改性沥青防水卷材和涂料主要用于高档建筑物的防水工程。随着科学技术进步和经济建设事业的发展,将进一步推动改性沥青的品种开发和生产技术的发展。改性沥青的品种和制备技术取决于改性剂的类型、加入量和基质沥青(即原料沥青)的组成和性质。由于改性剂品种繁多,形态各异,为了使其与石油沥青形成均匀的可供工程实用的材料,多年来评价了各种类型改性剂,并开发出相应的配方和制备方法,但多数已工程实用的改性沥青属于专利技术
现代公路和道路发生许多变化:交通流量和行驶频度急剧增长,货运车的轴重不断增加,普遍实行分车道单向行驶,要求进一步提高路面抗流动性,即高温下抗车辙的能力;提高柔性和弹性,即低温下抗开裂的能力;提高耐磨耗能力和延长使用寿命。现代建筑物普遍采用大跨度预应力屋面板,要求屋面防水材料适应大位移,更耐受严酷的高低温气候条件,耐久性更好,有自粘性,方便施工,减少维修工作量。使用环境发生的这些变化对石油沥青的性能
橡胶及热塑性弹性体改性沥青 包括:天然橡胶改性沥青、SBS改性沥青(使用最为广泛)、丁苯橡胶改性沥青、氯丁橡胶改性沥青、顺丁橡胶改性沥青、丁基橡胶改性沥青、废橡胶和再生橡胶改性沥青、其他橡胶类改性沥青(如乙丙橡胶、丁腈橡胶等)。 塑料与合成树脂类改性沥青 包括:聚乙烯改性沥青、乙烯-乙酸乙烯聚合物改性沥青、聚苯乙烯改性沥青、香豆桐树脂改性沥青、环氧树脂改性沥青、α-烯烃类无规聚合物改性沥青。 共混型高分子聚合物改性沥青 用两种或两种以上聚合物同时加入到沥青中对沥青进行改性。这里所说的两种以上的聚合物可以是两种单独的高分子聚合物,也可以是事先经过共混形成高分子互穿网络的所谓高分子合金。
沥青的化学组成结构与沥青胶体结构、物理性能、流变性能的关系相当复杂,沥青改性是通过改善沥青体系的内部结构实现对沥青物理性能的改善的。 改性沥青相容体系的稳定性有两个含义,一个是体系的物理稳定性,即在热储存过程中聚合物颗粒与沥青相不发生分离或离析;另一个是化学稳定性,即在热储存过程中随时间的增加改性沥青的性能不能有明显的变化。改性沥青的相容性和稳定性,都需要通过基质沥青和聚合物间配伍性研究及加入适宜的助剂实现。 沥青与聚合物混合形成相容体系,改善了沥青的使用性能。根据沥青的改性原理,不论是聚合物吸附了沥青中的油分溶胀后分布在沥青中,还是聚合物吸附了沥青中的油分溶胀后形成连续相,沥青重组分分布在聚合物相中,都是因为聚合物的存在改善了沥青的高、低温性能,并且后者在更大程度上反映了聚合物的特性,因此,聚合物吸附沥青中的油分形成连续的网状结构,是最大限度发挥聚合物改性作用的关键。 改性沥青网状结构形成的一种说法是聚合物吸附、溶胀、发生相转化的过程。在聚丙烯改性沥青过程中,高温下的聚合物吸附沥青中的油分,并溶胀体积扩大,链扩展,当聚合物的量达到一定值时,溶胀后聚合物的体积达到连续相所需要的体积时,体系发生相转化,聚合物由分散相转化为连续相,沥青球形颗粒分布在聚合物连续相中。 改性沥青网状结构的形成的第二种说法是聚合物缠绕沥青第二结构的过程。这一说法的前提是基质沥青第二结构的存在。这种说法认为,基质沥青中缩合度较强的芳香环具有带正电荷和负电荷的极性部分,这种分子的存在使得基质沥青体系具有了像蛋白质、尼龙一样的棒状类似聚合物的结构,这种结构赋予了沥青一定的弹性,沥青中的中性部分分散在棒状结构中,使体系的粘度增加。当体系加热时,这种棒状结构被破坏,当然这种破坏是可逆的。 沥青经SBS改性后,没有改变自身及沥青分子的化学结构单元,改性过程以物理改性为主;SBS易吸收沥青中的饱和分发生溶胀,溶胀后的SBS极性更接近胶质; SBS与沥青组挤的部分相容性改变了沥青组分分布,从而影响沥青的相态转变;沥青组分对聚合物粒子的充分溶胀和聚合物粒子对沥青组分的良好吸附是对沥青进行聚合物改性、提高沥青性能的基础,沥青组分对聚合物粒子的溶胀和聚合物粒子对沥青组分的吸附是一个动态的过程,这种动态过程会对聚合物改性沥青的空间三维网状结构产生很大的影响,进而影响其性能。
SBS属于苯乙烯类热塑性弹性体,是苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物, SBS中聚苯乙烯链段和聚丁二烯链段明显地呈现两相结构,聚丁二烯为连续相,聚苯乙烯为分散相,使其具有2个玻璃化转变温度,第一个玻璃化转变温度(Tg1)为-88~-83℃,第二个玻璃化转变温度(Tg2)为90℃,在Tg1~Tg2之间端基聚苯乙烯聚集在一起形成微区分散于聚丁二烯连续相之间,起到物理交联、固定链段、硫化增强及防冷流作用,具有硫化橡胶的高弹性和抗疲劳性能,当温度升至Tg2时,聚苯乙烯相软化和流动使得SBS具有树脂流动加工性。这种两相分离结构使其能与沥青基质形成空间立体网络结构,从而有效地改善沥青的温度性能、拉伸性能、弹性、内聚附着性能、混合料的稳定性、耐老化性等。在众多的沥青改性剂中,SBS能够同时改善沥青的高低温性能及感温性能,使其成为研究和应用最多的品种,SBS改性沥青占全球沥青需求量的61%之多。