李茂平，叢玉鳳，唐 東，黃 瑋（遼寧石油化工大學(xué) 化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)部，遼寧 撫順 113001）

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PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青的研制

李茂平，叢玉鳳，唐 東，黃 瑋
（遼寧石油化工大學(xué) 化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)部，遼寧 撫順 113001）

摘 要：實(shí)驗(yàn)考察了PE對(duì)C9石油樹(shù)脂改性瀝青針入度、軟化點(diǎn)以及黏度的影響，并對(duì)PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青的老化以及儲(chǔ)存穩(wěn)定性進(jìn)行分析，采用四組分法對(duì)改性機(jī)理進(jìn)行探討，并利用掃描電鏡進(jìn)行表征。結(jié)果表明，當(dāng)PE與C9石油樹(shù)脂的質(zhì)量比為2.1時(shí)，改性瀝青的針入度，軟化點(diǎn)以及黏度均滿足要求，同時(shí)老化性能和高溫儲(chǔ)存性能變好。通過(guò)四組分的分析可知，C9石油樹(shù)脂可增加改性瀝青體系芳香分的含量，促進(jìn)PE在C9石油樹(shù)脂改性瀝青中的溶脹和吸附作用，通過(guò)電鏡觀察，當(dāng)PE與C9石油樹(shù)脂的質(zhì)量比為2.1時(shí)，PE、C9石油樹(shù)脂、基質(zhì)瀝青三者形成了穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：C9石油樹(shù)脂；PE；改性瀝青；抗老化性能

普通瀝青難以滿足飛速發(fā)展的公路建設(shè)對(duì)道路瀝青的質(zhì)量要求［1］，因此，改性瀝青受到人們的青睞［2］，改性瀝青的種類較多，目前使用較多的有SBS、SBR、PE、EVA等改性瀝青產(chǎn)品［3］。其中SBS因其綜合性能優(yōu)良，應(yīng)用最為廣泛，但價(jià)格高，施工工藝復(fù)雜［4］；SBR由于可以大大提高瀝青的延展性，具有良好的低溫性能，在東北擁有廣闊的市場(chǎng)，具有非常好的前景［5，6］；PE和EVA主要能夠減少瀝青體系不利組分的含量，與瀝青相互吸附、重疊，發(fā)生交聯(lián)作用，尤其PE在加入瀝青后，其長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生溶脹、拉伸等現(xiàn)象，最終使PE和瀝青形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)主要能夠提高瀝青的熱穩(wěn)定性、耐老化性能受到重視［7，8］，但是 PE與瀝青的相容性極差，不能進(jìn)行高溫儲(chǔ)存，PE改性瀝青的低溫性能一直存在爭(zhēng)議［9］。

C9石油樹(shù)脂是碳九餾分經(jīng)聚合而制得，產(chǎn)品外觀為淺黃色至黃褐色片狀或顆粒狀固體，具有良好的溶解性，互溶性，耐水性，絕緣性，對(duì)酸堿有化學(xué)穩(wěn)定性，還具有粘結(jié)性［10，11］。本研究利用C9石油樹(shù)脂的特點(diǎn)，研制PE -C9復(fù)合改性瀝青，克服PE改性瀝青的缺點(diǎn)與不足，并為改性道路瀝青的廣泛應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1　試驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)原料及其性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)采用的基質(zhì)瀝青為北方瀝青廠生產(chǎn)的遼河90#瀝青，撫順石油二廠生產(chǎn)的 C9石油樹(shù)脂，PE改性劑為山東高氏生產(chǎn)的增塑性樹(shù)脂。

1.2改性瀝青制備方法

先將基質(zhì)瀝青和C9石油樹(shù)脂在155～160 ℃溫度下混融，再加入PE，利用高速剪切機(jī)剪切1 h，最后在160 ℃發(fā)育2 h。

2　結(jié)果及討論

2.1 PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量比對(duì)改性瀝青性能影響

C9石油樹(shù)脂可以提高基質(zhì)瀝青的軟化點(diǎn)，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為大于5% 時(shí)，效果較為明顯，但改性瀝青的針入度降低明顯。而PE在改善瀝青的耐高溫方面效果十分顯著，實(shí)驗(yàn)選擇PE和C9石油樹(shù)脂復(fù)配對(duì)瀝青進(jìn)行改性，考察了PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量比對(duì)改性瀝青針入度、軟化點(diǎn)以及 135℃運(yùn)動(dòng)粘度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1、2和3。

圖1　 PE與 C9石油樹(shù)脂質(zhì)量比對(duì)改性瀝青針入度的影響Fig.1 The effect of PE and C9 mass ratio resin to modified asphalt penetration

圖2　 PE與 C9石油樹(shù)脂質(zhì)量比對(duì)改性瀝青軟化點(diǎn)的影響Fig.2 The effect of PE and C9mass ratio resin to modified asphalt softening point

