第一届全国公路科技创新高层论坛论文集新技术新材料与新设备卷高聚物复合改性沥青技术钟德鹏陈枫刘开义（四川华新改性沥青有限公司成都 610041）摘要本文着重讨论了我国改性沥青工艺中溶剂法生产高聚物复合改性沥青的性能、机理以及溶剂回收问题。

工业实践证明：溶剂法具有使改性剂在沥青中分散好、可复合改性的特点；应用复合改性沥青技术能同时改善沥青的高温稳定性和低温抗裂性，且具有非常好的高温储存稳定性。

关键词改性沥青溶剂法复合改性一、前言改革开放和国民经济的发展，给交通事业快速发展提供了机遇。

“八五”开始，交通部实施“三主一支持”的交通建设长远发展规划，用几个五年计划的时间，重点建成“五纵七横”的国道主干线系统。

高等级公路建设的发展对路面使用性能和服务水平提出了更高的要求。

但是，随着高速公路的运行，公路病害不断暴露出来，成为制约高等级公路服务水平和降低养护成本的一个重要因素。

新建高速公路沥青路面产生早期损坏，除了设计和施工方面的原因外，材料性能差是很重要的因素。

为了克服病害的影响，有效技术措施之一是采用改性沥青做路面材料。

于是改性沥青便随公路建设的发展受到普遍重视和青睐。

但是，国内改性沥青生产设备和工艺落后成了改性沥青发展的关键，导致我国长期以来对改性沥青的研究和推广进展缓慢。

进入新时期，我国交通事业发展分三个阶段，于2050年实现公路交通现代化的战略目标。

今后几十年间，公路交通需求无疑给新型路面材料的研究和推广展示了广阔的前景。

改性沥青在克服公路病害方面表现出的优异性能，在实现我国公路交通现代化的进程中，必将得到更加广泛的应用和发展。

本文着重介绍采用溶剂法生产高聚物SBS和SBR复合改性沥青技术及工业化装置的有关问题，旨在为解决公路路面病害问题提供一种新的选择。

二、高聚物改性剂及改性工艺通过高聚物改性剂对沥青改性以后，使沥青及沥青混合料的路用性能得到很大提高。

目前国内外主要聚合物类改性剂有：苯乙烯—丁二烯的共聚物（SBR）；苯乙烯—丁二烯—苯乙烯的嵌段共聚物（SBS）；乙烯—醋酸乙烯共聚物（EV A）和聚乙烯（PE）等。

高聚物改性沥青的改性工艺可分以下几种：1、机械搅拌法：直接将改性剂加入热沥青中，在机械产生的剪切、挤压、对流和热力的综合作用下，使改性剂颗粒与沥青在高热下均匀混合，制成改性沥青。

2、胶体磨法：将聚合物改性剂和沥青一同加入间隙可以调整的胶体磨中混磨，从而形成均匀细分布的改性沥青。

3、胶乳法：可以生产改性乳化沥青和胶乳改性沥青。

将聚合物乳液加入乳化沥青中，最后破乳而制成改性乳化沥青。

将胶乳加入热沥青中，不断搅拌蒸发胶乳中的水份，制成胶乳改性沥青。

4、母体法：在工厂集中生产高剂量的改性沥青母体，施工时在热沥青中加入适量的母体，制成不同剂量要求的改性沥青。

5、溶剂法：将高聚物溶于有机溶剂中，再按路用要求的配比将改性剂溶液掺入到熔融的热沥青中，搅拌均匀，回收溶剂，聚合物就以细小粒径分布于沥青中，制成改性沥青。

129第一届全国公路科技创新高层论坛论文集新技术新材料与新设备卷机械搅拌法和胶体磨法都是建立在高聚物可以熔融的前提下的，因此只能适用在沥青中可以熔融的热塑型聚合物改性剂SBS、PE和EV A的加工。

由于SBR等橡胶型聚合物改性剂不能熔融，只能溶解，因此不能用该方法加工。

采用溶剂法生产改性沥青，聚合物改性剂的粒度很细且在沥青中的分散非常均匀，因此能达到很好的改性效果。

但是溶剂的回收非常困难。

溶剂回收后残留在产品中的溶剂既影响产品质量又增加生产成本，而且还存在安全生产和对环境的污染问题。

改性沥青生产设备存在的问题制约了改性沥青的研究和推广。

沈金安先生一针见血地指出：“我国之所以长期以来对改性沥青的研究和推广进展缓慢，不能不说是由于在改性沥青设备上陷入了误区，对PE、SBS等仅仅采用常规的机械搅拌方式，以致加工效果不明显，严重影响了改性沥青的发展。

