SBS含量檢測(cè)方法的改進(jìn)及應(yīng)用
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孫寧悅，王大明，孫延忠，王勝天
（1．東北師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130024；
2．吉林省石油化工設(shè)計(jì)研究院，吉林長(zhǎng)春130021）
摘要：通過實(shí)驗(yàn)選擇適當(dāng)溶劑、提取次數(shù)和合理控制時(shí)間等條件，改進(jìn)了傳統(tǒng)化學(xué)分析測(cè)定改性瀝青中SBS含量方法，并用紅外光譜法驗(yàn)證了提取效果。結(jié)果表明，在常溫下正庚烷可以更有效地將SBS和瀝青質(zhì)從瀝青中分離出來，經(jīng)優(yōu)選用乙醚將SBS溶解提取，采用重量分析法進(jìn)行定量分析。用該方法對(duì)劑量分別為4%、5%、6%標(biāo)準(zhǔn)含量SBS改性瀝青樣品及實(shí)際樣品進(jìn)行檢測(cè)，方法的相對(duì)誤差低于5qc，加標(biāo)回收率（R）為92%～107%。因此該方法可為SBS改性瀝青質(zhì)量的有效監(jiān)管提供了一種準(zhǔn)確、快速的檢測(cè)手段。
關(guān)鍵詞：SBS；改性瀝青；紅外光譜；化學(xué)分析
SBS是苯乙烯一丁二烯一苯乙烯三嵌段共聚物，具有硫化橡膠的高彈性和抗疲勞性能，與瀝青基質(zhì)可形成空間立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可有效地改善瀝青的多種性能，其中SBS含量對(duì)其使用性能的影響比SBS類型顯著。因此，快速、方便且準(zhǔn)確測(cè)定其含量是有效控制改性瀝青質(zhì)量、保證改性瀝青路面使用性能的重要措施之一。目前，測(cè)定改性瀝青中SBS含量最常用分析方法主要有面積測(cè)試法、差示掃描量熱法、熒光顯微分析法、紅外光譜法及化學(xué)分析法等。這些分析技術(shù)檢測(cè)成本高，操作繁瑣，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，需要專業(yè)人員操作復(fù)雜的儀器設(shè)備，在實(shí)際檢驗(yàn)中廣泛使用。因此建立一種準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單快捷地測(cè)定改性瀝青中SBS含量具有重要的工程意義。
筆者提供了一種能夠快速準(zhǔn)確地測(cè)定SBS瀝青改性劑含量化學(xué)分析方法，通過測(cè)試多個(gè)已知濃度的SBS改性瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品及實(shí)際樣品，利用傅里葉變換紅外光譜儀法表征提取效果，結(jié)果表明，該方法檢測(cè)結(jié)果相對(duì)誤差低于5%，方法的精密度滿足工程以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 儀器和試劑
傅里葉變換紅外光譜儀（WQF -510A）；加熱回流裝置；離心機(jī)( LD5 -2A)；數(shù)顯控溫烘箱（控溫精度±1℃）；高剪切乳化機(jī)（BME 100LF型）。正庚烷（天津化工或北京化工生產(chǎn)）、乙醚（天津化工生產(chǎn)）、甲醛（天津化工或北京化工生產(chǎn)），以上試劑均為分析純。實(shí)驗(yàn)用水均為二次蒸餾水。
1.2標(biāo)準(zhǔn)含量SBS改性瀝青樣品制備
SBS是熱塑性彈性體，與瀝青相容性不好，難于加工，因此，用高剪切乳化機(jī)經(jīng)劇烈的機(jī)械及液體的剪切作用，使顆粒撕裂和粉碎，實(shí)現(xiàn)樣品的均勻化。制備標(biāo)樣的SBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4%、5%、6%。
1.3分析方法的原理
高分子聚合物能溶解在適當(dāng)?shù)牡头肿尤軇┲�，并形成真溶液。在溶解之前，低分子溶劑首先滲入聚合物中，使聚合物膨脹，由于溶劑的不斷滲入，越來越多的聚合物分子鏈可以比較自由運(yùn)動(dòng)進(jìn)入溶劑，當(dāng)所有的分子都擺脫了相鄰分子的羈絆以后，便完成了溶解過程。由于SBS與瀝青中的所有組分不同，溶解度差別較大，溶解過程無化學(xué)變化。因此找到合適的溶劑并采用化學(xué)分離技術(shù)將SBS從瀝青中提取出來是關(guān)鍵，然后進(jìn)行稱重定量分析。這種分析方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)便，用于定量分析結(jié)果比較可靠。
1.4實(shí)驗(yàn)方法
準(zhǔn)確稱取(2±0.1)g(m。)改性瀝青并置于250 mL燒杯中。在常溫下，加入有機(jī)溶劑120 mL分2次超聲震蕩10 min后，離心分離，保留不溶解部分；將不溶物分2次用50 mL乙醚震蕩提取10 min，使SBS與瀝青質(zhì)分離。將乙醚提取液于60C恒水浴中至體積約30~50 mL后，加入甲醛，SBS析出，用高速離心機(jī)，在轉(zhuǎn)速3 000—4 000 r/min轉(zhuǎn)速下，使固體與液體分離，過濾，除去乙醚中的某些雜質(zhì)，得到SBS，于60C恒溫烘箱中烘干后稱重(m．)，計(jì)算SBS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(mi/mo)×100%。
2結(jié)果與討論
2.1檢測(cè)改性瀝青中SBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件的優(yōu)選及紅外光譜法驗(yàn)證
2.1.1 溫度的選擇
首先在10、15、20、25、30、35℃條件下分離提取改性瀝青中SBS，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，瀝青中的膠質(zhì)、飽和酚與芳香酚在10~ 35℃條件下能被正庚烷提取，但溫度高于25℃時(shí)，SBS在正庚烷中的溶解度增加，同時(shí)隨著溫度升高溶解瀝青的速度加快。因此，選擇分離提取溫度低于25℃。
