硅⁃铝包覆TiO2功能化SBS改性沥青抗老化机理及性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.10.006

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (10): 29-35.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.10.006

硅⁃铝包覆TiO₂功能化SBS改性沥青抗老化机理及性能研究

杨喜英¹(), 张文才¹^,², 曲立杰¹, 史文秀³

^1.山西工程科技职业大学交通工程学院，山西晋中 030619
^2.太原理工大学化学工程与技术学院，太原 030024
^3.山西省交通建设工程质量检测中心（有限公司），太原 030006

收稿日期:2024-01-22 出版日期:2024-10-26 发布日期:2024-10-21
作者简介:杨喜英（1979—），女，正高级工程师，从事道路材料研发及仪器分析技术研究，543458922@qq.com
基金资助:
山西交通控股集团有限公司科技项目(2022?JKKJ?33);山西工程科技职业大学科技项目(KJ202307)

Study on anti⁃aging mechanism and performance of asphalt modified with Si⁃Al coated TiO₂⁃functionalized SBS

YANG Xiying¹(), ZHANG Wencai¹^,², QU Lijie¹, SHI Wenxiu³

^1.College of Transportation Engineering，Shanxi Vocational University of Engineering Science and Technology，Jinzhong 030619，China
^2.College of Chemical Engineering and Technology，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China
^3.Shanxi Transportation Construction Engineering Quality Detection Center（Co，Ltd），Taiyuan 030006，China

Received:2024-01-22 Online:2024-10-26 Published:2024-10-21

摘要/Abstract

摘要：

为更好地利用纳米二氧化钛（TiO₂）优良的紫外线屏蔽功能，提高苯乙烯⁃丁二烯⁃苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性沥青的抗老化性能，解决TiO₂因纳米效应难以在SBS改性沥青体系中分散，同时纳米TiO₂具有的光催化活性对SBS改性沥青材料进行氧化，导致SBS改性沥青抗老化性能减弱等问题，本文在纳米TiO₂表面采用硅⁃铝共沉淀法形成包覆膜，通过透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）技术分析了包覆效果及包覆体物相结构，应用紫外分光光度法检测了功能化改性沥青的紫外线吸收能力，通过扫描电子显微镜（SEM）、荧光显微镜技术分析了硅⁃铝包覆手段对TiO₂及SBS分散性及稳定性的影响，采用红外光谱技术揭示了硅⁃铝包覆TiO₂功能化SBS改性沥青的抗老化机理，最后对功能化改性沥青性能进行了分析研究。结果表明，硅⁃铝包覆TiO₂含量为6.0 %时，可有效提高TiO₂与SBS在沥青中的分散性与稳定性，阻断TiO₂光催化活性对改性沥青的氧化作用，提高了SBS改性沥青的抗老化性。

关键词: 苯乙烯?丁二烯?苯乙烯嵌段共聚物改性剂, 纳米二氧化钛, 改性沥青, 老化性能

Abstract:

In order to better utilize the excellent UV shielding function of nano⁃TiO₂， improve the anti⁃aging performance of SBS⁃modified asphalt， and address a difficulty in the dispersion of nano⁃TiO₂ in the SBS⁃modified asphalt system， the Si⁃Al coated nano⁃TiO₂ was prepared using a Si⁃Al coprecipitation method to form the coating film on the surface of nano⁃TiO₂. This approach can effectively prevent the oxidation of SBS⁃modified asphalt caused by nano⁃TiO₂ due to its photocatalytic activity and thus enhance the anti⁃aging performance of nano⁃TiO₂⁃functionalized SBS⁃modified asphalt. The coating effect and morphological microstructure of the coated nano⁃TiO₂ were investigated by TEM and XRD， the ultraviolet （UV） absorption capacity of the modified asphalt was analyzed by UV spectrophotometry， the influence of Si⁃Al coating on the dispersion and stability of nano⁃TiO₂ and SBS was evaluated by SEM and fluorescence microscopy， and the anti⁃aging mechanism of the Si⁃Al coated nano⁃TiO₂ functionalized SBS⁃modified asphalt was analyzed by FTIR spectroscopy. Finally， the performance of the functionalized SBS⁃modified asphalt was studied. The results indicated that the dispersion and stability of nano⁃TiO₂ and SBS in asphalt were effectively improved when 6 wt% Si⁃Al coated nano⁃TiO₂ was incorporated. In this case， the oxidation effect of nano⁃TiO₂ on the modified asphalt could be suppressed， and the anti⁃aging performance of the SBS⁃modified asphalt could be improved.

Key words: styrenic block copolymer, nano titanium dioxide, modified asphalt, aging performance

中图分类号:

316.6

杨喜英, 张文才, 曲立杰, 史文秀. 硅⁃铝包覆TiO₂功能化SBS改性沥青抗老化机理及性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(10): 29-35.

