Влияние состава блок-сополимеров на основе стирола и бутадиена на свойства полимерных битумных вяжущих

Нефтяные дорожные битумы для строительства автомобильных, мостовых и аэродромных покрытий не удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям по трещиностойкости, теплостойкости, эластичности, адгезии к поверхности минеральных материалов. Введение в состав нефтяных дорожных битумов термоэластопластов повышает эксплуатационные свойства покрытия. Данные обстоятельства определяют актуальность исследований в этой области. Данная работа посвящена получению полимер-битумных композиций при добавлении в нефтяной дорожный битум блок-сополимеров на основе стирола и бутадиена, пластификатора, а также изучению некоторых его свойств. В качестве пластификатора было использовано индустриальное масло И-40 производства АО «Ангарская нефтехимическая компания». Для проведения исследований были испытаны нефтяные дорожные битумы БНД 100/130, блок-сополимеры стирола и бутадиена производства России и Китая. В инфракрасном спектре сополимеров наблюдаются полосы поглощения при 3061, 3024, 1640, 1601, 1450, 1493, 756, 730, 659 см^-1, которые относятся к стирольным звеньям, фрагменты бутадиена регистрируются в области 994, 964 и 911 см^-1. По данным элементного анализа, содержание бутадиеновых фрагментов в сополимере производства Китая в 3,1 раза больше, чем в сополимере производства России. Установлено, что при увеличении процентного содержания сополимера в нефтяном дорожном битуме динамическая вязкость и значение растяжимости композиции возрастают, а температура его хрупкости понижается. С увеличением содержания бутадиеновых звеньев в сополимере динамическая вязкость, температура размягчения и хрупкости, значения пенетрации и растяжимости возрастают, причем для сополимера производства Китая данные значения выше аналогичных величин, характерных для сополимера производства России.

1. Polacco G., Filippi S., Merusi F., Stasta G. A review of the fundamentals of polymer-modified asphalts: asphalt/polymer interactions and principles of compatibility //Advances in Colloid and Interface Science. 2015. Vol. 224. P. 72–112. DOI: 10.1016/j.cis.2015.07.010.

2. Брызгалов Н.И., Кемалов А.Ф., Кемалов Р.А. Влияние бутадиен-стирольного термоэластопласта на физико-химические показатели полимер-битумных вяжущих // Вестник технологического университета. 2022. Т. 25. N 9. С. 76–84. DOI: 10.55421/1998-7072_2022_25_9_76. EDN: JCAHEO.

3. Лукин А.С., Житов Р.Г., Баяндин В.В., Шаглаева Н.С. Исследование влияния природы пластификатора на свойства полимер-битумных композиций методом флуоресцентной микроскопии // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2022. Т. 12. N 3. С. 471–478. DOI: 10.21285/2227-2925-2022-12-3-471-478. EDN: ZMVOML.

4. Chen S., Jin E., Xu G., Zhuo S., Chen X. Factors influencing the low-temperature properties of styrene-butadiene-styrene modified asphalt based on orthogonal tests // Polymers. 2023. Vol. 15, no. 1. P. 52. DOI: 10.3390/polym15010052.

5. Jexembayeva A., Konkanov M., Aruova L., Kirgizbayev A., Zhaksylykova L. Modifying bitumen with recycled PET plastics to enhance its water resistance and strength characteristics // Polymers. 2024. Vol. 16, no. 23. P. 3300. DOI: 10.3390/polym16233300.

6. Airey G.D. Styrene butadiene styrene polymer modification of road bitumens // Journal of Materials Science. 2004. Vol. 39, no. 3. P. 951–959. DOI: 10.1023/B:JMSC.0000012927.00747.83.

7. Zhitov R.G., Kizhnyaev V.N., Shirokov V.V. Copolymerization of styrene with methacrylates in petroleum bitumen and properties of resulting composites // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2019. Vol. 53. P. 860–863. DOI: 10.1134/S0040579518050305.

