张林平 张俊博

1 概述

SBS改性沥青以其优异的路用性能，已经成为道路改性沥青的主流品种。随着SBS改性沥青的普及，改性沥青机理研究的深入，SBS改性沥青的制作工艺也已形成共识(见图1)。

我们知道SBS改性沥青中的SBS(苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段共聚物)是一种弹性好、强度高、耐低温的热塑性弹性体，分子量大于50000，密度0.93左右。而沥青是一种复杂的，以沥青质为核心，在周围吸附胶质后形成溶质，分散在以芳香酚为增溶剂的饱和酚溶剂中的胶体，具有稳定的胶体结构，分子量通常在1000左右，密度大于或接近1。二者形态和结构、分子量等的差异，决定了SBS改性沥青很难形成稳定的混合物结构，即使通过图1高速剪切或研磨，也很难在静止状态获得结构稳定、性能优良的改性沥青。虽然改性沥青的混合物状态我们难以直接观察，但是通过显微镜可以清晰的看到其微观结构。

2 试验

我们按照SBS改性沥青的制作工艺，在不加任何外加剂的情况下进行SBS改性沥青的制作。取样后制取显微镜观察片，可以看出SBS和沥青很难形成一个体系稳定的混合物。因此要获得性能优良、体系稳定的SBS改性沥青通常在生产中要加入一些外加剂。

3 外加剂的作用

外加剂在改性沥青中的作用有增加相容性、补充组分以及通过化学反应形成网状结构等。按其作用，目前市场上的外加剂大致可分为增加相容性的相容剂、补充组分的增延剂、通过化学反应形成网状结构的稳定剂等。我们可以通过显微镜对改性沥青的微观状态进行分析和比较，发现这些外加剂在SBS改性沥青中的作用，下面我们对其一一分析。

3.1 相容剂

大量的实验研究证明，在SBS物理改性中SBS改性剂与沥青并没有发生明显的化学反应，只是分散、吸附于沥青中，形成共存共融状态。这种状态的稳定性取决于二者的相容性。

所谓相容性是指改性剂以微细的颗粒均匀、稳定地分布在沥青介质中，不发生分层、凝聚或者互相分离的现象的性质。它取决于改性剂和沥青两种不同的相的界面上的相互作用——溶解和吸附。溶解和吸附取决于溶解度参数和分子结构，二者越接近相容性或配伍性越好，改性剂分散均匀或者形成网状结构;反之，相容性和配伍性不好，改性剂析出、分层。所以，同一种改性剂对不同的沥青，不同的改性剂对同一种沥青，都会有不同的改性效果。

因此改性沥青的性能取决于改性剂与基质沥青的混融状态及体系的稳定性，而体系的稳定性又和基质沥青的组成密切相关。

3.1.1 物理相容剂

我们知道SBS是苯乙烯—丁二烯—苯乙烯的嵌段共聚物，具有海岛型结构。苯乙烯段(硬段)在分子两端，提供强度，丁二烯段(软段)在中间，提供弹性。其在沥青中的溶解主要是苯乙烯段和丁二烯段在沥青中的溶解。根据“相似相容”和溶解度参数接近原理，苯乙烯段和沥青中的芳香酚相容性高，丁二烯段和沥青中饱和酚相容性好。

相容剂正是基于此理论提出的，要么增加沥青对聚合物的溶胀;要么通过聚合物反应，增加聚合物在沥青中的溶胀成分。

增加沥青对聚合物溶胀的相容剂，也叫物理相容剂。其主要成分要么是芳香酚，要么为饱和酚，或者是二者的混合物。相容剂在改性过程中随SBS一起加入，对聚合物起溶胀作用，以提高SBS与沥青的相容性。通过显微镜我们可以看到加有相容剂的SBS改性沥青其SBS颗粒明显减小，但是我们应该注意如果物理相容剂加量太多将使SBS溶解于沥青，形成SBS溶液则改性沥青的高温性能会大打折扣。

3.1.2 化学相容剂

增加聚合物在沥青中的溶胀，也叫化学相容剂。其主要是通过聚合物反应增加与沥青可溶的成分，比如聚合物环化、加氢、接枝等，形成SEBS等具有一定单键的聚合物。这种新型聚合物由于单键的存在，增加了其与沥青中饱和酚的相容性。这种方法往往是SBS提前进行反应形成新的聚合物，再用来对沥青进行改性。化学相容在同样剪切条件下其与沥青的相容性要好于物理相容。