YANG Xiying, ZHANG Wencai, QU Lijie, SHI Wenxiu. Study on anti⁃aging mechanism and performance of asphalt modified with Si⁃Al coated TiO₂⁃functionalized SBS[J]. China Plastics, 2024, 38(10): 29-35.

图/表 11

图1 SAT包覆效果的TEM照片

Fig.1 TEM of SAT coating effect

图2 SAT样品的XRD谱图

Fig.2 XRD pattern of SAT sample

相成分	晶系	空间群	晶格常数/nm			含量/ %
相成分	晶系	空间群	a	b	c	含量/ %
TiO₂（锐钛矿）	四方	I4₁/amd	0.459 2	0.459 2	0.295 9	52.97
TiO₂（金红石）	四方	P4₂/mnm	0.378 5	0.378 5	0.951 4	42.34
SiO₂	三方	P3₂21	0.491 3	0.491 3	0.540 5	1.94
Al₂O₃	立方	F⁃3c	0.484 4	0.484 4	1.327 2	2.75

表1 SAT物相结构参数

Tab.1 Phase structure parameters of SAT

图3 紫外吸光度分析图

Fig.3 UV absorbance analysis chart

图4 微观形貌图

Fig.4 Microscopic morphology diagram

图5 红外标准偏差谱图

Fig.5 Infrared standard deviation spectrum

图6 老化试验的FTIR谱图

Fig.6 FTIR of aging test

SAT含量/%	特征峰面积				羰基指数	亚砜基指数	丁二烯指数
SAT含量/%	S_（C-H）	S_（C=O）	S_（S=O）	S_（C=C）	羰基指数	亚砜基指数	丁二烯指数
0	9.987	2.772	5.421	0.312	0.278	0.543	0.031
3	9.854	2.176	4.657	0.765	0.221	0.473	0.078
4	9.781	1.861	3.981	0.972	0.190	0.407	0.099
5	9.905	1.479	3.064	1.598	0.149	0.309	0.161
6	9.897	0.932	2.321	1.969	0.094	0.235	0.199
7	9.964	0.010	1.012	2.324	0.001	0.102	0.233

表2 SAT功能化SBS改性沥青老化指数

Tab 2 SAT functionalized SBS modified asphalt aging index

图7 SAT⁃老化指数关系曲线

Fig.7 SAT aging index relationship curve

图8 抗老化机理示意图

Fig.8 Schematic diagram of anti⁃aging mechanism

图9 SAT含量与沥青老化前后性能关系图

Fig.9 Relationship between SAT content and asphalt performance

参考文献 13

1	樊亮，裴金荣，李永振. 纳米TiO₂改性沥青的路用性能与抗老化效果研究［J］. 化工新型材料，2019，47（7）：257⁃261，265.
	FAN L， PEI J R， LI Y Z. Study on rode performance and anti⁃anging effect of nano TiO₂modified asphalt［J］. New chemical materials，2019，47（7）：257⁃261，265.
2	谢祥兵，马鹏，梁林园，等. 纳米TiO₂协同纳米ZnO/SBS复合改性沥青耐紫外光老化性能评价［J］. 硅酸盐通报，2020，39（7）：2 354⁃2 361.
	XIE X B， MA P， LIANG L Y， et al. Evaluation on anti⁃UV aging of nano⁃TiO₂， coordination nano⁃ZnO/SBS composite modified asphalt［J］. Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2020，39（7）：2 354⁃2 361.
3	马庆伟，李艳，邱业绩，等. 不同老化条件下纳米材料复配胶粉改性沥青的流变特性［J］. 重庆交通大学学报（自然科学版），2022，41（2）：109⁃115.
	MA Q W， LI Y， QIU Y J， et al. Rheological properties of nano materials compounded rubber powder modified asphalt under different aging conditions［J］. Journal of Chongqing Jiaotong University（Natural Sciences），2022，41（2）：109⁃115.
4	廖美捷. 纳米TiO₂/MMT/SBR复合改性沥青抗老化性能研究［D］. 长沙：长沙理工大学，2020.
5	刘明浩，宋武林，卢照，等.纳米二氧化钛固相载体研究进展［J］. 材料导报，2021，35（9）：9 108⁃9 114.
	LIU M H， SONG W L， LU Z， et al. Research progress of the nano titanium dioxide solid support［J］. Materials Reports，2021，35（9）：9 108⁃9 114.
6	郭诗惠，刘炳. 纳米材料复配对SBS改性沥青流变及抗老化性能的影响［J］. 中外公路，2019，39（3）：241⁃246.
7	崔平. 纳米碳酸钙/二氧化钛与SBS复合改性沥青流变性能研究［J］. 中外公路，2021，41（5）：292⁃295.
8	徐婧，范春霞. 改性TiO₂纳米材料的制备及防晒化妆品的应用性能分析［J］. 日用化学工业，2023，53（1）：41⁃46.
	XU J， FAN C X. Preparation of modified TiO₂ nanomaterials and application performance analysis of sunscreen cosmetics［J］. China Surfactant Detergent & Cosmetics，2023，53（1）：41⁃46.
9	程颖. 硅铝氧化物包覆二氧化钛在水性油墨领域中的表面改性研究［D］. 广州：华南理工大学，2022.
10	陈佳琦，陈建立，张玉荣，等. TiO₂的表面改性及其粉体流动性能评价方法的建立［J］. 表面技术，2023，52（7）：325⁃335.
	CHEN J Q， CHEN J L， ZHANG Y R， et al. Surface modification and establishment of powder flowability evaluation method of TiO₂ ［J］. Surface Technology，2023，52（7）：325⁃335.
11	杨喜英，陈梦，张文才，等. SBS/纳米碳酸钙复合改性沥青热稳定性研究［J］. 中国塑料，2023，37（8）：45⁃54.
	YANG X Y， CHEN M， ZHANG W C， et al. Study on thermal stability of asphalt modified with styrene butadiene styrene/nano calcium carbonate composite［J］. China Plastics，2023，37（8）：45⁃54.
12	胡振水，刘鲁梅，隋凝，等. 材料表界面化学［M］. 北京：化学工业出版社，2022：47⁃56.
13	李楠，魏玲. 光降解苯酚用RGO⁃TiO₂纳米复合材料的制备及性能表征［J］. 功能材料，2022，53（11）：11 231⁃11 236.
	LI N， WEI L. Preparation and characterization of RGO⁃TiO₂ nanocomposites for photodegradation of phenol［J］. Journal of Functional Materials，2022，53（11）：11 231⁃11 236.

