摘要：介绍环境气候、工艺思路对沥青防水材料的影响，通过内配法、外掺法、吹制(氧化)沥青及调配沥青的原料，达到改善沥青性能的方法；掺加高分子聚合物改性石油沥青的方法及改性性能。较详细介绍一种新的沥青改性剂，它的主要成份为乙烯丙烯酸正丁脂和甲基丙烯酸缩水甘油脂共聚物，通过与沥青之间产生化学反应达到对沥青改性的目的。

1.1　基本原理

　　沥青是一种热塑性物质，它的性质在许多方面与高分子化合物相似，广义地说沥青也是一种“塑料”。高分子聚合物掺加到沥青中是共混过程。研究证明，高分子聚合物改性沥青，不是互溶的均相体系，而是多相结构体系，其中聚合物为分散相，沥青为连续相。改性沥青的性能好坏，决定于两个因素：高分子聚合物粒子的几何尺寸，更重要的是聚合物与沥青之间的粘结力(相容能力)。当相容性不好时，两相的大分子相互间完全排斥，相与相之间存在着明显的界面，彼此分离，此时材料内部留下薄弱部位，材料性质必然变坏，起不到改性作用；另一个极端是当两相的大分子彼此之间不仅不排斥，而且“亲如一家”(完全溶解时)，大分子之间实现分子分散，高聚物粒子不复存在，这样所得材料的性能将是两组分性能的平均值，改性效果就不佳。我们希望的是介于两者之间，保证高聚物粒子均匀分散的同时，相之间又有良好的粘结能力。

1.2　掺加高分子聚合物的方法

1.2.1　熔体机械共混法

　　机械共混是最早、最广泛采用的方法，原因是容易、方便。将聚合物按比例熔融在沥青内，控制一定的温度，用机械强力对流剪切，聚合物就比较均匀分散到沥青中，而制得改性沥青。类似于几个相串联的齿轮泵，分散效果较好。

1.2.2溶剂法

　　将高分子聚合物溶于有机溶剂中制得高浓度的聚合物溶液，然后掺加到熔化的沥青中去(控制温度80℃)。该法制得的改性沥青比较均匀，可制得聚合物高掺加量的改性沥青。在实际生产中结合机械混溶和溶剂法的优点，先将聚合物掺入到混合溶液中进行溶胀和完全溶解，然后将混合物加入到熔化的沥青中，制得溶剂性防水涂膜，这种方法得到了广泛的应用。

1.2.3乳液法

　　乳液是高分子聚合物微小颗粒在水中的均匀、稳定的分散体系。将高分子乳液直接加入到沥青中，能得到性能良好的改性乳化沥青涂膜。这种方法特别适用于乳化沥青的改性，用氯丁胶乳、丁苯胶乳改性的乳化沥青已得到广泛的应用。将乳胶加入熔融沥青中，由于水分的存在，生产上较为困难，加之质量的不稳定，防水年限的下降，目前也不太推广类似的产品。

1.3搅拌方式对沥青改性效果的影响(见表1)

表1搅拌方式对沥青改性效果的影响

项目	软化点℃				针入度mm
改性剂％	0	4	8	12	0	4	8	12
剪切式搅拌(120r/min)	44	60	62	69	202	69	80	103
对流式搅拌(60r/min)	44	59	68	87	202	120	87	74

1.4改性剂的掺量对沥青性能的影响(见表2)

表2改性剂的掺量对沥青的影响

项目	改性剂／％
	0	3	6	10	14	20	30
搅拌时间／min	-	15	35	40	45	46	60
软化点／℃	43	47	54	61	86	98	110
针入度／mm	203	110	58	69	52	53	53
应力(回弹值)/cm	11.6	10.3	10.2	9.6	9.6	-	-

1.5综合试验的涂盖料在163℃恒温干燥箱中各项指标的变化

表3综合试验的涂盖料在163℃恒温干燥箱中性能指标的变化

改性剂	0h		4h		8h		12h		16h
	软化点℃	针入度mm	软化点℃	针入度mm	软化点℃	针入度mm	软化点℃	针入度mm	软化点℃	针入度mm
APAO	154	35	156	34	160	34.0	160	30.0	165	28.0
APP	140	33	148	25	155	20.0	-	-	-	-
易耐AM	154	28	154	28	154	27.5	155	27.5	155	26.8
SBS	125	55	135	40	140	35.0	140	25.0	140	20.0

1.6对聚合物改性石油沥青的要求

(1)聚合物与石油沥青之间应具有最适宜的界面特性，在表面能的作用下，它们能发生一定程度的界面反应。

(2)分散相粒子不能过大，最好应在500μm以下，粒子过大体系连续相遭到破坏，改性掺加材料不能充分发挥作用，制品质量下降。粒子尺寸500μm以上，肉眼可识别，以不降低制品质量为限度。

(3)改性石油沥青应有适宜的粘弹性和内聚力，足以抵抗高温剪切作用，能满足生产工艺需要和施工，踏压和环境温度变化而产生的应变能力，并具有良好的流动性，易于对胎基扩散、渗透、覆盖等。

(4)改性沥青应具有最佳温度稳定性，其工程温度适用性较强，使用范围应能达到耐热度100～150℃，软化点120～155℃，低温柔度指标应能达到-10～-25℃。以上聚合物沥青改性剂是均匀的分散、吸附在沥青中，仅仅是物理意义上的共存共融。下面介绍以乙烯丙烯酸正丁脂和甲基丙烯酸缩水甘油脂共聚物为主要成份的新型沥青改性剂(以下称为易耐)。易耐与其它沥青改性剂具有显著的不同，它是通过聚合物与沥青之间产生化学反应来完成的改性剂，实现了改性沥青卓越的化学结构稳定性。

