改性瀝青防水卷材和涂料主要用于高檔建筑物的防水工程。隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展,將進(jìn)一步推動(dòng)改性瀝青的品種開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。改性瀝青的品種和制備技術(shù)取決于改性劑的類(lèi)型、加入量和基質(zhì)瀝青(即原料瀝青)的組成和性質(zhì)。由于改性劑品種繁多,形態(tài)各異,為了使其與石油瀝青形成均勻的可供工程實(shí)用的材料,多年來(lái)評(píng)價(jià)了各種類(lèi)型改性劑,并開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的配方和制備方法,但多數(shù)已工程實(shí)用的改性瀝青屬于專(zhuān)利技術(shù)
現(xiàn)代公路和道路發(fā)生許多變化:交通流量和行駛頻度急劇增長(zhǎng),貨運(yùn)車(chē)的軸重不斷增加,普遍實(shí)行分車(chē)道單向行駛,要求進(jìn)一步提高路面抗流動(dòng)性,即高溫下抗車(chē)轍的能力;提高柔性和彈性,即低溫下抗開(kāi)裂的能力;提高耐磨耗能力和延長(zhǎng)使用壽命?,F(xiàn)代建筑物普遍采用大跨度預(yù)應(yīng)力屋面板,要求屋面防水材料適應(yīng)大位移,更耐受?chē)?yán)酷的高低溫氣候條件,耐久性更好,有自粘性,方便施工,減少維修工作量。使用環(huán)境發(fā)生的這些變化對(duì)石油瀝青的性能
橡膠及熱塑性彈性體改性瀝青 包括:天然橡膠改性瀝青、SBS改性瀝青(使用最為廣泛)、丁苯橡膠改性瀝青、氯丁橡膠改性瀝青、順丁橡膠改性瀝青、丁基橡膠改性瀝青、廢橡膠和再生橡膠改性瀝青、其他橡膠類(lèi)改性瀝青(如乙丙橡膠、丁腈橡膠等)。 塑料與合成樹(shù)脂類(lèi)改性瀝青 包括:聚乙烯改性瀝青、乙烯-乙酸乙烯聚合物改性瀝青、聚苯乙烯改性瀝青、香豆桐樹(shù)脂改性瀝青、環(huán)氧樹(shù)脂改性瀝青、α-烯烴類(lèi)無(wú)規(guī)聚合物改性瀝青。 共混型高分子聚合物改性瀝青 用兩種或兩種以上聚合物同時(shí)加入到瀝青中對(duì)瀝青進(jìn)行改性。這里所說(shuō)的兩種以上的聚合物可以是兩種單獨(dú)的高分子聚合物,也可以是事先經(jīng)過(guò)共混形成高分子互穿網(wǎng)絡(luò)的所謂高分子合金。
瀝青的化學(xué)組成結(jié)構(gòu)與瀝青膠體結(jié)構(gòu)、物理性能、流變性能的關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜,瀝青改性是通過(guò)改善瀝青體系的內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)瀝青物理性能的改善的。 改性瀝青相容體系的穩(wěn)定性有兩個(gè)含義,一個(gè)是體系的物理穩(wěn)定性,即在熱儲(chǔ)存過(guò)程中聚合物顆粒與瀝青相不發(fā)生分離或離析;另一個(gè)是化學(xué)穩(wěn)定性,即在熱儲(chǔ)存過(guò)程中隨時(shí)間的增加改性瀝青的性能不能有明顯的變化。改性瀝青的相容性和穩(wěn)定性,都需要通過(guò)基質(zhì)瀝青和聚合物間配伍性研究及加入適宜的助劑實(shí)現(xiàn)。 瀝青與聚合物混合形成相容體系,改善了瀝青的使用性能。根據(jù)瀝青的改性原理,不論是聚合物吸附了瀝青中的油分溶脹后分布在瀝青中,還是聚合物吸附了瀝青中的油分溶脹后形成連續(xù)相,瀝青重組分分布在聚合物相中,都是因?yàn)榫酆衔锏拇嬖诟纳屏藶r青的高、低溫性能,并且后者在更大程度上反映了聚合物的特性,因此,聚合物吸附瀝青中的油分形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),是最大限度發(fā)揮聚合物改性作用的關(guān)鍵。 改性瀝青網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成的一種說(shuō)法是聚合物吸附、溶脹、發(fā)生相轉(zhuǎn)化的過(guò)程。