圖3　PE與 C9石油樹(shù)脂質(zhì)量比對(duì)改性瀝青135 ℃運(yùn)動(dòng)粘度的影響Fig.3 The effect of PE and C9 mass ratio resin to modified asphalt 135 ℃ kinematic viscosity

從圖1可以看出，隨著PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量比的不斷增大，PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青的針入度逐漸下降，但當(dāng)PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)增加，改性瀝青的針入度并沒(méi)有繼續(xù)大幅度下降，下降趨勢(shì)也變緩，可能是在PE與C9石油樹(shù)脂的協(xié)同作用下，C9石油樹(shù)脂與瀝青之間的溶脹與吸附達(dá)到一個(gè)“動(dòng)態(tài)平衡”，C9石油樹(shù)脂與瀝青已經(jīng)趨于飽和狀態(tài)，再增大C9石油樹(shù)脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)起到的改性作用也微乎其微。

從圖2和圖3可以看出，隨著PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量比的不斷增大，PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青的軟化點(diǎn)和黏度逐漸增大，但隨著PE質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，升高幅度變緩，PE的加入可以在很大程度上提高C9石油樹(shù)脂改性瀝青的耐高溫性，能夠進(jìn)一步控制C9石油樹(shù)脂改性瀝青在高溫時(shí)的軟化變形。

C9石油樹(shù)脂使瀝青稠度增大變硬主要是由于C9石油樹(shù)脂結(jié)構(gòu)中存在含雙鍵、芳香環(huán)等大分子共聚物的緣故，促進(jìn)了C9石油樹(shù)脂改性瀝青體系的交聯(lián)效應(yīng)，提高了C9石油樹(shù)脂與瀝青之間的聚集力。

2.2 PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性的考察

PE改性瀝青的高溫儲(chǔ)存性能不好，是困擾人們多年的難題，實(shí)驗(yàn)考察了PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量比對(duì)改性瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4　 PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量比對(duì)改性瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性影響Fig.4 The effect of PE and C9 petroleum resin mass ratio modified asphalt storage stability

由圖4可知，隨著PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量比的不斷增加，PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青的上、下軟化點(diǎn)之差逐漸變大，說(shuō)明隨著PE質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，PE-C9石油樹(shù)脂儲(chǔ)存穩(wěn)定性降低，在PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為2.5∶1時(shí)，PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性仍符合要求，說(shuō)明在C9石油樹(shù)脂結(jié)構(gòu)中芳香環(huán)和雙鍵的作用下，大大提高了PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青體系的相容性，同時(shí)克服了PE改性瀝青不易高溫儲(chǔ)存的缺點(diǎn)。

2.3PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青老化性能的考察

實(shí)驗(yàn)通過(guò)考察PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青老化后的質(zhì)量損失、25℃針入度比，對(duì)PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青的老化性能進(jìn)行了簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青老化性能指標(biāo)Table 1　PE-C9 petroleum resin modified asphalt aging performance

由表1可知，隨著PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量比的增大，PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青質(zhì)量損失減少、針入度比增大，說(shuō)明PE吸收了C9石油樹(shù)脂的芳香分，使芳香分的揮發(fā)量減少，在高速剪切作用下，PE與C9石油樹(shù)脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使PE與C9石油樹(shù)脂之間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)合力增大，進(jìn)而增強(qiáng)了改性瀝青的抗老化性。

2.4PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青四組分的探討

實(shí)驗(yàn)通過(guò)四組分法考察了C9石油樹(shù)脂的加入對(duì)基質(zhì)瀝青四組分的影響以及PE加入對(duì)C9石油樹(shù)脂改性瀝青四組分的影響，結(jié)果見(jiàn)表2。實(shí)驗(yàn)采用掃描電鏡觀察了PE質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)C9石油樹(shù)脂改性瀝青結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4和5。

表2　改性瀝青四組分的考察（四組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 2　The study of modified asphalt four components　%

由表2可知，C9石油樹(shù)脂的加入能夠提高基質(zhì)瀝青芳香分飽和分和瀝青質(zhì)的含量，說(shuō)明C9石油樹(shù)脂中的芳環(huán)共聚物在瀝青中發(fā)揮了作用，提高了C9石油樹(shù)脂改性瀝青的相容性。而PE的加入使C9石油樹(shù)脂改性瀝青的四組分重新分配，飽和分和芳香分降低，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)增加，這是由于PE吸收了C9石油樹(shù)脂，隨著PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量比的增大，PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青質(zhì)量損失減少、針入度比增大，說(shuō)明PE吸收了C9石油樹(shù)脂的芳香分，使芳香分的揮發(fā)量減少，在充分?jǐn)嚢韬螅琍E與C9石油樹(shù)脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使PE與C9石油樹(shù)脂之間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)合力增大，進(jìn)而增強(qiáng)了C9石油樹(shù)脂改性瀝青的抗老化性。

