摘 要

因为SBS改性沥青拥有优良的性能，所以它被广泛的应用在了道路建设中。但SBS改性沥青在长期使用过程中，由于受到紫外光、热、雨水等的作用，改性剂SBS会发生严重的老化降解，很大程度的影响了SBS改性沥青的性能，因此对老化SBS改性沥青进行再生，对提高SBS改性沥青的性能具有重大意义。为了提高老化SBS再生的效果，可通过在SBS分子结构上接枝马来酸酐来改善SBS极性差的弱点，进而提高SBS分子的表面反应活性，增大偶联剂与老化SBS的反应几率，以达到高效再生老化SBS分子结构的目的。

本文采用马来酸酐为接枝单体，对SBS进行接枝改性，采用高沸点溶剂替代沥青，以SBS-g-MA在高沸点溶剂中的热老化和紫外光老化模拟SBS-g-MA在沥青中的热老化和紫外光老化，采用偶联剂4，4’-亚甲基双异氰酸酯（MDI）来对老化SBS-g-MA的结构进行再生，通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）测试对SBS-g-MA老化前后的结构进行表征，同时，对再生前后的SBS-g-MA改性沥青的性能（延度、软化点）进行测试以评价再生效果。主要研究结果表明：

（1）通过对SBS-g-MA接枝率的测定发现，在一定范围内，SBS-g-MA的接枝率会随着马来酸酐用量的增加而增加；

（2）通过FTIR-XPS测试发现，延长老化时间、提高老化温度、增大空气流量和增强紫外光辐照强度等使得SBS-g-MA分子结构中部分C=C转化成了C=O，SBS-g-MA分子中C元素含量降低，O元素含量升高，说明改变这些条件均可使SBS-g-MA的老化程度加重；

（3）通过FTIR测试发现，MDI对热老化SBS-g-MA和紫外光老化SBS-g-MA再生后，红外光谱中出现氨类N-H伸缩振动峰，说明MDI对老化SBS-g-MA再生有效果，并通过对其改性沥青低温延度和软化点的测试，验证了这一结论，同时发现MDI对紫外光老化SBS-g-MA再生效果更佳。

关键词：马来酸酐接枝SBS；老化；修复；改性沥青

Abstract

SBS modified asphalt performance. It has been widely used in road construction. SBS modified asphalt will be serious degradations due to the effect of ultraviolet light, heat, rain, etc. that seriously affecting the performance of SBS modified asphalt. To improve the performance of SBS modified asphalt, the regeneration of aging SBS will be of great significance. In order to improve the effect of regeneration of aging SBS, by grafting MA on the structure of SBS to improve its polarity, that can improve the surface reactivity of SBS molecule, increase the probability of reaction of the coupler with SBS aging, so that can improve the effect of regeneration.

In this paper, a maleic anhydride graft monomer, grafting of SBS modified asphalt using high-boiling point solvent substitution to SBS-g-MA in a high boiling solvent, heat aging and UV aging analog SBS-g-MA asphalt thermal aging and UV aging, the use of a coupling agent 4,4'-methylene diisocyanate (MDI) to aging SBS-g-MA structure is regenerated by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR ) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) to test the structure of SBS-g-MA before and after aging were characterized at the same time, the performance of SBS-g-MA asphalt before and after regeneration (ductility, softening point) to be tested evaluation of regeneration. The main results show:

(1)The results show that the grafting rate increases with the increasing of MA within a certain range by the texting of grafting rate of SBS-g-MA;

(2)extending aging time, improving the aging temperature, increasing the air flow and enhancing UV radiation intensity all can make the aging aggravated, make the C=C converted into C=O in the structure of SBS, the carbon content decreased and oxygen content increased in the molecule of SBS.

(3)We found N-H stretching vibration after MDI fixing the thermal aging SBS-g-MA and UV aging SBS-g-MA by FTIR, indicating MDI have effect on the regeneration of aging of SBS-g-MA , by texting the low temperature ductility and softening point also can verify this conclusion. We also found MDI have a better effect on the regeneration of UV aging SBS-g-MA than thermal aging SBS-g-MA.

