一種高分子溶液及水性乳液的制備和應(yīng)用探索

王玉利 劉 洋 栗國鋼 李澤明

(1. 重慶壹路行建設(shè)工程有限公司技術(shù)中心，重慶 401120；2. 重慶鑫路捷科技股份有限公司技術(shù)中心，重慶 401120)

工業(yè)生產(chǎn)的SBS成品是以丁二烯、苯乙烯為單體，經(jīng)陰離子聚合合成SBS基礎(chǔ)膠，膠液經(jīng)水析法凝聚后，進(jìn)行脫揮、造粒，形成最終的SBS顆粒[1]。

近幾年出現(xiàn)了一些用有機(jī)溶劑將SBS溶解成溶液或制備成水性乳液的研究探索、嘗試在不同行業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品升級應(yīng)用[2]。例如：特定溶劑溶解SBS用于制作改性瀝青路面材料、水性乳液用于制作改性乳化瀝青路面材料等；同時(shí)SBS在膠粘劑制作中也被廣泛使用，在涂布印刷成膜方面是否有成功的應(yīng)用，則少見相關(guān)報(bào)道，SBS優(yōu)異的粘彈性能和熱塑性能否在這些領(lǐng)域獲得較好應(yīng)用，尚不確定，因此值得嘗試和探索。

SBS溶液的傳統(tǒng)有機(jī)溶劑往往使用苯、二甲苯、二氯甲烷等，在使用時(shí)伴隨著大量的揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)排放到大氣層中，造成了健康危害和環(huán)境破壞[3]，這極大限制了SBS溶液或水性乳液的應(yīng)用。

選擇應(yīng)用合適有機(jī)溶劑制備的SBS溶液或SBS水性乳液可以很大程度的降低健康和環(huán)境危害風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)省能源、并且施工方便、其涂布成膜后的獨(dú)特性能，可能具有廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域[2]，除已有的部分路面材料應(yīng)用嘗試以外，我們推測，在印刷、涂布行業(yè)也存在替代傳統(tǒng)產(chǎn)品的可能性[3]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 SBS的選擇

在兩只燒杯中分別加入等量的工業(yè)熱塑性彈性體SBS岳陽石化YH-791H和燕山石化4303(性能如表1所示)，然后向燒杯中加入等量同種溶劑并用玻璃棒攪拌至完全溶解，觀察結(jié)果表明對于同種溶劑而言岳陽石化YH-791H 的溶解效果優(yōu)于燕山石化4303，故后續(xù)試驗(yàn)選取岳陽石化YH-791H進(jìn)行。

表1 試驗(yàn)用SBS型號和性能

1.2 有機(jī)溶劑的選擇

本課題結(jié)合以往資料文獻(xiàn)先選用傳統(tǒng)的二甲苯、二氯甲烷等有機(jī)揮發(fā)性溶劑進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)有些揮發(fā)性有機(jī)溶劑有良好溶解性能但沸點(diǎn)較低，在常溫常壓下易揮發(fā)，操作過程中釋放大量揮發(fā)性有毒物質(zhì)，存在較大健康危害的隱患，試驗(yàn)操作可行性較差?？紤]到長期使用或后期的生產(chǎn)應(yīng)用環(huán)節(jié)會引發(fā)許多健康和環(huán)境問題，故嘗試選取以下幾種對健康環(huán)境危害較低的有機(jī)溶劑進(jìn)行試驗(yàn)研究，如表2所示。

表2 試驗(yàn)選擇溶劑規(guī)格和健康危害程度

1.3 SBS溶液的制備

按試驗(yàn)設(shè)計(jì)比例準(zhǔn)確稱量工業(yè)熱塑性彈性體SBS備用，另取一燒杯按試驗(yàn)設(shè)計(jì)準(zhǔn)確稱量溶劑。將稱量好的工業(yè)熱塑性彈性體SBS與溶劑混合均勻并用玻璃棒攪拌溶解(必要時(shí)借助電力攪拌器進(jìn)行攪拌溶解)，制備成SBS溶液 。

試驗(yàn)結(jié)果表明，溶劑的常溫下溶解效果依次為醋酸正丙酯>環(huán)烷油>環(huán)己烷>丙二醇甲醚>無水乙醇。且試驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)醋酸正丙酯與SBS的質(zhì)量比為1∶1時(shí)也能充分相溶，形成穩(wěn)定的均相溶液。故選取SBS的醋酸正丙酯溶液進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

1.4 SBS乳液的制備

結(jié)合1.3的試驗(yàn)結(jié)果，選取醋酸正丙酯和YH-791H的溶液進(jìn)行SBS乳液的制備試驗(yàn)。其試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 不同配比SBS溶液乳化效果

