CN104194361A - 一种sbs改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SBS改性沥青，包含沥青和SBS，其中沥青与SBS的比例为100：4~6；所述沥青的组成份如下：沥青质5.3%~8.3%、饱和份8%~22.7%、芳香份30%~53.1%、胶质33%~43.5%。本发明对沥青的化学组成进行调整，调入富含芳烃的胶溶剂，增加芳香份含量，降低沥青质含量，增强与SBS分子的相溶性和配伍性，使SBS分子能够均匀稳定地分散到基质沥青中，得到的SBS改性沥青具有良好的稳定性。

Description

一种SBS改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种SBS改性沥青及其制备方法。

背景技术

四川省某石化公司副产品石油沥青(以下简称四川沥青)目前年产16万吨，随着产能增加，产量将逐步增大。由于该项目的前期产业链规划中，沥青产品的用途主要是作为道路铺设沥青的生产，成本高、附加值低，未能很好的发挥经济价值。因此针对四川沥青的性能参数特征开展改性研究，立足于本土化消耗产业链末端产品，提高产品的附加值，降低运输成本和各环节的环境污染，迫在眉睫。

四川省某防水公司生产的防水卷材，需要使用大量的沥青原料，但其对于沥青材料的品质要求高，需要大量采购经长途运输而来的高品质沥青原料，不能满足生产需求。使用四川沥青可以就地取材，降低沥青原料成本和运输成本。但四川沥青性质不稳定，存在着以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)为改性剂的弹性体与沥青相溶性和配伍性差，制成的防水卷材性脆、耐老化性不好等问题。采用普通的常规改性方法，难以得到合格的改性沥青防水产品，无法达到改性沥青防水卷材国家标准(GB18242-2008)。

发明内容

本发明的目的在于克服现有沥青品质不稳定，难以应用于防水卷材生产的不足，提供一种SBS改性沥青及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种SBS改性沥青，包含沥青和SBS，其中沥青与SBS的比例为100：4～6。

所述沥青的组成成份如下：沥青质5.3％～8.3％、饱和份8％～22.7％、芳香份30％～53.1％、胶质33％～43.5％。所述的组份根据L.W.科尔贝特提出的SARA法确定沥青分离组份：饱和份(Saturate)、芳香份(Aromatics)、沥青质(Asphaltenes)、胶质(Resin)，具体采用SH/T0509-92和JTJ052T0618-93分析测定。

沥青是由复杂的高分子碳氢化合物及其氧、氮、硫的衍生物组成的混合物，其中四种主要组份与改性剂SBS结构不同、分子量差异较大，形成稳定的体系较为困难，在热储存过程中易发生两相分离的现象。在本发明中调整控制沥青组成比例及SBS加入量，充分利用其中芳香份与SBS相似相容的特性，控制胶制的含量，解决SBS改性与四川沥青相溶性和配伍性问题，确保了沥青与SBS的结合稳定性，改善了改性沥青的针入度、软化点、延度，符合相关标准规定。优选沥青中芳香份含量大于44％，更优选大于50％。虽然芳香份对于增加溶解有很好的效果，但是对于芳香份的分子量相对较低，含量不宜过高，影响沥青的耐老化性能。优选芳香份含量不超过55％。

上述沥青的组份性状如下表所示：

表1.SARA法分析沥青的成份各组份

进一步，优选沥青中胶质含量小于37％，更优选小于34％。胶质含量对改性沥青效果也有较大影响，胶质和芳香份的总含量直接影响到产品改性效果。如果沥青中芳香份及胶质含量偏低，则沥青与SBS分子形成稳定的胶溶体系的难度增加。

进一步，优选沥青中饱和份含量小于14％，饱和份含量高，会影响到SBS分子与沥青整体的相溶性，控制百分比含量小于14％可以显著的提高改性剂SBS与沥青的混合均匀性和稳定性。更优选小于10％，最优选小于9％。

进一步，所述SBS为星型或线型的SBS料。SBS按结构可分为星型和线型，星型结构SBS具有更多的化学交联点，分子间的相互作用力大，因而对基质沥青的软化点提高幅度较大，进而使得改性沥青具有较好的高温性能和强度。所述SBS的嵌段比S/B＝4：6～3：7。SBS的嵌段比S/B对改性沥青的性能也有一定影响，当分子链中PS段比例增加时，SBS拉伸强度增大，变形性能及伸长率下降，其改性沥青粘度大，具有较好的耐高温性能，但柔性较差；反过来PB段含量增加，则改性沥青的高温性能不佳，但延度往往较大，低温性能好。选择嵌段比为30/70SBS的改性效果优于嵌段比为40/60SBS。优选使用嵌段比为3：7的星型SBS。

本发明还提供了一种制备SBS改性沥青的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)取沥青料，进行成份分析，调整其中沥青质、饱和份、芳香份、胶质含量至沥青质5.3％～8.3％、饱和份8％～22.7％、芳香份30％～53.1％、胶质33％～43.5％。

