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SBS-胶粉复合改性沥青技术瓶颈与胶粉预处理

发布时间：

2024-09-19

苯乙烯－丁二烯－苯乙烯嵌段共聚物（SBS）是目前改性沥青主要改性剂，然而单一SBS改性剂已经无法满足日益增长的沥青路面建养需求，同时石油资源紧缺、高成本现状严重阻碍了SBS改性沥青提质发展。将胶粉与SBS复合用于改性沥青，既能保证SBS的高温优势，又能改善沥青的低温性能，同时还可节约成本、缓解环境污染的压力，得到了业界的广泛认可并发展迅速。

SBS-胶粉复合改性沥青关键技术瓶颈

我们知道，SBS在常规加工条件下一般以微米尺度分散在沥青中，而胶粉一般以毫米尺度填料的形式存在。

在废旧轮胎胶粉中，橡胶分子链通过硫化反应形成了稳定的交联网络结构，这种交联使得胶粉具有良好的力学性能和耐久性，但也限制了其在后续再生利用过程中的可塑性和分散性。因此，传统橡胶沥青因胶粉交联难以溶解于沥青，致使在溶解过程中有明显胶粉颗粒存在，具有显著的固液特性，从而使得成品橡胶改性沥青存在易离析、性质不稳定、施工和易性差、有异味等问题。

为解决胶粉在沥青中的分散性，传统通常的解决方法有采用高温、强剪切工艺或胶粉在助剂中预溶胀等，大多通过高温及强剪切力实现断链，主要表现为断裂交联键，保留主链结构，胶粉难以熔融和溶解。此外，胶粉在沥青中的快速分散温度往往高于200℃，导致沥青老化、能耗大和污染严重等问题，而弹性胶粉颗粒的存在既增加了油石比，又增加了高温施工成本。

SBS-胶粉复合改性沥青的技术发展

现阶段，将胶粉充分脱硫降解，破坏其交联结构后再加入SBS改性沥青中，则容易微细化分散到沥青中，是当前突破SBS-胶粉复合改性沥青应用瓶颈的有效技术路径之一。

胶粉热化学脱硫机理

热化学脱硫机理一般认为，橡胶脱硫助剂在软化剂载体作用下，渗透进入橡胶粉内部并均匀分散，在热的作用下，橡胶脱硫助剂分解形成活性自由基，有选择性地与橡胶C=C双键上的α-H反应，断开C-S/S-S交联键形成“脱硫”。热化学脱硫效率与反应温度、反应时间及胶粉比表面积有关。随着胶粉粒径变小，反应温度升高，橡胶脱硫助剂渗透分散速率加快，分解形成的自由基活性更高，“脱硫”反应更剧烈，橡胶解交联的程度越大，制备的脱硫胶粉交联密度越小，形成的准线性化有机分子组分越多，溶胶含量越高。

胶粉力化学脱硫机理

力化学脱硫机理一般认为，在机械剪切力的作用下，橡胶粉的C-C/C-S/S-S键被无序破坏形成自由基，与热氧空气及废橡胶脱硫助剂耦合封端形成“脱硫”。力化学脱硫效率与机械剪切力强度、反应温度及胶粉的粒径有关。机械剪切力越大，反应温度越高，“脱硫”反应越剧烈，橡胶解交联的程度越大，制备的脱硫胶粉交联密度越小，形成的准线性化有机分子组分越多，溶胶含量越高。当双螺杆挤出机剪切强度及工艺参数不变时，橡胶粉的粒径越小，受到的摩擦剪切力越弱，“脱硫”反应越慢，橡胶解交联的程度越小，制备的脱硫胶粉交联密度越大，溶胶含量越低。

胶粉不同脱硫方式达到的效果

热化学和力化学法均可实现橡胶粉的脱硫降解，经脱硫降解，胶粉表面蓬松、孔洞增多，表面接枝上部分含氧官能团，脱硫胶粉的玻璃化转变温度降低，分子热运动能力增强，胶粉改性沥青的加工和易性与储存稳定性增强。通常，随着胶粉脱硫程度加深，脱硫胶粉的溶胶含量升高、交联密度降低、弹性减弱、塑性增强，其在沥青中吸收轻组分的能力变弱；脱硫胶粉溶胶的聚合物多分散系数变大，其中的有机小分子含量增加，对改性沥青的增塑作用增强。

由于硫化胶粉的交联密度与其溶胀能力密切相关，交联密度越大，其在沥青中吸收轻组分的能力越强，橡胶沥青的高温粘度越大，25℃针入度越低，软化点越高；交联密度越大，橡胶的弹性越足，改性沥青的弹性恢复越高。通常，力化学法脱硫胶粉改性沥青的180℃布氏粘度、软化点及25℃弹性恢复低于热化学法脱硫胶粉改性沥青，25℃针入度高于热化学法脱硫胶粉改性沥青。

SBS-胶粉复合改性沥青的未来

胶粉预处理技术在SBS-胶粉复合改性沥青中的应用，显著改善了胶粉与SBS、基质沥青的相容性及分散性，从而提升了改性沥青的力学性能和耐久性。

虽然预胶粉处理的技术优势明显，但在实际应用中，仍面临预处理工艺复杂、次生成本增加及相关环保问题。未来，胶粉预处理技术的高掺量化、高效效能化、环保化、性价比合理化与智能化的研究领域大有可为。