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輻射接枝共聚與道路瀝青改性
SBS和瀝青在物理、化學(xué)性質(zhì)方面均存在較大的差異, SBS與瀝青共混難以形成穩(wěn)定的體系,造成目前SBS改性瀝青存在諸多問題,如:(1)難加工,必須采用專用的高剪切混合或膠體磨設(shè)備,能耗高、生產(chǎn)效率低;(2)質(zhì)量不穩(wěn)定,易發(fā)生離析現(xiàn)象,使得改性瀝青的性能受到很大影響;(3)不宜儲存,甚至需要采用現(xiàn)場加工,制約道路鋪設(shè)速度,限制改性瀝青推廣使用。
由于SBS是用陰離子聚合工藝合成,限定了難以在合成過程中引入對基質(zhì)瀝青親和性能較好的極性基團。因此,研究和開發(fā)SBS改性新方法、新工藝,增加SBS與瀝青的相容性,是道路瀝青改性中迫切需要解決的問題。
利用輻射接枝技術(shù),在SBS分子鏈上引入合適的極性支鏈,可實現(xiàn)對SBS化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)的改造,可以改善SBS與基質(zhì)瀝青的相容性和混合穩(wěn)定性,有望得到加工及使用性能更好的SBS改性道路瀝青。
SBS是一種弱極性聚合物,對極性材料的相容性和粘接性比較差。增加SBS的極性,則既可增大內(nèi)聚力,又可改善對極性材料的相容性,提高界面結(jié)合強度。
SBS與極性聚合物共混,是最簡單的提高體系極性的方法;例如,在SBS-瀝青混合體系中加入具有一定極性的穩(wěn)定劑,可以在一定程度上防止相分離;但是,純粹的的物理共混體系,界面作用力較弱,而且不夠穩(wěn)定,離析現(xiàn)象仍時有發(fā)生。
γ射線是一種高能電磁波(或光子束),其平均能量為1.25MeV,遠遠高于聚合物中C-C鍵、C-H鍵的鍵能(一般為幾個eV),射線與聚合物的作用首先是電離和激發(fā),然后產(chǎn)生裂解自由基。聚合物自由基 .R可以由主鏈(C-C鍵)斷裂產(chǎn)生,也可以由側(cè)基(主要是C-H鍵)脫落產(chǎn)生。.R可以引發(fā)單體自由基聚合,引起接枝聚合反應(yīng)(如圖2-1);自由基 .R濃度較高時,相互之間會復(fù)合,可引起交聯(lián)反應(yīng)。
大量實例已經(jīng)證明,用接枝極性單體的方法,利用SBS與接枝側(cè)鏈牢固的化學(xué)鍵結(jié)合,可更有效地改善SBS性能,拓展其應(yīng)用領(lǐng)域[14-42]。此外,接枝和交聯(lián)反應(yīng)部分消耗了不穩(wěn)定的雙鍵,材料的抗老化、耐熱等性能將會提高。
SBS輻射接枝反應(yīng)主要是自由基反應(yīng)機制,SBS在g-射線作用下產(chǎn)生自由基,進一步與單體結(jié)合,引發(fā)接枝共聚反應(yīng)。
以往,SBS接枝改性研究主要采用化學(xué)熱催化法,化學(xué)法接枝必須使用過氧化物引發(fā)劑,在溫度的作用下,引發(fā)劑分解出自由基,引起接枝反應(yīng)。除了共混熔融接枝方法外,一般還需要使用大量有機溶劑,主要毒性較高的苯類溶劑?;瘜W(xué)接枝體系比較復(fù)雜,引發(fā)劑熱分解是一種放熱的自加速反應(yīng),分解速率不均勻,反應(yīng)過程不易控制,有毒有機溶劑不利環(huán)保、且易燃易爆;共混熔融接枝方法雖不使用揮發(fā)性溶劑,但須加入過量引發(fā)劑,殘留的過氧化物引發(fā)劑會對產(chǎn)品后期老化產(chǎn)生不可忽略的影響。所以,目前化學(xué)接枝改性SBS僅見于實驗室研究和少量附加值較高的粘合劑產(chǎn)品中。
輻射接枝反應(yīng)的自由基由輻射直接產(chǎn)生,無需化學(xué)引發(fā)劑也無需加熱,體系簡單、自由基產(chǎn)生速率均勻、反應(yīng)過程易于控制;由于高能電離輻射對物質(zhì)的作用是非選擇性的,且不受溫度和分子結(jié)構(gòu)的限制,理論上輻射法可以適用幾乎所有接枝單體,甚至飽和化合物、低聚物,具有廣泛的通用性;輻射接枝法可實現(xiàn)在無溶劑或少量溶劑下的接枝反應(yīng),可以避免化學(xué)接枝法操作復(fù)雜、非環(huán)保、成本高等缺點;因此具有技術(shù)上的先進性和經(jīng)濟上的可行性。
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