通過以上試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),除1和7兩組外，其余六組均可制得穩(wěn)定均一的SBS水性乳液。

1.5 應(yīng)用探索試驗(yàn)

1.5.1 SBS溶液用于改性瀝青試驗(yàn)

試樣一:將基質(zhì)瀝青置烘箱內(nèi)加熱至160 ℃，取出樣品進(jìn)行稱重；安裝攪拌與加熱控溫裝置；開啟通風(fēng)和攪拌，溫度控制150～160 ℃，按配比要求緩慢連續(xù)加入SBS溶液，并控制在此溫度下持續(xù)攪拌50 min，脫除溶劑后澆模，進(jìn)行性能指標(biāo)測試。

試樣二:將基質(zhì)瀝青置烘箱內(nèi)加熱至160 ℃，取出樣品進(jìn)行稱重；安裝剪切與加熱控溫裝置；剪切溫度控制160 ℃左右，按配比要求分批次加入SBS溶液，剪切15 min，加入交聯(lián)劑，繼續(xù)剪切30 min；將剪切好的試樣置入160 ℃烘箱中發(fā)育3 h后澆模，進(jìn)行性能指標(biāo)測試。

試樣三:將基質(zhì)瀝青加熱至170 ℃左右，加入稱量好的SBS改性劑，用玻璃棒攪拌均勻，然后在8 000 r/min 的轉(zhuǎn)速下剪切0.5 h，加入硫磺、糠醛油在180～185 ℃下剪切發(fā)育2.5 h后澆模，進(jìn)行性能指標(biāo)測試。

通過對三個(gè)SBS改性瀝青試樣的性質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，使用SBS溶液生產(chǎn)的改性瀝青，相比于傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的改性瀝青而言，整體性能指標(biāo)較差。尤其是軟化點(diǎn)、針入度差異較大，不易滿足技術(shù)規(guī)范的使用要求。

試樣一、二制備過程的加熱溫度較低且整個(gè)制樣過程中沒有出現(xiàn)膠團(tuán)纏結(jié)現(xiàn)象。將試樣在180 ℃下發(fā)育兩小時(shí)復(fù)測軟化點(diǎn)56，160 ℃靜置烘箱15 h后軟化點(diǎn)58。結(jié)果表明，延長保溫時(shí)間可能提高了交聯(lián)度，使改性瀝青性能獲得了改善。

該SBS溶液直接應(yīng)用于熱拌瀝青改性尚有許多問題需要解決，技術(shù)指標(biāo)未能體現(xiàn)出優(yōu)勢，但避免了SBS改性瀝青生產(chǎn)中必須經(jīng)過強(qiáng)力機(jī)械過磨的過程，有望簡化工業(yè)生產(chǎn)過程、相對能耗較低。

1.5.2 SBS水性乳液用于改性乳化瀝青試驗(yàn)

將制備好的SBS乳液加入基質(zhì)瀝青中充分混合均勻后，經(jīng)過乳化機(jī)混合乳化制備改性乳化瀝青。

考察改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的性能指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)其效果一般，與SBS改性乳化瀝青相比較而言，未體現(xiàn)性能優(yōu)勢，且存在溶劑揮發(fā)問題。優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)過程簡單，易操作，避免了SBS改性瀝青生產(chǎn)中必須經(jīng)過強(qiáng)力機(jī)械過磨的過程，相對能耗較低。

1.5.3 涂布成膜試驗(yàn)

將SBS和溶劑醋酸正丙酯按1∶3的比例(質(zhì)量比)配合攪拌均勻，用滾動(dòng)刷或油漆刷蘸取，均勻的涂刷在紙張基層表面，固化成膜后粘附良好、不產(chǎn)生氣泡、褶皺、脫模等現(xiàn)象，涂層柔軟、防水，能夠紙膜合一。

試驗(yàn)制成的水性乳液進(jìn)行相同的涂布烘干后，具有相同的性能。

2 結(jié)論

(1) 通過對線型和星型兩種改性劑的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，線型SBS與星型SBS相比，因分子量較小更易溶解獲得SBS溶液。

(2) 制備的改性瀝青和改性乳化瀝青與傳統(tǒng)工藝條件制備的產(chǎn)品相比無明顯性能優(yōu)勢，存在問題尚需繼續(xù)研究解決；但應(yīng)用較為便利，生產(chǎn)所需的溫度大幅降低，只需機(jī)械攪拌免去機(jī)械過磨的過程，大大降低了能耗。

(3) 此種方法制備的高分子溶液和水性乳液制備方法簡便，能夠減少部分傳統(tǒng)溶液和水性乳液生產(chǎn)過程中有害溶劑的用量，可嘗試用于涂料、膠粘劑行業(yè)以及其他未知領(lǐng)域。