出的线性回归关系式为y=0.0493*x*100+0.0349，其中x（以百分数的形式进行表示，例如5%）为SBS改性沥青中SBS改性剂重量比，y为SBS改性沥青中上述两个红外特征吸收峰的峰高比。参照图3，为本发明的SBS改性沥青中SBS改性剂重量比和两个红外特征吸收峰的峰高比的线性回归关系示意图；当x在3.5%-5%之内时，4组SBS改性沥青标样对应的标准方差为0.0039，这说明此时SBS改性剂重量比和两个红外特征吸收峰的峰高比具有良好的线性关系。在图3中，斜线表示线性回归关系式，4个圆圈对应表示4组SBS改性沥青标样，而小正方形表示待检测沥青样品。

参照图4，为本发明的5%SBS改性剂重量比对应的实际衰减全反射红外光谱和数学拟合衰减全反射红外光谱的示意图。在图4中，实线表示5%SBS改性剂重量比对应的实际衰减全反射红外光谱，虚线表示5%SBS改性剂重量比对应的数学拟合衰减全反射红外光谱。从图4中实际衰减全反射红外光谱和数学拟合衰减全反射红外光谱的对比可知，在制备SBS改性沥青标样时，无明显化学反应发生，所以4组SBS改性沥青标样对应的光谱数据可以用于对SBS改性沥青中SBS改性剂重量比作定量分析。

在获得上述线性回归关系式之后，利用德国BRUKER公司VERTEX70型傅里叶红外光谱仪采集待检测沥青样品的衰减全反射红外光谱。此时采集的条件与采集上述4组SBS改性沥青标样的衰减全反射红外光谱的条件相同，这样，上述线性回归关系式就可以用于计算待检测沥青样品中SBS改性剂的重量比。采集完成后，在待检测沥青样品的衰减全反射红外光谱上，测量得出966cm^-1处的红外特征吸收峰的峰高、以及1377cm^-1处的红外特征吸收峰的峰高，然后计算出对应的峰高比，根据计算出的对应的峰高比以及线性回归关系式，就可以得出待检测沥青样品中SBS改性剂的重量比。例如，待检测沥青样品对应的两个红外特征吸收峰的峰高比为0.246，即在线性回归关系式y=0.0493*x*100+0.0349中，y=0.246，则待检测沥青样品中SBS改性剂的重量比x=4.29%。另外，也可以将峰高比的数值0.246通过图3中的直线进行对比，从而也能得出待检测沥青样品中SBS改性剂的重量比。本发明实施例中，也可以多次（例如15次）采集待检测沥青样品的衰减全反射红外光谱，然后通过平均计算得到待检测沥青样品的衰减全反射红外光谱。

本发明实施例提供红外衰减全反射光谱法测定改性沥青中SBS改性剂重量比的方法，该方法利用红外吸收光谱中待检样品特征峰高比与待检样品重量比成正比的原理，将谱图上分别归属为SBS改性剂和基质沥青的特征吸收峰的峰高进行比较，根据建立的标样比值及其误差范围，可以方便快速准确的检测SBS改性沥青中SBS改性剂的百分含量。本发明实施例采用红外衰减全反射光谱测试技术，能够快速、简便地定量分析SBS改性沥青中SBS改性剂重量比，无需对样品进行压片涂膜等前处理，且检测线性范围广，定量结果准确可信，灵敏度高，重现性好，适合广泛应用。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种测量SBS改性沥青中SBS改性剂重量比的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种测量SBS改性沥青中SBS改性剂重量比的方法，其特征在于，在步骤S1中，制备4组SBS改性沥青标样，4组SBS改性沥青标样中SBS改性剂重量比分别为3.5%，4.0%，4.5%，5.0%。

3.如权利要求1所述的一种测量SBS改性沥青中SBS改性剂重量比的方法，其特征在于，在步骤S2中，仅归属为SBS改性剂的一个红外特征吸收峰对应的波数为966cm^-1，仅归属为基质沥青的一个红外特征吸收峰对应的波数为1377cm^-1。

4.如权利要求1所述的一种测量SBS改性沥青中SBS改性剂重量比的方法，其特征在于，所述ATR晶体为ZnSe晶体或Ge晶体。

5.如权利要求1所述的一种测量SBS改性沥青中SBS改性剂重量比的方法，其特征在于，在步骤S1中，采集所述至少4组SBS改性沥青标样的衰减全反射红外光谱的过程为：利用红外光谱仪对每组SBS改性沥青标样进行15次扫描，则对于每组SBS改性沥青标样，得出对应的15份衰减全反射红外光谱；

6.如权利要求1所述的一种测量SBS改性沥青中SBS改性剂重量比的方法，其特征在于，所述步骤S1中所述至少4组SBS改性沥青标样的衰减全反射红外光谱的采集条件与步骤S4中所述待检测沥青样品的衰减全反射红外光谱的采集条件相同。