Key words: SBS-g-MA; aging; repair; modified asphalt

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪 论 1

1.1 研究背景 1

1.2 SBS改性沥青研究现状 1

1.2.1 SBS改性沥青机理 1

1.2.2 SBS改性沥青老化的研究 1

1.2.3 SBS改性沥青的再生研究 2

1.3 马来酸酐接枝SBS的制备及其光热老化 3

1.3.1 马来酸酐接枝SBS的制备方法 3

1.3.2 马来酸酐接枝SBS的光热老化 4

1.4 研究目的及意义 4

1.5 研究内容 5

第2章 实验部分 6

2.1 实验原料与仪器 6

2.1.1 实验原料 6

2.1.2实验仪器及设备 7

2.2 马来酸酐接枝SBS的制备及其接枝率的测定 7

2.2.1 马来酸酐接枝SBS的制备 7

2.2.2 马来酸酐接枝SBS接枝率的测定 7

2.3 马来酸酐接枝SBS的老化 8

2.3.1 热老化马来酸酐接枝SBS 8

2.3.2 紫外光老化马来酸酐接枝SBS 8

2.4 MDI偶联再生老化马来酸酐接枝SBS 8

2.4.1 MDI偶联再生热老化马来酸酐接枝SBS 8

2.4.2 MDI偶联再生紫外光老化马来酸酐接枝SBS 8

2.5 改性沥青的制备 9

2.6 表征与测试 9

2.6.1 傅里叶变换红外光谱 9

2.6.2 X射线光电子能谱 9

2.6.3 改性沥青低温延度测试 9

2.6.4 改性沥青软化点测试 10

第3章 结果与讨论 12

3.1 马来酸酐接枝SBS 12

3.1.1 马来酸酐接枝SBS的红外光谱 12

3.1.2 马来酸酐用量对马来酸酐接枝SBS接枝率的影响 12

3.2 老化条件对马来酸酐接枝SBS结构的影响 13

3.2.1热老化时间对马来酸酐接枝SBS结构的影响 13

3.2.2热老化温度对马来酸酐接枝SBS结构的影响 15

3.2.3 空气流量对热老化马来酸酐接枝SBS结构的影响 16

3.2.4 紫外光强对马来酸酐接枝SBS结构的影响 16

3.3 偶联剂对马来酸酐接枝SBS结构的再生 18

3.3.1 偶联反应温度对MDI再生热老化马来酸酐接枝SBS的影响 18

3.3.2 偶联反应温度对MDI再生紫外光老化马来酸酐接枝SBS的影响 18

3.4 偶联再生的马来酸酐接枝SBS改性沥青的性能评价 19

3.4.1低温延度 19

3.4.2 软化点 20

第4章 结论 22

参考文献 23

致 谢 25

第1章 绪 论

1.1 研究背景

随着我国交通运输业的不断发展，公路建设向着高速重载方向发展。截至2015年底，我国高速公路总里程已超过12.5万公里，其中90%以上为沥青路面。而自从上个世纪以来，国际上便开始采用聚合物改性沥青来铺筑路面，其中尤以SBS改性沥青的使用最为广泛^[1]。SBS是以苯乙烯和丁二烯为单体共聚形成的线型或星型的三嵌段共聚物，其具有高韧性、高拉伸强度、高伸长率、高耐磨性以及优异的耐高低温性能，因此将其应用于沥青改性能够有效提高沥青的高低温性能，是目前世界上使用最广泛的沥青改性剂^[2-4]。

虽然SBS作为改性剂能够对沥青的高低温性能起到改善作用，但其在改性沥青的服役过程中同样会受到紫外光、热、雨水等多重作用下而发生老化^[5-6]，进而影响了SBS改性沥青道路的性能，以致短短几年之内新铺设的改性沥青路面就面临着严峻的养护问题，在养护过程中产生的大量铣刨旧料也会给资源与环境带来巨大的压力。因此，研究如何再生SBS改性沥青对延长SBS改性沥青路面的使用寿命具有重要的意义。

1.2 SBS改性沥青研究现状

1.2.1 SBS改性沥青机理

SBS改性沥青的机理分为物理共混和化学改性两类，其中，物理改性为主要机理^[7]。物理共混之时，因为沥青组分中油分的作用，SBS微粒发生溶胀，均匀的分散到了沥青中，SBS与沥青之间只存在着一种分子间作用力；而化学改性指的是在沥青中加入了添加剂之后，沥青和SBS之间发生了加成、交联或接枝等化学反应，形成了较强的共价键或离子键，从而使得沥青的化学性质得以改善^[8]。