工厂式SBS改性沥青生产的影响因素

2011年6月长炼科技第37卷第2期工厂式SBS改性沥青生产的影响因素王朝晖（中石化长岭资产分公司沥青厂）摘要：SBS改性沥青在道路建设中用途越来越广泛，工厂式生产所占比重越来越大，在生产加工过程中产品质量会受到很多因素的影响。本文介绍了在工厂式改性沥青生产中，沥青原料、SBS、稳定剂、相容剂及生产温度对产品质量的影响。关键词：工厂式改性沥青沥青原料SBS稳定剂相容剂质量随着国民经济的发展，道路的发展对路面提出新的要求，如交通量的增加，车载加重，资金短缺造成面层铺薄等，引起车辙、疲劳开裂、温度收缩裂缝等。因此传统的纯沥青满足不了需要。改性沥青是一种技术含量和附加值较高的新型优质筑路材料。它通过把聚合物掺入道路沥青中而改善使用性能，能显著延长路面寿命、降低噪声、提高行车舒适性和安全性。1基质沥青的影响不是所有的基质沥青都能生产改性沥青。在选择基质沥青时，要考虑以下因素：1.1针对生产不同品种的改性沥青选择合适的基质沥青牌号和针入度范围基质沥青不一定要求满足重交道路沥青标准，甚至有些渣油可以直接作为改性沥青生产的基质沥青。基质沥青通过改性后，针入度都会有一定程度的降低（如图1所示），所以生产改性沥青时，一般按以下原则选择基质沥青：70#I-D90#I-C110#I-B1.2充分考虑基质沥青合理的组分结构在改性沥青中，沥青为连续相，SBS分布在沥青中，由于SBS吸收了沥青中的油分，从而使产品中沥青质和胶质含量增加，从而改善了沥青的粘度和弹性；并且在高、低温情况下，SBS与沥青的模量有所不同，这样就改善了产品的高低温性能。因此合适的基质沥青组分是影响改性沥青产品质量的关键，基质沥青适不适合生产改性，沥青组分很重要。理想的基质沥青组成可以参照以下两种方法：图1基质沥青与改性沥青产品针入度的关系法国Brule方法：饱和分8%~12%；芳香分和胶质85%~89%；沥青质1%~5%；日本合成橡胶株式会社：CI=（沥青质+饱和分）/（芳香分+胶质），CI值在0.26~0.32范围内时改性效果较好。1.3考虑基质沥青与SBS的配伍性要求基质沥青与SBS能够形成稳定的热力学稳定体系，不分层，不结皮，不沉淀，同时SBS要能显著提高基质沥青的高低温性能和抗老化性能。石油沥青组成和性质的差异，归根结底是由原油的组成和性质的差异决定的。我国原油大多属石蜡基或中间基，因此沥青产品不适合改性沥青生产，而中东、沙特及科威特等地原油属环烷基，沥青产品较适合改性沥青生产。研究表明，沥青是复杂的混合物，在环境温度时呈现弹性型。优质沥青由于其含有适宜的饱和分、芳香分、胶收稿日期：2011-05-13作者简介：王朝晖，高级工程师，1996年毕业于湘潭大学，现在沥青厂生产部从事沥青生产管理工作。第2期王朝晖.工厂式SBS改性沥青生产的影响因素41质和沥青质组成比例SBS时由于足够的软相沥青质、芳香分溶解，形成均匀混合物。但是基质沥青的三大指标并不能完全反应沥青功能的组分性质，因此，我们生产前先必须对基质沥青采样进行改性配伍实验，确定合适的配方及工艺。2SBS添加量的影响一般地，SBS颗粒细化、在沥青中分散性较好的前提下，加入SBS能增加改性沥青的软化点和膜后延度，改善沥青的低温曲挠性和高温抗流动性能。对于SBS改性沥青，软化点较基质沥青有较大幅度提高，这是由SBS独特的结构决定的，SBS是一种三嵌段聚合物，在100℃以下，处于聚合物两端PS嵌段聚集在一起难被沥青融解而形成物理交接点，从而使SBS在沥青中形成网状结构，使改性沥青软化点显著提高。影响延度的主要因素是SBS的加入量、SBS的分散状况。SBS用量越多，产品的低温延度越大（如图2所示）。图2SBS加入量对改性沥青性能的影响3交联剂添加量的影响加入改性沥青交联剂主要作用是：提高SBS改性沥青的热储存稳定性，阻止离析的发生。