1 聚氨酯的性質(zhì)

    聚氨酯 ( PU) 作為一種高分子材料，是由二異氰酸酯和二元醇聚合而成的嵌段共聚物。主鏈由軟鏈段與硬鏈段構(gòu)成。硬鏈段由二異氰酸酯、小分子擴(kuò)鏈劑構(gòu)成; 軟鏈段由大分子量的多元醇或多元胺構(gòu)成。硬鏈段具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔融溫度，提供聚氨酯的高硬度和強(qiáng)度; 而軟鏈段使聚氨酯具有柔順性和彈性。聚氨酯以良好的性能廣泛應(yīng)用在黏結(jié)劑、建筑和包裝材料等領(lǐng)域。

2 聚氨酯改性瀝青及瀝青混合料

2. 1 相容性

    聚氨酯與瀝青間的相容性影響改性效果，因聚氨酯的介電常數(shù)大于 3. 6，瀝青的介電常數(shù)在 2. 6 到3. 0 之間。采用 MOCA 作為相容劑，通過離析試驗(yàn)表征瀝青與聚氨酯間的相容性，得到的試驗(yàn)結(jié)果如圖 2 所示。當(dāng)摻量為 2% 時(shí)，改性瀝青的離析程度*小，其值遠(yuǎn)低于規(guī)范要求，說明聚氨酯改性瀝青的穩(wěn)定性較好。

2. 2 瀝青性能試驗(yàn)結(jié)果   

班孝義將 3 種聚氨酯 (聚醚型 JM-PU、聚酯型JZ-PU、PTMEG 型) 在相同的摻量下 (7%) 用于瀝青改性，得到3種聚氨酯改性瀝青 ( JM-APU7，JZ-APU7，PT-APU7) 。分別在瀝青中摻加 10% (蓖麻油基聚氨酯) 、4.27% ( 端異氰酸酯預(yù)聚體)和10%( 水性聚氨酯)的聚氨酯，記為 APU10，APU4.27，APU10-1。

    將熱塑性聚氨酯 (TPU) 和聚氨酯 (PU) 按不同的比例 (3%，5%，7%) 制備聚氨酯改性瀝青，記為 ATPU3，ATPU5，ATPU7，APU3，APU5，APU7，然后在聚氨酯改性瀝青中添加 2% 的水得到泡沫聚氨酯改性瀝青，記為 AF3，AF5，AF7。將 7% 聚氨酯 ( 聚醚型 ) 摻加到3種 90#基質(zhì)瀝青中 ( 韓國 SK、國創(chuàng)、克拉瑪依) 制備得到3種PU改性瀝青，分別記為 PSK7，PGC7，PKL7 中的針入度、軟化點(diǎn)和延度試驗(yàn)結(jié)果整理如圖3～圖 5所示。由圖 3 可知，聚氨酯加入到瀝青中后，針入度下降中試驗(yàn)結(jié)果除外) ?？芍?，聚氨酯的種類會(huì)影響瀝青的針入度指標(biāo)。可知，針入度下降幅度**的是泡沫聚氨酯改性瀝青，下降幅度*小的是熱塑性聚氨酯改性瀝青。在軟化點(diǎn)方面，由圖 4 可知，聚氨酯加入到瀝青中后，軟化點(diǎn)升高除外，說明聚氨酯可有效提升瀝青的高溫性能。泡沫聚氨酯改性瀝青的軟化點(diǎn)是**的。由圖5和中的數(shù)據(jù)可知，聚氨酯加入瀝青后，瀝青的延度值上升，延度試驗(yàn)的溫度為10 ℃，基質(zhì)瀝青的延度值為 76 cm，聚氨酯在瀝青中的摻量為10% ，20% ，30% 時(shí)，聚氨酯改性瀝青的延度值*為基質(zhì)瀝青的18. 4% ，12. 9% ，12. 1% ，表明聚氨酯對(duì)瀝青的延度指標(biāo)有很大的負(fù)影響，造成數(shù)據(jù)差別較大的原因是否與聚氨酯的種類有關(guān)，還需進(jìn)一步探討。綜上所述，聚氨酯總體上可降低瀝青的針入度值，提高瀝青的延度值和軟化點(diǎn)。

2. 3 動(dòng)態(tài)剪切流變 ( DSＲ) 試驗(yàn)

   通過針入度、軟化點(diǎn)和延度試驗(yàn)證明了3種聚氨酯 ( 聚醚型 JM-PU、聚酯型 JZ-PU、PTMEG型) 在改性瀝青中的**摻量分別為11% ( 記為JM-APU11) ，7% 和 7% 。將 3 種性能優(yōu)越的聚氨酯 改性瀝青用 DSＲ試驗(yàn)，結(jié)果顯示 3 種聚氨酯改性 瀝青的復(fù)數(shù)模量 ( G* /sin δ) 均高于基質(zhì)瀝青，相位角均低于基質(zhì)瀝青。這說明聚氨酯可提高瀝青的高溫抗車轍能力，其中，JM-APU 型聚氨酯對(duì)瀝青的改性效果**。劉穎等在試驗(yàn)中證明了聚氨酯改性瀝青的G*/sinδ是SBS改性瀝青的7倍。舒睿論文中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將抗車轍因子 由大到小的排序?yàn)? 50% 聚氨酯改性瀝青 ＞ 30% 聚氨酯改性瀝青 ＞ SBS 改性瀝青 ＞ 70#基質(zhì)瀝青，說明 在一定范圍內(nèi)加入聚氨酯越多，聚氨酯改性瀝青的高溫性能越好。

    利用溫度掃描試驗(yàn)測(cè)試了瀝青可適應(yīng)的**溫度。對(duì)于旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱短期老化后的改性瀝青，試驗(yàn)條件為 G* /sin δ≥1. 0 kPa; 對(duì)于長期老化后的改性瀝青，試驗(yàn)條件為 G* /sin δ≥2. 2 kPa。試驗(yàn)得到瀝青可適應(yīng)的**溫度如圖 7 所示。當(dāng)聚氨酯添加到瀝青中后，瀝青可適應(yīng)的**溫度升高。

    該溫度也會(huì)受到聚氨酯的類型影響，當(dāng)摻量為 7%時(shí)，ATPU7，APU7 和 AF7，改性瀝青可適應(yīng)的**溫度 ( 短 期 老 化 后) 相比基質(zhì)瀝青分別提高了24. 5%，15. 8%，26. 3%，長期老化后分別提 高 了22. 2%，21. 0%，26. 9%，AF7 改性瀝青可適應(yīng)的**溫度提升幅度**，說明聚氨酯改性瀝青中加水對(duì)瀝青的抗老化性能有利。

2. 4 瀝青彎曲蠕變勁度試驗(yàn)

    證明，當(dāng)溫度分別為-12 ℃和-18 ℃時(shí)，PU 改性瀝青的蠕變速率 m 值都比基質(zhì)瀝青的大，PU改性瀝青的勁度模量 S 值均小于基質(zhì)瀝青，如圖 8 所示，其中聚醚型的改性效果**。根據(jù)文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)，將 S 值和 m 值排列為: 50% PU＞30% PU＞4% SBS ＞70#基質(zhì)瀝青。改性瀝青中聚氨酯的摻量越高，瀝青的低溫性能越好。但 Bazmara 等證明了聚氨酯改性瀝青和基質(zhì)瀝青具有相同的低溫性能。這些結(jié)果說明聚氨酯總體上可改善瀝青得低溫性能。