孙宁悦，王大明，孙延忠，王胜天
（1．东北师范大学化学学院，吉林长春130024；
2．吉林省石油化工设计研究院，吉林长春130021）
摘要：通过实验选择适当溶剂、提取次数和合理控制时间等条件，改进了传统化学分析测定改性沥青中SBS含量方法，并用红外光谱法验证了提取效果。结果表明，在常温下正庚烷可以更有效地将SBS和沥青质从沥青中分离出来，经优选用乙醚将SBS溶解提取，采用重量分析法进行定量分析。用该方法对剂量分别为4%、5%、6%标准含量SBS改性沥青样品及实际样品进行检测，方法的相对误差低于5qc，加标回收率（R）为92%～107%。因此该方法可为SBS改性沥青质量的有效监管提供了一种准确、快速的检测手段。
关键词：SBS；改性沥青；红外光谱；化学分析
SBS是苯乙烯一丁二烯一苯乙烯三嵌段共聚物，具有硫化橡胶的高弹性和抗疲劳性能，与沥青基质可形成空间立体网络结构，可有效地改善沥青的多种性能，其中SBS含量对其使用性能的影响比SBS类型显著。因此，快速、方便且准确测定其含量是有效控制改性沥青质量、保证改性沥青路面使用性能的重要措施之一。目前，测定改性沥青中SBS含量最常用分析方法主要有面积测试法、差示扫描量热法、荧光显微分析法、红外光谱法及化学分析法等。这些分析技术检测成本高，操作繁琐，检测时间长，需要专业人员操作复杂的仪器设备，在实际检验中广泛使用。因此建立一种准确、简单快捷地测定改性沥青中SBS含量具有重要的工程意义。
笔者提供了一种能够快速准确地测定SBS沥青改性剂含量化学分析方法，通过测试多个已知浓度的SBS改性沥青标准样品及实际样品，利用傅里叶变换红外光谱仪法表征提取效果，结果表明，该方法检测结果相对误差低于5%，方法的精密度满足工程以及相关标准要求。
1 实验部分
1.1 仪器和试剂
傅里叶变换红外光谱仪（WQF -510A）；加热回流装置；离心机( LD5 -2A)；数显控温烘箱（控温精度±1℃）；高剪切乳化机（BME 100LF型）。正庚烷（天津化工或北京化工生产）、乙醚（天津化工生产）、甲醛（天津化工或北京化工生产），以上试剂均为分析纯。实验用水均为二次蒸馏水。
1.2标准含量SBS改性沥青样品制备
SBS是热塑性弹性体，与沥青相容性不好，难于加工，因此，用高剪切乳化机经剧烈的机械及液体的剪切作用，使颗粒撕裂和粉碎，实现样品的均匀化。制备标样的SBS质量分数分别为4%、5%、6%。
1.3分析方法的原理
高分子聚合物能溶解在适当的低分子溶剂中，并形成真溶液。在溶解之前，低分子溶剂首先渗入聚合物中，使聚合物膨胀，由于溶剂的不断渗入，越来越多的聚合物分子链可以比较自由运动进入溶剂，当所有的分子都摆脱了相邻分子的羁绊以后，便完成了溶解过程。由于SBS与沥青中的所有组分不同，溶解度差别较大，溶解过程无化学变化。因此找到合适的溶剂并采用化学分离技术将SBS从沥青中提取出来是关键，然后进行称重定量分析。这种分析方法的优点是简便，用于定量分析结果比较可靠。
1.4实验方法
准确称取(2±0.1)g(m。)改性沥青并置于250 mL烧杯中。在常温下，加入有机溶剂120 mL分2次超声震荡10 min后，离心分离，保留不溶解部分；将不溶物分2次用50 mL乙醚震荡提取10 min，使SBS与沥青质分离。将乙醚提取液于60C恒水浴中至体积约30~50 mL后，加入甲醛，SBS析出，用高速离心机，在转速3 000—4 000 r/min转速下，使固体与液体分离，过滤，除去乙醚中的某些杂质，得到SBS，于60C恒温烘箱中烘干后称重(m．)，计算SBS的质量分数(mi/mo)×100%。
2结果与讨论
2.1检测改性沥青中SBS质量分数条件的优选及红外光谱法验证
2.1.1 温度的选择