但我们应该注意到:新型聚合物由于其将SBS中丁二烯的部分双键变成了单键，增加了改性剂与沥青的相容性，虽然改性沥青的高温性能没有降低，但是其低温性能却由于丁二烯双键的减少而有所降低。

物理相容剂在SBS改性防水材料(SBS含量12%以上)中应用较多，在道路改性沥青中由于会使SBS改性沥青高温性能受到影响，一般较少单独使用。

3.2 增延剂

在相容性分析中，我们已经知道了改性沥青的改性效果与沥青组成密切相关。比利时FINA公司、壳牌公司研究所的研究指出:沥青的组成与改性剂的相容性以及改性效果密切相关。日本JSR合成橡胶株式会社则提出了一个指标CI=(沥青质+饱和酚)/(芳香酚+胶质)作为沥青是否适合改性的评价指标，认为CI在30%左右改性效果最好。

根据JSR公司研究，国产原油炼制的基质沥青因为组成的组分不尽合理，CI值一般在40%～65%，和改性剂的相容性不是很好。因此往往使用低剂量(3.0%～4.5%)改性剂生产改性沥青，改性的结果是改性沥青成品软化点普遍偏低，高温性能大打折扣。

可是国内超载现象普遍，重载、大交通量的路面使用环境对改性沥青的高温性能要求较高。因此使用国产原油生产的沥青制作改性沥青，国内必须也应该使用高剂量改性剂(4.5%～6%)。我们知道制作改性沥青的温度较高，沥青中的轻质油分随着高温挥发导致含量降低，基质沥青中芳香酚若本身含量低，就难以溶解较高剂量的SBS，造成了SBS改性剂相容性下降。改性沥青性能表现为低温延度数值偏低，弹性恢复性能不够理想。

基于国产沥青的组成以及改性沥青性能的要求，增延剂这种功能性改性沥青外加剂已经在市场上出现。其主要成分是芳香酚和环烷油以及芳香酚类胶质，或者是三者的混合物，旨在增加SBS中苯乙烯部分的相容。使用时在剪切或研磨完毕加入，以尽量减少芳香酚和环烷油的挥发，促使SBS在更小颗粒状态与含有增延剂的沥青相容。

增延剂在道路改性沥青中使用较普遍，比单纯使用物理相容剂效果要好得多。因此一些单位出于经济效益考虑，往往将物理相容剂和增延剂混合在一起，并以增延剂命名使用。

3.3 稳定剂

SBS改性沥青是SBS和基质沥青的混合物，由于二者性能和结构的差异，决定了其无法形成稳定的体系。但是沥青中含有羰基、羧基、羟基、酯基等极性集团，可发生加成、缩聚等反应。SBS中含有不饱和双键，也可发生加成和缩聚反应。因此既可以与沥青又可以与SBS发生反应，形成新的共混物——SBS与沥青交联，SBS与SBS交联，沥青与SBS交联，发生复杂的化学反应，形成性能较好，体系比较稳定的新结构。这就是所谓的反应型外加剂——稳定剂。

反应后的SBS改性沥青体系性能优于未反应的物理改性体系。化学改性的改性沥青粘稠度增加，弹性和强度增加，储存稳定性增加，离析较小。即使使用相同的稳定剂、SBS和制作条件，但是由于所用基质沥青不同，其微观结构相差也较大。

SBS、基质沥青、相容剂、稳定剂四者之间存在一定的匹配性，也就是说并不是一种稳定剂具有普适性。一种稳定剂可能对于一种SBS、基质沥青、相容剂有效，但对于另一种SBS、基质沥青、相容剂可能就效果不明显，抑或出现改性沥青性能变坏的效果。稳定剂是否适用必须通过试验确定，其效果也必须综合考虑改性沥青性能和经济性。

4 结语

我们通过显微镜观察SBS改性沥青的微观结构，发现了改性沥青外加剂在改性沥青中主要作用是提高体系稳定性，其体系是否稳定我们也可以通过显微镜进行观察。无论相容剂、增延剂还是稳定剂，与SBS、基质沥青之间存在一定的匹配性，其作用都是为了提高SBS改性沥青体系的稳定性，形成性能良好、结构稳定的基质沥青和聚合物的共混物。

1)外加剂能够增进SBS改性沥青体系的稳定性;

2)SBS改性沥青体系的稳定性可以通过显微镜观察;

3)外加剂与改性剂、基质沥青存在匹配性，外加剂的选用需要通过实验确定;

4)外加剂的添加量应以改性沥青性能和经济性原则综合考虑。

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