在聚丙烯改性瀝青過(guò)程中,高溫下的聚合物吸附瀝青中的油分,并溶脹體積擴(kuò)大,鏈擴(kuò)展,當(dāng)聚合物的量達(dá)到一定值時(shí),溶脹后聚合物的體積達(dá)到連續(xù)相所需要的體積時(shí),體系發(fā)生相轉(zhuǎn)化,聚合物由分散相轉(zhuǎn)化為連續(xù)相,瀝青球形顆粒分布在聚合物連續(xù)相中。 改性瀝青網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成的第二種說(shuō)法是聚合物纏繞瀝青第二結(jié)構(gòu)的過(guò)程。這一說(shuō)法的前提是基質(zhì)瀝青第二結(jié)構(gòu)的存在。這種說(shuō)法認(rèn)為,基質(zhì)瀝青中縮合度較強(qiáng)的芳香環(huán)具有帶正電荷和負(fù)電荷的極性部分,這種分子的存在使得基質(zhì)瀝青體系具有了像蛋白質(zhì)、尼龍一樣的棒狀類(lèi)似聚合物的結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)賦予了瀝青一定的彈性,瀝青中的中性部分分散在棒狀結(jié)構(gòu)中,使體系的粘度增加。當(dāng)體系加熱時(shí),這種棒狀結(jié)構(gòu)被破壞,當(dāng)然這種破壞是可逆的。 瀝青經(jīng)SBS改性后,沒(méi)有改變自身及瀝青分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)單元,改性過(guò)程以物理改性為主;SBS易吸收瀝青中的飽和分發(fā)生溶脹,溶脹后的SBS極性更接近膠質(zhì); SBS與瀝青組擠的部分相容性改變了瀝青組分分布,從而影響瀝青的相態(tài)轉(zhuǎn)變;瀝青組分對(duì)聚合物粒子的充分溶脹和聚合物粒子對(duì)瀝青組分的良好吸附是對(duì)瀝青進(jìn)行聚合物改性、提高瀝青性能的基礎(chǔ),瀝青組分對(duì)聚合物粒子的溶脹和聚合物粒子對(duì)瀝青組分的吸附是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程,這種動(dòng)態(tài)過(guò)程會(huì)對(duì)聚合物改性瀝青的空間三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的影響,進(jìn)而影響其性能。
SBS屬于苯乙烯類(lèi)熱塑性彈性體,是苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物, SBS中聚苯乙烯鏈段和聚丁二烯鏈段明顯地呈現(xiàn)兩相結(jié)構(gòu),聚丁二烯為連續(xù)相,聚苯乙烯為分散相,使其具有2個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,第一個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg1)為-88~-83℃,第二個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg2)為90℃,在Tg1~Tg2之間端基聚苯乙烯聚集在一起形成微區(qū)分散于聚丁二烯連續(xù)相之間,起到物理交聯(lián)、固定鏈段、硫化增強(qiáng)及防冷流作用,具有硫化橡膠的高彈性和抗疲勞性能,當(dāng)溫度升至Tg2時(shí),聚苯乙烯相軟化和流動(dòng)使得SBS具有樹(shù)脂流動(dòng)加工性。這種兩相分離結(jié)構(gòu)使其能與瀝青基質(zhì)形成空間立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而有效地改善瀝青的溫度性能、拉伸性能、彈性、內(nèi)聚附著性能、混合料的穩(wěn)定性、耐老化性等。在眾多的瀝青改性劑中,SBS能夠同時(shí)改善瀝青的高低溫性能及感溫性能,使其成為研究和應(yīng)用最多的品種,SBS改性瀝青占全球?yàn)r青需求量的61%之多。