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辐射接枝共聚与道路沥青改性

SBS和沥青在物理、化学性质方面均存在较大的差异, SBS与沥青共混难以形成稳定的体系,造成目前SBS改性沥青存在诸多问题,如:(1)难加工,必须采用专用的高剪切混合或胶体磨设备,能耗高、生产效率低;(2)质量不稳定,易发生离析现象,使得改性沥青的性能受到很大影响;(3)不宜储存,甚至需要采用现场加工,制约道路铺设速度,限制改性沥青推广使用。
     由于SBS是用阴离子聚合工艺合成,限定了难以在合成过程中引入对基质沥青亲和性能较好的极性基团。因此,研究和开发SBS改性新方法、新工艺,增加SBS与沥青的相容性,是道路沥青改性中迫切需要解决的问题。
     利用辐射接枝技术,在SBS分子链上引入合适的极性支链,可实现对SBS化学结构和物理性质的改造,可以改善SBS与基质沥青的相容性和混合稳定性,有望得到加工及使用性能更好的SBS改性道路沥青。
  SBS是一种弱极性聚合物,对极性材料的相容性和粘接性比较差。增加SBS的极性,则既可增大内聚力,又可改善对极性材料的相容性,提高界面结合强度。
  SBS与极性聚合物共混,是最简单的提高体系极性的方法;例如,在SBS-沥青混合体系中加入具有一定极性的稳定剂,可以在一定程度上防止相分离;但是,纯粹的的物理共混体系,界面作用力较弱,而且不够稳定,离析现象仍时有发生。
  γ射线是一种高能电磁波(或光子束),其平均能量为1.25MeV,远远高于聚合物中C-C键、C-H键的键能(一般为几个eV),射线与聚合物的作用首先是电离和激发,然后产生裂解自由基。聚合物自由基 .R可以由主链(C-C键)断裂产生,也可以由侧基(主要是C-H键)脱落产生。.R可以引发单体自由基聚合,引起接枝聚合反应(如图2-1);自由基 .R浓度较高时,相互之间会复合,可引起交联反应。
  大量实例已经证明,用接枝极性单体的方法,利用SBS与接枝侧链牢固的化学键结合,可更有效地改善SBS性能,拓展其应用领域[14-42]。此外,接枝和交联反应部分消耗了不稳定的双键,材料的抗老化、耐热等性能将会提高。
  SBS辐射接枝反应主要是自由基反应机制,SBS在g-射线作用下产生自由基,进一步与单体结合,引发接枝共聚反应。
  以往,SBS接枝改性研究主要采用化学热催化法,化学法接枝必须使用过氧化物引发剂,在温度的作用下,引发剂分解出自由基,引起接枝反应。除了共混熔融接枝方法外,一般还需要使用大量有机溶剂,主要毒性较高的苯类溶剂。化学接枝体系比较复杂,引发剂热分解是一种放热的自加速反应,分解速率不均匀,反应过程不易控制,有毒有机溶剂不利环保、且易燃易爆;共混熔融接枝方法虽不使用挥发性溶剂,但须加入过量引发剂,残留的过氧化物引发剂会对产品后期老化产生不可忽略的影响。所以,目前化学接枝改性SBS仅见于实验室研究和少量附加值较高的粘合剂产品中。
  辐射接枝反应的自由基由辐射直接产生,无需化学引发剂也无需加热,体系简单、自由基产生速率均匀、反应过程易于控制;由于高能电离辐射对物质的作用是非选择性的,且不受温度和分子结构的限制,理论上辐射法可以适用几乎所有接枝单体,甚至饱和化合物、低聚物,具有广泛的通用性;辐射接枝法可实现在无溶剂或少量溶剂下的接枝反应,可以避免化学接枝法操作复杂、非环保、成本高等缺点;因此具有技术上的先进性和经济上的可行性。

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