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。隨著科學技術進步和經(jīng)濟建設事業(yè)的發(fā)展,將進一步推動改性瀝青的品種開發(fā)和生產(chǎn)技術的發(fā)展。改性瀝青的品種和制備技術取決于改性劑的類型、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用的材料,多年來評價了各種類型改性劑,并開發(fā)出相應的配方和制備方法,但多數(shù)已工程實用的改性瀝青屬于專利技術
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,貨運車的軸重不斷增加,普遍實行分車道單向行駛,要求進一步提高路面抗流動性,即高溫下抗車轍的能力;提高柔性和彈性,即低溫下抗開裂的能力;提高耐磨耗能力和延長使用壽命。現(xiàn)代建筑物普遍采用大跨度預應力屋面板,要求屋面防水材料適應大位移,更耐受嚴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、其他橡膠類改性瀝青(如乙丙橡膠、丁腈橡膠等)。 塑料與合成樹脂類改性瀝青 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、香豆桐樹脂改性瀝青、環(huán)氧樹脂改性瀝青、α-烯烴類無規(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加入到瀝青中對瀝青進行改性。這里所說的兩種以上的聚合物可以是兩種單獨的高分子聚合物,也可以是事先經(jīng)過共混形成高分子互穿網(wǎng)絡的所謂高分子合金。
瀝青的化學組成結構與瀝青膠體結構、物理性能、流變性能的關系相當復雜,瀝青改性是通過改善瀝青體系的內(nèi)部結構實現(xiàn)對瀝青物理性能的改善的。 改性瀝青相容體系的穩(wěn)定性有兩個含義,一個是體系的物理穩(wěn)定性,即在熱儲存過程中聚合物顆粒與瀝青相不發(fā)生分離或離析;另一個是化學穩(wěn)定性,即在熱儲存過程中隨時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,都需要通過基質(zhì)瀝青和聚合物間配伍性研究及加入適宜的助劑實現(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,都是因為聚合物的存在改善了瀝青的高、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)狀結構,是最大限度發(fā)揮聚合物改性作用的關鍵。 改性瀝青網(wǎng)狀結構形成的一種說法是聚合物吸附、溶脹、發(fā)生相轉化的過程。在聚丙烯改性瀝青過程中,高溫下的聚合物吸附瀝青中的油分,并溶脹體積擴大,鏈擴展,當聚合物的量達到一定值時,溶脹后聚合物的體積達到連續(xù)相所需要的體積時,體系發(fā)生相轉化,聚合物由分散相轉化為連續(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)狀結構的形成的第二種說法是聚合物纏繞瀝青第二結構的過程。這一說法的前提是基質(zhì)瀝青第二結構的存在。這種說法認為,基質(zhì)瀝青中縮合度較強的芳香環(huán)具有帶正電荷和負電荷的極性部分,這種分子的存在使得基質(zhì)瀝青體系具有了像蛋白質(zhì)、尼龍一樣的棒狀類似聚合物的結構,這種結構賦予了瀝青一定的彈性,瀝青中的中性部分分散在棒狀結構中,使體系的粘度增加。當體系加熱時,這種棒狀結構被破壞,當然這種破壞是可逆的。 瀝青經(jīng)SBS改性后,沒有改變自身及瀝青分子的化學結構單元,改性過程以物理改性為主;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)轉變;瀝青組分對聚合物粒子的充分溶脹和聚合物粒子對瀝青組分的良好吸附是對瀝青進行聚合物改性、提高瀝青性能的基礎,瀝青組分對聚合物粒子的溶脹和聚合物粒子對瀝青組分的吸附是一個動態(tài)的過程,這種動態(tài)過程會對聚合物改性瀝青的空間三維網(wǎng)狀結構產(chǎn)生很大的影響,進而影響其性能。
SBS屬于苯乙烯類熱塑性彈性體,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)兩相結構,聚丁二烯為連續(xù)相,聚苯乙烯為分散相,使其具有2個玻璃化轉變溫度,第一個玻璃化轉變溫度(Tg1)為-88~-83℃,第二個玻璃化轉變溫度(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、硫化增強及防冷流作用,具有硫化橡膠的高彈性和抗疲勞性能,當溫度升至Tg2時,聚苯乙烯相軟化和流動使得SBS具有樹脂流動加工性。這種兩相分離結構使其能與瀝青基質(zhì)形成空間立體網(wǎng)絡結構,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能夠同時改善瀝青的高低溫性能及感溫性能,使其成為研究和應用最多的品種,SBS改性瀝青占全球瀝青需求量的61%之多。