(2)在调整成份后的沥青中加入4％～6％的SBS，所述SBS为星型SBS或线型SBS，优选为星型SBS，交联位点多，交联效果好。

进一步，还包括步骤(3)加入其它添加剂，所述添加剂包括稳定剂、含硫交联剂，无机磷酸等。

进一步，还可以加入无机稳定剂氧化锌。无机氧化锌可以增强沥青的耐磨性，对于本发明使用的沥青成份，由于添加SBS交联增强弹性时，控制沥青组份中芳香份含量较高，耐磨性受到影响。添加一定量的无机稳定剂氧化锌可以很好的克服沥青成份控制过程中耐磨性的下降，同时，氧化锌还可以保护沥青免受空气氧化，减少紫外线对沥青的辐射降解作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果：沥青的化学组成进行调整，调入富含芳烃的胶溶剂，增加芳香份含量，降低沥青质含量，增强与SBS分子的相溶性和配伍性，使SBS分子能够均匀稳定地分散到基质沥青中，最终符合JC/T905-2002《弹性体改性沥青》的指标要求。

附图说明：

图1为芳香份含量对改性沥青稳定性的影响

图2为饱和份含量对改性沥青稳定性的影响

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。本发明中未特别说明的百分比均为重量百分比。

实施例1

1.沥青组份的筛选

改性剂SBS与沥青相容性情况，可以采用离析稳定性试验进行验证。离析软化点差相差越大，相容性越不好。表1是以6％SBS加入量对调配沥青原料进行改性，然后进行离析稳定性试验，其结果如下表。

表2不同调配沥青对SBS改性沥青稳定性的影响

注：1#、2#、3#、4#、5#为加入不同含量富含芳烃胶溶剂等物质后的调配沥青。

从表2中可以明显看出，1#、2#、3#调配沥青中芳香份含量少，饱和份含量高和SBS的相容性差，不易制得稳定的改性沥青。4#、5#芳香份含量增加，饱和份含量减少，调配的沥青和SBS的相容性好，制备所得SBS改性沥青的稳定性好。这是由于芳香份能够促进SBS在沥青中的溶胀，有利于SBS在沥青中的均匀分散。优选沥青中芳香份含量大于44％，更优选大于50％。芳香份含量对改性沥青稳定性的影响如图1所示。

从表2还可以看出，沥青中饱和份的含量对于混溶的稳定性有着反作用，当饱和份含量较高时，会影响到SBS分子与沥青整体的相溶性，稳定性较差。降低饱和份含量可以提高沥青的稳定性。优选沥青中饱和份含量小于10％，最优选小于9％。饱和份含量对改性沥青稳定性的影响，可以由图2得出同样的结论。

实施例2

2.优化SBS改性剂类型和计量配比

使用表2中4#沥青，添加不同量的SBS进行改性，对改性后的沥青进行针入度、软化点等测试，结果如表3所示。综合考虑改性沥青产品性质及生产成本因素，SBS改性剂的加入含量达到6％(重量，相对于100份沥青含6份SBS)时，沥青基体内部形成网络结构，其软化点上升、延度增加、高温稳定性明显提高，较大提高防水卷材的耐热度，较大提高了卷材的力学性能。

表3SBS改性剂加入量对产品性能的影响

由表3可知：

(1)加入改性剂后的沥青与原沥青相比，软化点升高，针入度降低，PI值增大，说明改性后的沥青的感温性能都有所改善，只是改善的程度随改性剂加入量的不同而有所差异。

(2)随着SBS剂量的增加，改性沥青的低温延度增大，SBS的加入对沥青的低温延度有很好的改善。当SBS质量分数小于4％时，改性沥青性能上升缓慢；当SBS加入量达到4％以上时，改性沥青延度显著提高，到计量达到6％时延度值较高。考虑成本因素，在改性沥青的低温延度及其它性能满足条件下，一般SBS加入量控制在6％左右即可。

实施例3

3.1优化沥青改性复合助剂

由于单一改性剂改性沥青普遍存在问题，为此采用了复合改性沥青技术，针对某项不足添加可以改善这项性能的改性剂进行复合改性，以取长补短。物理方法难以形成稳定的相容体系，采用加入复合助剂使沥青发生化学交联的“化学复合法”，可以形成稳定的相容体系。

与稳定剂反应：加入的稳定剂是含硫交联剂，通过向SBS改性沥青中添加单质硫、聚硫或者含硫的交联剂，使之发生交联反应，体系不容易发生离析现象，提高沥青的高低温性能、弹性而且还保持了良好的塑性，稳定剂的种类及使用方法如表4所示。