所以，改性沥青设备成了发展改性沥青的关键”。

本文提出的高聚物SBS和SBR复合改性沥青技术及工业化装置，就是针对改性沥青设备存在的问题，成功地采用溶剂法生产改性沥青，并实现了多品种改性剂的复合改性。

三、高聚物SBS和SBR复合改性沥青技术及工业化装置工厂化生产符合公路建设要求的改性沥青，是加快我国改性沥青研究和推广的关键。

为此我们研制了工业化生产装置。

研制本装置要解决的技术关键是：1、保证高聚物改性剂在沥青中形成良好的分散，使改性沥青具有优良的路面使用性能。

2、改性后的沥青成品需具有较好的熔融性和稳定性，以满足施工和储存的要求。

为了解决这两方面技术关键，采取了以下措施：1、选用溶剂法生产高聚物复合改性沥青，并成功地开发了相应的工业化装置。

在聚合物—沥青的复合体系中，要完全达到聚合物以分子的形式分散在沥青中非常困难。

从分散效果的角度看，溶剂法生产时，改性剂借助有机溶剂被溶解成溶液以后才与沥青混合，混合以前以分子状态进入沥青，因此分散效果比纯机械剪切作用和热作用的效果好，而且在沥青中分散均匀，能形成网状结构。

采用低剂量的改性剂就可以达到较好的改性效果。

该工业化装置解决了高聚物复合改性问题。

可以生产不同沥青标号，不同改性剂类型，不同改性剂剂量的改性沥青。

如SBS、SBR、PE、EV A和PS等改性剂均能适用。

2、采用SBR与热塑性改性剂复合改性沥青技术。

SBR是丁二烯和苯乙烯单体无规共聚的产物，分子量高达10~30万，玻璃化温度低（＜-70℃）的橡胶类聚合物。

与其他常规改性剂SBS、PE、EV A等相比，SBR与沥青具有良好的相容性。

SBR 通过改性工艺均匀分布在沥青中，当浓度超过临界缠结浓度时，无规的SBR的分子链发生交叠，相互缠绕形成了一种穿网结构，可以看成一无规线团。

因此SBR改性的沥青具有较好的高温稳定性和低温变形能力。

而且沥青中掺入SBR可提高SBS、PE等与沥青的相容能力，使改性效果更好。

3、采取工艺技术措施解决了溶剂在沥青中的分离、脱出、回收和回收以后复用问题。

制约溶剂法生产改性沥青技术发展的关键技术是溶剂在沥青中的分离、脱出技术和溶剂的回收复用技术。

本装置在优化溶剂种类的基础上，采用先进的溶剂分离、脱出和回收技术，很好地解决了这一问题。

目前溶剂消耗5kg/T以下，成品改性沥青中的溶剂残留量0.3%以下。

通过薄膜烘箱加热试验和其他指标的测试表明，残留的溶剂对产品质量无影响。

4、保证安全生产，对环境无影响。

本工业化装置设计时采用了严格的密封技术，原材料和辅料在密闭条件下运行。

由于产品生产过程是在负压下进行的，所以除了人为事故外，溶剂不可能在加工过程中泄漏出来危害安全生产，污染环境。

130第一届全国公路科技创新高层论坛论文集 新技术新材料与新设备卷131该装置开发成功以后，从1996年开始，分别在青海、西安和四川投入工业化生产。

产品先后在青藏公路、西宁机场、陕西、哈尔滨、重庆、福建、上海、湖北、广东、四川等省市的高等级公路上应用，取得了良好效果。

经过生产实践和公路建设推广应用的考验，该技术于1999年3月通过了四川省科委鉴定，国家科学技术部将该技术列入了2001年国家科技成果重点推广计划指南项目。

四、复合改性沥青微观结构分析关于沥青在掺入橡胶等改性剂后其高温、低温性能获得改善的机理，各国科学家一直有很大的研究兴趣。

早先人们曾试图用沥青与聚合物间形成化学链来解释，但大量红外光谱的结果已经证明大部分橡塑改性沥青中基本上无任何新的化合物产生。

本文借助电镜通过对橡塑改性沥青微观结构的研究，探讨在微观上形成网状结构的橡胶改性沥青机理。