2.1易耐的基本性能(见表4)

表4易耐的基本性能

项   目	高反应度	中反应度
表观密度  (g/cm3)	1.0	1.0
熔融指数  (g/10min)	8	12
熔点(晶相)  ℃	72	72
乙烯丙烯酸共聚物  ％	99	99
非常规添加剂   ％	1	1
形状、颜色	浅灰白色小颗粒状	浅灰白色小颗粒状
相对密度	0.84	0.84
气味	轻微的丙烯酸味道	轻微的丙烯酸味道

　　易耐可改善沥青的高低温性能，能满足厂家对制品的要求和应用。它的特点是熔解方便、反应后粘度增加不大，主要是易耐作用于沥青中的软沥青质，截断了向沥青质快速转移的机会，提高了沥青中胶质的含量，改善了沥青涂盖料的弹性回弹值(剪切模量增高)；对材质有良好的粘附性、扩展了沥青的粘滞韧度，大大提高了沥青的柔韧性，从而改善了制品的高温抗流延性和低温曲绕性。

2.2易耐改性沥青的工艺路线

　　易耐是乙烯基的共聚材料，属于直链饱和烯烃类物质，具有良好的化学稳定性、制品储存性、耐候性；由于在乙烯的分子链上嵌段了丙烯酸丁脂和甲基丙烯酸缩水甘油脂的分子，提高了自身在低温下的弹性恢复。由于易耐的分子量可达到40万，在易耐的化学结构中赋予了环氧基团，因而使得易耐具有与其它沥青改性材料完全不同的化学反应性。易耐的化学反应是由分子中的环氧基团与沥青质中的软沥青质发生反应，反应的条件是在190～195℃下充分搅拌，一般使用转速为60r/min。易耐改性沥青的过程分为2个步骤：

(1)易耐需要充分熔解在沥青的芳香份中，这一过程约为30min，在熔解的过程要稳步升温保持充分的搅拌；

(2)前一步过程完成后，进入到反应过程，这一过程比较缓慢，约持续4h以上，主要表现为沥青液的粘度在逐步加大，反应终结是以粘度不再增加，稳定在一个数值上为准。如加入过磷酸或多聚磷酸反应时间可缩短。

　　由于易耐是不同于物理改性的化学改性剂，因此要特别注意的是沥青中软沥青质的含量与易耐加入量，易耐加入过量，造成浪费，并可能出现自我交链的现象，会对改性沥青的性能起到反作用；易耐的添加量不足，可能造成反应不完全。要想得到充分的改性作用，应根据不同沥青中软沥青质的含量不同，确定易耐的加入量。具体方法是：一定量的沥青加热至140℃后，将称量好的易耐按照一定比例(1％、2％、3%……)缓慢加入到沥青液中，仔细观察沥青表面出现光亮、沥青液增稠粘度稳定不变为反应终结；另一种现象是出现交联聚合的现象，此时的添加量就是该种沥青掺加量的上限，也就是易耐在该种沥青中的饱和反应度，这一点对调整易耐在沥青中的添加量是很重要的。反应型的改性剂与物理共混型的改性剂正好相反，添加的量过大反而会起副作用。我们做过多次试验证明，只要易耐与沥青从结构上发生反应得到一个完整的防护墙，截断胶质向沥青质上的转移，就能有效的保护胶质的扩充领域；同时试验也证明，1.0％和2.0％的易耐添加量对实验的结果没有多大的区别，这说明反应型的沥青改性剂无需很高的添加量就可以达到理想的改性效果。同时需要注意的是工艺、温度；在加入易耐与其它复合材料时，沥青温度不要超过150℃，而后缓慢升温至200±5℃；加料时间根据数量控制在0.5～1.0h；反应时间在1.0～1.5h左右，时间不宜太短，否则极易出现反应不完全的现象。另外，在加入易耐时应分数次散布加入，切忌一次加入到沥青液中。其主要原因是易耐在沥青液中溶解和反应过程可能会在同一时间内发生，分数次加入可防止易耐出现自我交联的现象。反应温度不够或者搅拌不充分(一般搅拌速度低于60r/min)都会影响到改性效果。使用过磷酸为催化剂可缩短反应时间，还可将反应过程中的温度从200±5℃降至170±5℃。但使用过磷酸作为催化剂时，要慎重，需经过反复的摸索，直至熟练后才可采纳此工艺。一般过磷酸的使用量为沥青的0.2%，纯度为105%～110%。易耐对沥青的高温性能改善较明显，使用的原沥青(茂名100#)三大指标为软化点42℃，针入度92mm，延度100cm；加入1.0％易耐后软化点为72℃，针入度65mm，延度42cm。易耐对沥青改性的效果见表5。

表5易耐对沥青的改性效果。注：采用沥青为茂名70#。

　　易耐在我国今后几年内应该有突破性的进展，用它来缓解其它改性剂在沥青改性方面的不足，进一步改善制品在储存中指标不断回落，达不到预期的化学稳定的储存效果。易耐作为化学反应型沥青改性剂是沥青行业新的伙伴，它将给此行业带来新的转机、新的活力。