环保型SBS改性阻燃沥青性能研究

杨宇;王洪国;廖克俭;洪春峰

【摘 要】采用氧指数测定法、动态剪切流变实验、弯曲梁流变实验和DSC-TG实验、扫描电镜(SEM)手段研究了环保型SBS改性阻燃沥青的性能;通过研究环保型阻燃剂对SBS改性沥青阻燃性能、物理性能、135℃运动黏度和高低温流变性能的影响确定了环保型阻燃剂的加入量.结果表明:环保型阻燃剂可以提高SBS改性沥青的高温性能,但会影响低温性能;环保型阻燃剂的加入可以提高SBS改性沥青的热分解温度和开始燃烧温度,并且在沥青燃烧时可以减少烟密度及有毒烟气的释放. 【期刊名称】《石油炼制与化工》 【年(卷),期】2016(047)003 【总页数】5页(P31-35)

【关键词】SBS改性沥青;阻燃沥青;阻燃剂;阻燃性能;氧指数 【作 者】杨宇;王洪国;廖克俭;洪春峰

【作者单位】辽宁石油化工大学,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学,辽宁抚顺113001

【正文语种】中 文

目前在隧道或地下通道中使用噪音低、抗滑性能好、行车舒适的沥青路面已经成为隧道路面铺装的发展趋势[1]。然而沥青极易燃烧，一旦在隧道内发生交通事故被引燃，则会在短时间内释放出大量的热、烟气及有毒气体，给人员逃生和救援带来

极大困难[2]。因此各种类型的阻燃沥青应运而生，目前常用的阻燃沥青中含有大量的卤系和磷系阻燃剂[3-6]，这类阻燃沥青虽然能在沥青阻燃方面达到阻燃效果，但是燃烧时会释放出大量污染性气体和有毒物质，严重危害大气环境和人类的身体健康，因此道路阻燃沥青朝着高效无毒的方向发展[7-8]。已有很多文献报道无卤阻燃沥青的研制[9-11]。环保型阻燃沥青已经成为阻燃沥青的发展趋势[12]。因此，为了推动环保型阻燃沥青在我国隧道工程中的应用，辽宁石油化工大学研制了一种在高温下能够产生铝镁保护壳、隔热泡沫碳层及不可燃气体达到环保阻燃效果的新型环保型阻燃沥青。本课题主要研究环保型阻燃剂对SBS改性沥青物理性能的影响，并对环保型SBS改性阻燃沥青的阻燃性能、环保性能、高低温流变性能进行分析，为环保型阻燃沥青的推广应用奠定基础。

SBS改性沥青，I-C型，取自盘锦奥尔石化有限公司；氢氧化铝、氢氧化镁，分析纯，国药化学试剂厂生产；可膨胀性石墨，工业级，青岛岩海碳材料有限公司生产；改性聚磷酸铵、改性季戊四醇、三聚氰胺，均为分析纯，国药化学试剂厂生产。 环保型阻燃剂加入量对SBS改性沥青阻燃性能的影响见图1。由图1可见，当阻燃剂的加入量(w)在8%以内时，沥青的氧指数增加得非常快，阻燃剂加入量(w)超过8%后，沥青的氧指数逐渐缓慢增加，当阻燃剂的加入量(w)为12%时，沥青的氧指数为27.5%，此时的环保型SBS改性阻燃沥青已经成为自熄性材料，具有优良的阻燃性能。

环保型阻燃剂加入量对SBS改性沥青物理性能的影响见图2和表1。从图2可以看出，随着阻燃剂加入量的增加，SBS改性沥青的动力黏度(135 ℃)先迅速升高，直至阻燃剂加入量(w)为8%后开始降低。从表1可以看出，随着阻燃剂加入量的增加，软化点逐渐升高，针入度(25 ℃)逐渐降低，延度(5 ℃)逐渐降低，48 h离析试验的软化点差值随着阻燃剂加入量的增加而增加，各技术指标均符合《中华人民共和国石油化工行业标准》(NB/SH/T 0821—2010)关于道路阻燃沥青的技术要

求。

环保型SBS改性阻燃沥青阻燃性能及环保性能的检测结果见表3。从表3可以看出，SBS改性沥青在空气中易燃、产烟浓度高、烟气毒性大，而环保型SBS改性阻燃沥青(w=12%)在空气中难燃、产烟浓度低、烟气毒性小，烟密度为35.47，远小于75.00的技术要求，烟气毒性等级ZA1(准安全Ⅰ级)达到并超过了技术要求的水平，燃点大于350 ℃，远高于SBS改性沥青，说明阻燃沥青具有较好的阻燃效果及环保效果。

