[发明专利]不饱和热塑性弹性体对煤沥青的化学改性方法

说明书

技术领域

本发明属于高等级道路使用煤沥青化工材料技术领域，具体涉及利用不饱和热塑性弹性体(SBS)对煤沥青的化学改性方法。

背景技术

沥青树脂是一种缩合多环多核芳香族化合物树脂，因缩合程度的不同，分为 A、B、C三阶，A阶室温下为粘稠液体；B阶为脆性固体，易溶于有机溶剂，加热可融，是一种热塑性树脂；B阶树脂进一步缩聚即C阶树脂，成为一种热固性树脂。A阶或B阶沥青经过改性可以作为道路用沥青使用。通常采用聚合物对道路用沥青进行改性是提高和改善沥青混合料路用性能的一种重要措施。作为改性对象的沥青主要是石油沥青和煤沥青，作为改性剂的聚合物主要是热塑性弹性体材料，其中重要的苯乙烯系不饱和热塑性弹性体是SBS。

不饱和热塑性弹性体（SBS）是世界产量最大、与橡胶性能最为相似的一种热塑性弹性体。SBS是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，属热塑性橡胶，具有优异的低温性能，在－75 ℃仍保持柔软性，脆点－100 ℃，常温下呈橡胶态，加入热沥青中。

沥青是由多种芳烃类所组成。这些芳烃类为一些带有不同长短侧链的高度缩合芳香烃的衍生物。

煤沥青全称为煤焦油沥青，是煤焦油蒸馏提取馏分（如轻油、酚油、萘油、洗油和蒽油等）后的残留物。煤沥青的组成极为复杂。据统计，含有上万种有机化合物，目前可以鉴定出的仅有500 余种，其中中性组分有174 种（如苯、甲苯、二甲苯、萘、苊、蒽、芴和苯并芘等），酸性组分有63 种（如酚、甲酚和二甲酚等），碱性组分有113 种（如吡啶、吲哚、喹啉和异喹啉等），还含有其它稠环和含氧、含硫等杂环化合物。

与石油沥青相比，煤沥青有以下特点: a) 芳香组分含量多。b) 易结晶的成分多，故温度稳定性差。c) 不饱和的芳香组分多， 其耐氧及紫外线老化的能力差。d) 粘附性能好。其中，芳香组分是实现煤沥青化学改性的重要物质结构基础，这也是有别于石油沥青改性物质基础的特殊性所在。

SBS对煤沥青的改性程度以及在煤沥青中的分散状态因SBS 的结构、SBS 在煤沥青中的含量以及基质煤沥青的组分不同而变化，煤沥青的胶体结构由溶胶-凝胶型向凝胶型方向转化。李双瑞等比较全面认识了SBS对煤沥青改性过程中的物理分散机理（高分子通，2008，(5):14-18）。当SBS 含量小于5 %时，SBS 微粒在沥青中所占的体积分率较小，虽然SBS 能吸收沥青中的油分而溶胀，但仍以微小的颗粒均匀分散在煤沥青中，SBS 是分散相，煤沥青是连续相。当SBS 含量在5 %～8 %时，SBS 微粒在沥青中所占的体积分率逐渐增大，由于SBS和煤沥青各自形成连续的网络结构而互相贯穿，这种互穿的网络结构增加了SBS 分子链的可移动性，使煤沥青呈现出很好的弹性和塑性。SBS 同煤沥青牢固地结合在一起，使煤沥青在负荷或阳光下不易发生流动或脆化。当SBS 含量大于8 %时，由于SBS 吸收煤沥青中的油分而溶胀为原来的数倍，SBS 在改性煤沥青中的体积分率占绝大部分，形成了以煤沥青为分散相、SBS 为连续相的结构。在这种情况下，实际上不是SBS 改性煤沥青，而是煤沥青中的油分对SBS 的塑性化，原煤沥青中较重的组分分散在SBS 连续相中。SBS 与沥青之间没有发生化学作用，只是一种分子间作用力。肖鹏等研究了SBS对沥青的改性工作(华东公路，2006(2)：53-55；公路交通科技2009(9):10-14)，虽然声言加入一种稳定剂促使SBS与沥青发生了化学改性，但读者却看不到化学改性的诱因和改性机理。熊萍等(同济大学学报(自然科学版)， 2006，34(5):613～618)研究了一种无机酸促使沥青与SBS的相互作用，促使沥青与SBS之间、以及SBS相互间产生交联、接枝等化学反应，形成网路结构，但是这种SBS对沥青化学改性的机理是模糊的，读者不清楚这种无机酸是如何实现SBS对石油沥青改性的。而且这与本申请专利所使用的具有路易斯酸特征的催化剂具有不同属性的差异。2010年公开的发明专利200910230711.7和201010274426.8，利用SBS改性煤沥青作为高等级道路或作为防腐蚀涂料使用的材料，这是一种物理改性，将含有SBS的多组分与煤沥青物理混合，没有使用化学催化剂促进SBS改性煤沥青。公开的专利材料(200510047588.7)，阐述了在煤沥青中通过甲醛的缩聚完成对煤沥青的化学改性工作。上述研究结果或是申请的发明专利，在煤沥青的改性机理上与本申请专利存在本质的不同。诸多文献资料表明，SBS化学改性煤沥青对提供改性煤沥青性能是非常重要的，SBS化学改性沥青将成为改性煤沥青技术一个重要的发展趋势。

发明内容