首先在10、15、20、25、30、35℃条件下分离提取改性沥青中SBS，实验结果表明，沥青中的胶质、饱和酚与芳香酚在10~ 35℃条件下能被正庚烷提取，但温度高于25℃时，SBS在正庚烷中的溶解度增加，同时随着温度升高溶解沥青的速度加快。因此，选择分离提取温度低于25℃。
2.1.2 不同溶剂的选择
常用的溶剂有三氯乙烯、甲苯、苯、环己烷、三氯甲烷等，这些溶剂溶解沥青的同时，也溶解了SBS，没有达到分离的目的。而常温下正庚烷及体积比为4:6的乙酸甲酯和正庚烷混合溶剂作萃取溶剂2种萃取体系均可溶解沥青中多数物质，不溶解的是SBS与沥青质。沥青提取率分别为96. 13%和92. 28%。因此选择正庚烷及乙酸甲酯和正庚烷混合溶剂作溶剂，使沥青与SBS和沥青质分离。同理利用乙醚将SBS从SBS与沥青质混合物提取分离。为了得到纯净的SBS，在SBS的乙醚溶液中加入甲醛作沉降剂，SBS析出后，用高速离心机(转速3 000～4 000 r/min)使固体与液体快速过滤分离，提高试验的准确度和精密度。除去乙醚相，得到纯净的SBS。
2.1.3提取时间的选择
在200C下，用120 mL正庚烷分2次超声震荡10、15、20、25、30、60 min后，离心分离改性沥青中SBS，SBS提取率分别为64. 2%、76. 4%．95. 6%、96. 0%、95. 7%。因此，选择超声振荡时间为20 min。与传统检测SBS质量分数的方法对比，该提取方法大大缩短分离提取时间，简化了分析过程。
2.1.4红外光谱分析验证
SBS乙醚溶液与纯乙醚的红外光谱图如图1所示。
由图1可知，SBS的特征峰在700、966、1 601 cm-1处。
由于SBS易溶于乙醚，沥青易溶于正庚烷，通过SBS的乙醚溶液与纯正庚烷的红外光谱图的比较与分析（如图2所示），可以进一步确定SBS的特征峰是966、1 601 cm-1。从图2(c)~图2(e)还可以看出，用正庚烷经过3次浸泡SBS后，其浸泡液的红外光谱图在966、1 601 cm-1处没有出现SBS的特征吸收峰，证实SBS不溶于正庚烷，正庚烷提取沥青次数2次即可。
SBS乙醚溶液与纯正庚烷3次浸泡液的红外光谱图如图2所示。
为验证乙醚提取SBS后沉降液是否残留SBS，采用红外光谱对沉降液下层和沉降液上层进行了验证，结果如图3所示。由图3(b)、图3(c)可以看出，在沉降液下层、沉降液上层的红外光谱图中没有发现SBS的966、1 601 cm-l特征峰，说明乙醚溶解SBS完全。
甲醛沉降后乙醚浸泡液的红外光谱图如图4所示。在图4中，在966、1 601 cm-l处没有发现SBS的特征峰，说明SBS完全被甲醛沉降。
甲醛沉降后的乙醚浸泡液红外光谱图如图4所示。
从以上一系列红外光谱图可验证，SBS在正庚烷中基本不溶，而且甲醛沉降SBS比较完全，沉降完成后的乙醚溶解液中基本没有SBS。
2.2标准质量分数SBS改性沥青样品质量分数测定
SBS质量分数分别为4010、5%、6010改性沥青中SBS质量分数随试验次数变化曲线如图5所示。由图5可以看出，不同质量分数SBS标样15次实验测得的SBS质量分数在其标准值附近波动；相对误差低于5 010，加标回收率分别为92~107%、96—106%、95—106%。属于可接受范围。由此可见，该方法适用于不同质量分数SBS的样品。
2.3 实际成品改性沥青SBS质量分数测定
分别取美国科氏公司样品和大连西太平洋公司样品各3份进行检测，结果如表1所示。从分析结果来看，满足相对误差不超过5%要求。
3结论
对改性沥青中SBS质量分数进行了检测，结果相对误差在5 010以内，满足实际样品检测要求。实验精度不随SBS质量分数的变化而变化。与荧光显微分析法、差示扫描量热法相比，该方法不需要很复杂的设备，操作简单，分析速度快，在多数工地试验室可以进行；与传统化学方法相比，该方法实验成本低，精度高，可靠性好，且测试周期短，实现了改性沥青中SBS质量分数的快速准确测定。