加入稳定剂可以降低沥青相与SBS相之间的界面能，强化了两相间的粘和。交联剂在一定条件下生成活性游离基，与SBS、沥青中的组分发生交联，使SBS与沥青形成稳定的胶体体系[1]（如图3所示）。无交联剂时SBS改性沥青稳定性加入交联剂时SBS改性沥青稳定性图3交联剂加入对改性沥青性能的影响交联剂的加入，促使SBS与沥青相容性增加，SBS在沥青中细化，溶胀更充分，使沥青的稠度更大，同时交联剂使SBS之间发生化学反应，形成稳定的空间网状结构，这都使产品软化点提高，但是过量会出现凝胶现象。另外，随着交联剂的比例不断增加，改性沥青的针入度、膜后延度都逐渐增大，但上升到一定程度后，针入度和磨后延度会随着稳定剂量的增加而减小。所以，交联剂的加入量必须根据基质沥青的性质、交联剂的厂家型号反复进行对比试验，才能确定最佳加入量（如图4所示）。4相溶剂添加量的影响相溶剂是一种富含芳香分的原油炼制过程中的副产品，加入相溶剂，能增强SBS与沥青的相42长炼科技2011年第37卷容性，增强产品体系的稳定性。随着相溶剂比例的增加，改性沥青针入度和膜后延度也随之增大。在产品生产过程中，在满足针入度指标的前提下，增加相溶剂能有效提高膜后延度（如图5所示）。图4SBS加入量对改性沥青性能的影响图5SBS加入量对改性沥青性能的影响5温度对改性沥青生产的影响5.1基质沥青进入胶体磨温度SBS的熔点一般在170～180℃之间，为了保证SBS在胶体磨中研磨细化，所以在工业生产中进磨前沥青温度应该控制在180℃以上。5.2改性沥青在产品罐中的发育温度发育温度直接影响改性沥青发育合格的时间，温度高，离析合格的时间短，但是温度过高，会影响产品的其它指标，特别是对膜后延度影响。图6改性沥青发育温度与离析合格时间的关系5.3热储存对改性沥青主要性能指标的影响由于受生产条件和现场施工条件限制，改性沥青发育合格后不可避免在产品罐中存放一段时间，在高温条件下，产品各项指标都会发生变化。改性沥青针入度随着高温储存时间的增加先增长后降低。这是因为刚开始时，SBS颗粒在沥青中继续溶胀细化，但相互之间没有充分接触、部分SBS分子链断而使改性沥青变稀。随着时间的延长，SBS进一步细化，在沥青中形成网状结构，使改性沥青变稠。软化点越高，沥青的高温抗车辙性能越好。在高温条件下储存，SBS颗粒进一步细化，沥青中的SBS分子和沥青更好结合，软化点升高[2]。随着热储存时间的延长，RTFOT后延度先增大后减小。这是因为保温后，体系因SBS的细化和分散均匀而粘度增大，在旋转薄膜烘箱中因摊铺速度随粘度增加而减小，导致沥青不能在旋转瓶中分布均一，因而不能与热空气充分接触而老化，减少了轻组分的挥发，导致在前一段时间RTFOT后延度增加。继续高温储存，轻组分的不断挥发和高分子链不断降解起主导作用，这样延度下降。高温时间越长，对产品质量越不利。因此，我们在生产改性沥青时，一般须根据市场需求适时生产。市场情况发生变化时，应及时停止保温，让产品自然冷却，进行冷储，延缓产品质量衰减。（下转第45页）2011年6月长炼科技第37卷第2期图7改性沥青高温储存（＞170℃）时间对主要性能指标的影响6结束语工厂式改性沥青以优良的产品质量和很好的储存稳定性得到越来越多客户的认可，市场应用越来越广泛。但是由于受到原辅材料和工艺条件等诸多因素的影响，产品容易出现不合格。因此在生产时要综合考虑以上各种因素，优选原辅材料，合理控制加工温度，使产品的各项指标控制在理想范围内。参考文献[1]董允等.稳定剂对SBS改性沥青显微结构与性能的影响.石油沥青.2006，12：25～26.[2]陈守明·SBS改性沥青的热储存老化研究.第十一界石油沥青技术交流会论文.2008，4：165～166.