2.1.2 不同溶劑的選擇
常用的溶劑有三氯乙烯、甲苯、苯、環(huán)己烷、三氯甲烷等，這些溶劑溶解瀝青的同時(shí)，也溶解了SBS，沒有達(dá)到分離的目的。而常溫下正庚烷及體積比為4:6的乙酸甲酯和正庚烷混合溶劑作萃取溶劑2種萃取體系均可溶解瀝青中多數(shù)物質(zhì)，不溶解的是SBS與瀝青質(zhì)。瀝青提取率分別為96. 13%和92. 28%。因此選擇正庚烷及乙酸甲酯和正庚烷混合溶劑作溶劑，使瀝青與SBS和瀝青質(zhì)分離。同理利用乙醚將SBS從SBS與瀝青質(zhì)混合物提取分離。為了得到純凈的SBS，在SBS的乙醚溶液中加入甲醛作沉降劑，SBS析出后，用高速離心機(jī)(轉(zhuǎn)速3 000～4 000 r/min)使固體與液體快速過濾分離，提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確度和精密度。除去乙醚相，得到純凈的SBS。
2.1.3提取時(shí)間的選擇
在200C下，用120 mL正庚烷分2次超聲震蕩10、15、20、25、30、60 min后，離心分離改性瀝青中SBS，SBS提取率分別為64. 2%、76. 4%．95. 6%、96. 0%、95. 7%。因此，選擇超聲振蕩時(shí)間為20 min。與傳統(tǒng)檢測(cè)SBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)的方法對(duì)比，該提取方法大大縮短分離提取時(shí)間，簡(jiǎn)化了分析過程。
2.1.4紅外光譜分析驗(yàn)證
SBS乙醚溶液與純乙醚的紅外光譜圖如圖1所示。
由圖1可知，SBS的特征峰在700、966、1 601 cm-1處。
由于SBS易溶于乙醚，瀝青易溶于正庚烷，通過SBS的乙醚溶液與純正庚烷的紅外光譜圖的比較與分析（如圖2所示），可以進(jìn)一步確定SBS的特征峰是966、1 601 cm-1。從圖2(c)~圖2(e)還可以看出，用正庚烷經(jīng)過3次浸泡SBS后，其浸泡液的紅外光譜圖在966、1 601 cm-1處沒有出現(xiàn)SBS的特征吸收峰，證實(shí)SBS不溶于正庚烷，正庚烷提取瀝青次數(shù)2次即可。
SBS乙醚溶液與純正庚烷3次浸泡液的紅外光譜圖如圖2所示。
為驗(yàn)證乙醚提取SBS后沉降液是否殘留SBS，采用紅外光譜對(duì)沉降液下層和沉降液上層進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果如圖3所示。由圖3(b)、圖3(c)可以看出，在沉降液下層、沉降液上層的紅外光譜圖中沒有發(fā)現(xiàn)SBS的966、1 601 cm-l特征峰，說明乙醚溶解SBS完全。
甲醛沉降后乙醚浸泡液的紅外光譜圖如圖4所示。在圖4中，在966、1 601 cm-l處沒有發(fā)現(xiàn)SBS的特征峰，說明SBS完全被甲醛沉降。
甲醛沉降后的乙醚浸泡液紅外光譜圖如圖4所示。
從以上一系列紅外光譜圖可驗(yàn)證，SBS在正庚烷中基本不溶，而且甲醛沉降SBS比較完全，沉降完成后的乙醚溶解液中基本沒有SBS。
2.2標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)SBS改性瀝青樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定
SBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4010、5%、6010改性瀝青中SBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨試驗(yàn)次數(shù)變化曲線如圖5所示。由圖5可以看出，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)SBS標(biāo)樣15次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的SBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)在其標(biāo)準(zhǔn)值附近波動(dòng)；相對(duì)誤差低于5 010，加標(biāo)回收率分別為92~107%、96—106%、95—106%。屬于可接受范圍。由此可見，該方法適用于不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)SBS的樣品。
2.3 實(shí)際成品改性瀝青SBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定
分別取美國(guó)科氏公司樣品和大連西太平洋公司樣品各3份進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表1所示。從分析結(jié)果來看，滿足相對(duì)誤差不超過5%要求。
3結(jié)論
對(duì)改性瀝青中SBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果相對(duì)誤差在5 010以內(nèi)，滿足實(shí)際樣品檢測(cè)要求。實(shí)驗(yàn)精度不隨SBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化而變化。與熒光顯微分析法、差示掃描量熱法相比，該方法不需要很復(fù)雜的設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，分析速度快，在多數(shù)工地試驗(yàn)室可以進(jìn)行；與傳統(tǒng)化學(xué)方法相比，該方法實(shí)驗(yàn)成本低，精度高，可靠性好，且測(cè)試周期短，實(shí)現(xiàn)了改性瀝青中SBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)的快速準(zhǔn)確測(cè)定。