图4和图5分别为环保型阻燃剂加入量(w)分别为0，12%，16%的SBS改性阻燃沥青的TG、DSC曲线。从图4可以看出：3种沥青均在220 ℃左右开始失重，SBS改性阻燃沥青的失重速率大于SBS改性沥青的失重速率，这是由于阻燃剂中大量的铝镁阻燃剂吸热脱水释放出水蒸气造成的，直至380 ℃时，加入阻燃剂的沥青失重速率逐渐小于SBS改性沥青的失重速率，这是因为SBS改性沥青在380 ℃时迅速分解释放出可燃性气体引起燃烧，而阻燃沥青中的铝镁阻燃剂受热分解产生的氧化镁和氧化铝均匀覆盖在沥青上形成铝镁保护壳[20]，同时阻燃剂中的改性IFR体系和可膨胀性石墨吸热分解产生具有隔热作用的泡沫碳层和氨气覆盖在沥青表面从而减缓了沥青分解[9]，使得沥青失重速率减缓，即提高了沥青分解温度和开始燃烧温度，起到阻燃作用，从而使得沥青燃烧时产生的有毒烟气大大减少，起到环保作用；480 ℃以后3种沥青中的大部分改性沥青均已碳化，失重基本结束。在失重结束后，阻燃沥青的质量保留率大于SBS改性沥青的质量保留率，这是因为阻燃沥青中的阻燃剂吸热后释放出的不可燃气体、形成的铝镁保护壳、隔热性泡沫碳层覆盖在改性沥青表面使得燃烧受到抑制。另外，阻燃沥青中添加的氢氧化铝和氢氧化镁等受热分解形成的金属氧化物也是阻燃沥青失重结束后质量保留率大的原因。从图5可以看出：SBS改性阻燃沥青在240 ℃ 和340 ℃时出现吸热峰，分别为阻燃剂中的氢氧化铝在240 ℃吸热脱水、氢氧化镁在340 ℃吸热脱水时吸

收大量热量产生的，从而减少了沥青中的轻组分挥发；当温度升高到380 ℃以上时，SBS改性沥青的吸热速率明显大于SBS改性阻燃沥青，这是因为阻燃沥青中的阻燃剂先前吸热分解产生的铝镁保护壳和阻燃剂中的改性IFR体系和可膨胀性石墨吸热分解产生具有隔热作用的泡沫碳层和氨气均匀覆盖在沥青表面，从而减缓了沥青吸热分解释放出轻组分，且氨气可以降低沥青表面氧气及可燃性气体的浓度，从而提高了沥青的分解温度和开始燃烧的温度，起到阻燃作用。

SBS改性沥青高温残留物、环保型SBS改性阻燃沥青高温残留物的SEM照片见图6。由图6可见，SBS改性沥青在高温下沥青表面会流动团聚，而环保型SBS阻燃沥青在高温下沥青表面仍很光滑平整，不会流动团聚。这是因为阻燃剂中的氢氧化铝、氢氧化镁、可膨胀性石墨和改性IFR体系在高温下分解生成的氧化铝、氧化镁和可隔热的泡沫碳层均匀覆盖在沥青表面，从而在高温下充分地保护了沥青，大大减少了沥青在高温下释放出的轻组分和有毒烟气，起到阻燃和环保的作用。 (1) 研制的环保型SBS改性阻燃沥青具有良好的阻燃性和环保性，当环保型阻燃剂的添加量为12%时，环保型SBS改性阻燃沥青的氧指数可以达到27.5%，成为在火焰中具有自熄功能的材料。

(2) 环保型阻燃剂中的氢氧化铝、氢氧化镁等成分会对沥青产生物理作用。随着阻燃剂添加量的增大，SBS改性沥青的动力黏度(135 ℃)先升高后降低，软化点升高，针入度(25 ℃)下降，延度(5 ℃)下降，热储存稳定性稍微下降。

(3) 环保型阻燃剂可以提高SBS改性沥青的高温流变性能，增加沥青的抗车辙能力；低温流变性能会受到影响，但阻燃剂添加量不大，其影响并不大。

(4) DSC-TG联合实验和扫描电镜(SEM)表征结果表明，环保型阻燃剂可以提高沥青的分解温度和开始燃烧的温度，使得沥青燃烧时产生的有毒烟气大大减少，并且在阻燃过程中阻燃剂不会受热产生有毒物质，达到阻燃及环保的目的。

(5) 通过分析环保型阻燃剂对SBS改性沥青阻燃性能、物理性能、135 ℃运动黏度

和高低温流变性能的影响，环保型阻燃剂的加入量(w)为12%时，所制得的环保型SBS改性阻燃沥青的性能最优。