[1]	徐传浩, 石振武, 池波. BMH型温拌剂对废塑/SBS复合改性沥青疲劳性能的影响[J]. 中国塑料, 2024, 38(8): 94-99.
[2]	赵永飞, 张文才, 王科, 郝晓刚, 申峻, 杨喜英, 赵丽荣, 李建红, 赵志新, 乔杰. 废弃聚乙烯改性剂改性沥青研究及其应用技术进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 93-99.
[3]	陈正聪, 林睿, 何艺, 李松. 石墨烯/SBS复合改性沥青混合料性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(4): 54-59.
[4]	孙吉书, 濮夏天, 杨凯, 靳灿章. 硅烷偶联剂改性蒙脱土/SBS/HVA高黏改性沥青最佳掺量确定及其性能评价[J]. 中国塑料, 2024, 38(3): 18-25.
[5]	杨喜英, 陈梦, 张文才, 裴强. SBS/纳米碳酸钙复合改性沥青热稳定性研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 45-54.
[6]	高奇奇, 郝艳玲, 程龙, 宋小双, 王世慧. 玉米淀粉/TiO₂纳米复合薄膜制备与性能[J]. 中国塑料, 2023, 37(2): 45-50.
[7]	李泽洋, 岑兰, 陈胜, 陈伟杰, 杜兵华, 张二帅. 羧基丁腈橡胶/PA12热塑性弹性体的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 15-20.
[8]	李宁利, 王猛, 王瑞, 朱壮壮. 橡塑合金改性沥青制备工艺关键参数研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(12): 78-85.
[9]	王志刚, 杨波, 曾辰, 李智, 邓健怡. 高温内压环境下聚乙烯燃气管道老化性能评价研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(10): 84-89.
[10]	吴昆, 樊亚勤, 沈倩, 苗壮, 周城. 核电用聚四氟乙烯密封件老化状态研究及使用寿命预测[J]. 中国塑料, 2022, 36(10): 98-103.
[11]	方筱雅唐钱郑霞. 抗老化剂对聚己内酯/木纤维复合材料热老化性能的影响[J]. 中国塑料, 2019, 33(1): 78-86.
[12]	游翰荆张建耀. 无卤阻燃剂对阻燃聚烯烃材料耐热氧老化性能的影响[J]. 中国塑料, 2018, 32(03): 104-109.
[13]	李曦. 一种高性能轻质环氧树脂纳米复合材料的研究[J]. 中国塑料, 2017, 31(07): 30-34 .
[14]	唐钱, 郑霞, 朱凌波, 黄清华, 卢力, 乔建政. 竹纤维增强聚己内酯复合材料热老化性能研究[J]. 中国塑料, 2017, 31(04): 17-23 .
[15]	尉乔南, 李若平, 朱治广, 聂慧丽, 黄明举. 高含量高透明度PS/TiO₂纳米复合材料膜的紫外防护性能研究[J]. 中国塑料, 2015, 29(03): 63-69 .

硅⁃铝包覆TiO₂功能化SBS改性沥青抗老化机理及性能研究

Study on anti⁃aging mechanism and performance of asphalt modified with Si⁃Al coated TiO₂⁃functionalized SBS

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