圖4　PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比為2：1的改性瀝青電鏡圖Fig.4 Electron micrographs of the modified asphalt with C9 petroleum resin mass fraction ratio 2：1

圖5　PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比為2.5：1的改性瀝青電鏡圖Fig.5 Electron micrographs of the modified asphalt with C9 petroleum resin mass fraction ratio 2.5：1

由圖4和5可以看出，當(dāng)PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比為2∶1時(shí)，PE與C9石油樹(shù)脂混溶較好，形成的圖像表面均勻無(wú)顆粒，說(shuō)明二者相互作用較好，PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青體系混溶很充分。當(dāng)PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比為2.5∶1時(shí)，可以觀察到PE仍能在C9石油樹(shù)脂改性瀝青中很好的分散，不存在顆粒，但是在圖像中形成了一些不規(guī)律的紋路，說(shuō)明如果PE質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)增大也許會(huì)嚴(yán)重影響PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青體系的相容性，導(dǎo)致改性效果大幅度降低。

3　結(jié) 論

（1）PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青的針入度下降幅度，軟化點(diǎn)和135 ℃運(yùn)動(dòng)粘度增加幅度比C9石油樹(shù)脂改性瀝青小，說(shuō)明PE的加入可以在很大程度上提高C9石油樹(shù)脂改性瀝青的耐高溫性，能夠進(jìn)一步控制C9石油樹(shù)脂改性瀝青在高溫時(shí)的軟化變形，在PE與C9石油樹(shù)脂的協(xié)同作用下，PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青的耐高溫性能要優(yōu)于PE、C9石油樹(shù)脂對(duì)瀝青的單獨(dú)改性。薄膜烘箱老化后，隨著PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量比的增大，PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青質(zhì)量損失減少、針入度比增大，PE與C9石油樹(shù)脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使PE與C9石油樹(shù)脂之間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)合力增大，很好的改善了 C9石油樹(shù)脂改性瀝青的老化性能。

表3　PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青性能Table 3　PE-C9 petroleum resin modified asphalt performance

（2）隨著PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量比的不斷增加，PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青的上、下軟化點(diǎn)之差逐漸變大，說(shuō)明隨著PE質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，PE-C9石油樹(shù)脂儲(chǔ)存穩(wěn)定性降低，在PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為2.5∶1時(shí)，PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性仍符合要求，說(shuō)明在C9石油樹(shù)脂結(jié)構(gòu)中芳香環(huán)和雙鍵的作用下，大大提高了PE與瀝青的相容性，進(jìn)而克服了PE改性瀝青不易高溫儲(chǔ)存的缺點(diǎn)。

（3）PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青充分突出了樹(shù)脂改性瀝青的優(yōu)勢(shì)，在PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比為2∶1時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到聚合物改性瀝青技術(shù)EVA、PE（II-C）級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，繼續(xù)增加PE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)使PE-C9石油樹(shù)脂改性瀝青的135 ℃運(yùn)動(dòng)黏度增大，這樣對(duì)生產(chǎn)和鋪設(shè)都是很不利的，通過(guò)以上分析可知，PE與C9石油樹(shù)脂質(zhì)量比的最佳值為2∶1。

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項(xiàng)目來(lái)源：撫順市科技攻關(guān)項(xiàng)目，合同號(hào)FSKJHT201378

通信聯(lián)系人：叢玉鳳（1965-），女，博士，教授，研究方向：石油化學(xué)品的研制與開(kāi)發(fā)。郵箱：yufengcong02@163.com。

Development of PE-C9 Petroleum Resin-modified Asphalt

LI Mao-ping，CONG Yu-feng，TANG Dong，HUANG Wei
（College of Chemistry，Chemical Engineering and Environmental Engineering，Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001，China）

Abstract：Influence of PE on penetration，softening point and viscosity of PE-C9 petroleum resin modified asphalt was investigated.And the aging and storage stability of PE-C9 modified asphalt were analyzed.The modification mechanism was discussed by using the four-component method，and the PE-C9 petroleum resin modified asphalt was characterized by scanning electron microscopy.The results reveal that when the PE and C9 petroleum resin mass ratio is 2：1，the penetration，saftening point and viscosity of the modified asphalt can meet the requirements，and aging properties and the high temperature storage performance are better.The four-component analysis shows that C9 petroleum resin can increase the content of aromatic content of modified asphalt system，promoting the swelling and adsorption of PE in C9 petroleum resin modified asphalt，and the stable network structure can be formed when the PE and C9 petroleum resin mass ratio is 2：1.

Key words：C9 petroleum resin；PE；Modified asphalt；Anti-aging properties

中圖分類號(hào)：TE 626.86

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-0460（2016）01-0018-04

作者簡(jiǎn)介：李茂平（1994-），女，四川遂寧人，研究方向：主要從事改性道路瀝青的研究。郵箱：943569356@qq.com。