图1为扫描镜对溶剂法制备的SBS/SBR 复合改性沥青样品的观察结果，结果表明SBS/SBR 复合改性沥青的微观结构具有以下特点：改性剂SBR 和SBS 在沥青中形成网状结构，部分的SBS 颗粒附着在纤维状的SBR 之上，未发现孤立的SBS 颗粒；SBR 与沥青界面处相当模糊，界面厚度较大，因此界面具有良好的粘结性。

研究表明，SBR 在改性沥青中是以互穿网状结构存在而达到改性的目的。

当SBR 与SBS 等组合形成的复合改性剂掺加在沥青中后，由于大分子交联作用，橡塑材料（复合改性剂）在沥青中形成比单一SBR 改性更大的、更复杂的、无规则的互穿网结构。

其中含有：苯乙烯等环状结构（硬段），起抗流动作用，主要提高沥青粘结料的高温性能；丁二烯等线型结构（软段），起延伸变形作用，主要提高沥青粘结料的延伸性能。

由于聚合物网络经无规“延伸”，在一定范围内存在长链线型结构，赋予沥青以一定程度的弹性，从而大大增加了沥青的低温形变能力，表现为低温下延度增大和脆点降低；同时由于聚合物网络经无规“扩展”，互穿网结构或局部互穿网团形成阻力，赋予沥青能抵抗因温度作用的流动变形，表现为软化点和粘度的提高。

试样一试样二图一 扫描镜观察的改性沥青结构图同时互穿网结构使橡胶分子等聚合物网络“节点”，在沥青中形成局部应力吸收中心，当外力作用时，先在聚合物网络“节点”周围产生应力剪切银纹，应力要克服聚合物网络“节点”的引力才第一届全国公路科技创新高层论坛论文集 新技术新材料与新设备卷132能作用到沥青分子上，表现出聚合物改性沥青的高温变形受阻和低温结晶速度减缓，从而起到复合改性剂同时提高沥青的高温和低温的效果。

正是由于这些微观结构上的特征，使得用溶剂法生产的SBS/SBR 等复合改性沥青在低剂量的改性剂时即具有良好的高、低温性能以及优良的弹性和粘结性。

而单纯采用机械剪切法生产的SBS 改性沥青不能形成这种网状的微观结构，虽然其改性剂用量大，但改性效果特别是改性剂的功能发挥欠佳。

采用此工业装置实现工厂化生产后，复合改性剂改性的沥青材料可以适应不同地区、不同气候环境的道路对沥青性能的不同要求。

五、橡塑复合改性沥青的性能指标表1为采用溶剂法，对兰炼90号沥青进行复合改性的实验结果。

实验结果表明采用复合改性技术可明显提高沥青的高、低温性能和温度敏感性，具体体现在软化点、5℃延度和PI 值较原样沥青有大幅度的提高。

在应用本装置生产复合改性沥青过程中发现：在溶剂和高温的共同作用下，改性剂与沥青的相容性增大；特别是掺加PE 复合改性后，由于SBR 等的存在，在溶剂和高温作用下，改性剂PE 的沉淀明显减少，PE 与SBS 、SBR 等均匀分散在沥青中，这样可充分发挥改性剂的改性能力。

表1复合改性沥青的性能技 术 指 标产品1 产品2 产品3 针入度25℃，100g ，5s （0.1mm ）60.2 64 87 针入度指数PI0.2 1．3 - 0．86 延度5℃，5cm/min(cm)57 48 >150 软化点T R ＆B （℃）64.5 90.7 52 运动粘度135℃（Pa · s ）1.282.67 0.61 闪点（℃）326 345 304 溶解度（％）99.6 99.5 99.6 离析，软化点差（℃）1.0 1.5 0.6 弹性恢复25℃（%）85 95 — 质量损失（％） 0.34 0.45 0.43 针入度比25℃（％） 77 75 67 RTFOT后残留物 延度5℃（cm ） 35 34 64六、经济与社会效益分析采用国外改性技术生产改性沥青，其改性成本普遍为1000~1200元/T 。