表4稳定剂加入对产品性能的影响

*1用量百分比相对于沥青质量。

由表4可见，使用硫的稳定剂可以显著的改善SBS改性沥青的稳定性，并且沥青的其它特性也有不同的强化效果。与其他助剂的反应：加入活化剂使SBS分子链之间形成空间网络结构，增强体系稳定性，提高SBS改性沥青的粘弹性。

优选，硫的用量为沥青质量的0.1％～0.8％。优选的，还添加0.5％～1.4％的轮胎胶粉。

3.2优化沥青改性复合助剂(无机磷酸类)

由于沥青中含有碱性基团，酸化反应可以应用到改性沥青中，SBS改性沥青生产时，加入磷酸等无机酸在改善沥青存储稳定性方面取得较好的效果，也可通过添加多聚磷酸，提高改性沥青的高温储存稳定性和抗永久变形能力。

表5无机酸磷酸加入对产品性能的影响

*2用量百分比相对于沥青质量。

由表5可见，多聚磷酸类添加剂中和了沥青中的碱性基团，可以有效的防止沥青的碱性基团的分解反应，提高改性沥青在储存过程中的稳定性和永久抗变形能力。

优选的，向SBS改性沥青中加入0.3％～1.2％的多聚磷酸，尤其可以选用1.1％的三聚磷酸钠。

3.3添加无机稳定剂氧化锌

在4#沥青+6％SBS中加入，2.2％的氧化锌，提高稳定性和耐老化性能。同时试验4#沥青+2.2％氧化锌。两者制备完成后都经过105℃2小时老化处理，测试最大峰拉力和延伸率，结果如表6所示：

表6.氧化锌对产品性能的影响

*3用量百分比相对于沥青质量。

表6可见加入氧化锌可以很好的改善使用了6％的SBS改性的4#沥青，但对于未使用SBS改性的沥青其抗老化性能的改善效果并不明显。故优选向SBS改性沥青中加入了0.7％～1.3％的氧化锌。

实施例4

4#沥青100kg，加入6kg星型SBS其中(S/B＝3：7)，轮胎胶粉1.3kg，硫0.2kg，三聚磷酸酸钠0.7kg，氧化锌0.72kg，加热混合均匀，得到SBS改性沥青。测试相关性能参数：针入度28mm、软化点108℃，最大纵向峰拉力923N，最大横向峰拉力840N，纵向延伸率44％。

对比例1

1#沥青100kg，加入与实施例4相同的添加剂成份，加热混合均匀，得到SBS改性沥青。测试相关性能参数：针入度38mm、软化点78℃，最大纵向峰拉力637N，最大横向峰拉力551N，纵向延伸率34％，老化处理后出现层析。可见沥青成份的控制对于改性剂的性能发挥有着较大的影响，调整沥青成份比例后有利于充分发挥出添加剂的效用，并实现数种添加剂之间的协同促进作用。

本发明制备的SBS改性沥青材料可以有效的应用到防水卷材制备中，还可以推广应用于纸胎油毡厂及低档防水卷材生产厂家。可以规模化技术推广，指导相关企业进行技术改造及产品更新换代，实现产业集群化发展。进一步本发明的优质改性沥青还可以扩大应用领域，推广到各类建材厂、橡胶厂、建筑公司、防水工程公司等有关企业。

以上是部分实施例而已，不代表本发明的保护范围。凡是关于本发明的内容的简单替换都应当视为本发明的等同技术方案，是本发明的保护方案。

Claims (8)

1.一种SBS改性沥青，包含沥青和SBS，其中沥青与SBS的比例为100：4~6；

所述沥青的组成成份如下：沥青质5.3%~8.3%、饱和份8%~22.7%、芳香份30%~53.1%、胶质33%~43.5%。

2.如权利要求1所述SBS改性沥青，其特征在于，沥青中胶质含量小于37%。

3.如权利要求1所述SBS改性沥青，其特征在于，沥青中饱和份含量小于10%。

4.如权利要求1所述SBS改性沥青，其特征在于，所述SBS为星型或线型的SBS料。

5.如权利要求1所述SBS改性沥青，其特征在于，所述SBS 的嵌段比 S/B=4：6~3：7。

6.一种制备SBS改性沥青的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）取沥青料，进行成份分析，调整其中沥青质、饱和份、芳香份、胶质含量至沥青质5.3%~8.3%、饱和份8%~22.7%、芳香份30%~53.1%、胶质33%~43.5%；

（2）在调整成份后的沥青中加入4%~6%的SBS，所述SBS为星型SBS或线型SBS，优选为星型SBS，交联位点多，交联效果好。

7.如权利要求6所述制备SBS改性沥青的方法，其特征在于，还包括步骤（3）加入其它添加剂，所述添加剂包括稳定剂、含硫交联剂和/或无机磷酸。

8.如权利要求6所述制备SBS改性沥青的方法，其特征在于，还加入无机稳定剂氧化锌。