8. Yu H., Jin Y., Liang X., Dong F. Preparation of waste-LDPE/SBS composite high-viscosity modifier and its effect on the rheological properties and microstructure of asphalt // Polymers. 2022. Vol. 14, no. 18. P. 3848. DOI: 10.3390/polym14183848.

9. Liu K., Xu Y., Wang H., Wang L. Experimental and molecular dynamics study on the properties of amorphous poly alpha olefin (APAO)reinforcing styrene butadiene rubber (SBR) modified asphalt // Construction and Building Materials. 2024. Vol. 443. P. 137844. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2024.137844.

10. Евдокимова Н.Г., Егорова Н.А., Султанова Д.П., Кунаккулова Э.М., Сережкина Н.Г. Формирование золь-гелевой наноструктуры дорожных битумов методом подбора группового химического состава // Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал. 2019. Т. 11. N 5. С. 512–525. DOI: https://doi.org/10.15828/2075-8545-2019-11-5-512-525. EDN: KPPGIH.

11. Высоцкая М.А., Кузнецов Д.А., Литовченко Д.П., Барковский Д.В., Ширяев А.О. Пластификатор при производстве полимерно-битумных вяжущих – как необходимость // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2019. N 5. С. 16–22. DOI: 10.34031/article_5cd6df466bb9e0.32764094. EDN: VRPVEJ.

12. Алексеев А.А., Лобанов А.В., Осипчик В.С., Жуков А.Ф., Алексеев А.А. Пластификация индустриальным маслом бутадиен-стирольного блок-сополимера с повышенным содержанием стирола // Известия высших учебных заведений. Серия Химия и химическая технология. 2013. Т. 56. N 8. С. 85–89. EDN: QZESWJ.

13. Беляев П.С., Полушкин Д.Л., Макеев П.В., Фролов В.А. Модификация нефтяных дорожных битумов полимерными материалами для получения асфальтобетонных покрытий с повышенными эксплуатационными характеристиками // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2016. Т. 22. N 2. С. 264–271. DOI: 10.17277/vestnik.2016.02.pp.264-271. EDN: VWDSXH.

14. Zhang F., Yu J., Wu S. Effect of ageing on rheological properties of storage-stable SBS/sulfur-modified asphalts // Journal of Hazardous Materials. 2010. Vol. 182, no. 1-3. P. 507–517. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2010.06.061.

15. Bansal S., Gupta V., Chopra T., Mehta R. Styrene-Butadiene-Styrene polymer modified bitumen: a review on compatibility and physico-chemical properties // Physica Scripta. 2024. Vol. 99. P. 122001. DOI: 10.1088/1402-4896/ad9113.

16. Liu K., Liu Y., Wang X., Dong L., Wang P. Evolution in thermal storage stability of SBS-polymer modified asphalt induced by differences in microscopic characteristics of base asphalt // Journal of Adhesion Science and Technology. 2024. P. 1–26. DOI: 10.1080/01694243.2024.2430655.

17. Гохман Л.М. Выбор полимера и приготовление ПБВ // Автомобильные дороги. 2016. N 2. С. 55–61.

18. Dong F., Zhao W., Zhang Y., We J., Fan W., Yu Y., et al. Influence of SBS and asphalt on SBS dispersion and the performance of modied asphalt // Construction and Building Materials. 2014. Vol. 62. P. 1–7. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2014.03.018.

19. Chen M., Geng J., Xia C., He L., Liu Z. A review of phase structure of SBS modified asphalt: Affecting factors, analytical methods, phase models and improvements // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 294. P. 123610. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.123610.

20. Zhou S., Wang J., Li S., Yan C. Investigating the rheological behaviour of styrene-butadiene-styrene modified asphalt // Road Materials and Pavement Design. 2023. Vol. 25, no. 9. P. 1964–1979. DOI: 10.1080/14680629.2023.2287715.

21. Li L., Huang C., Zeng Xu., Yang H., Gao W., Chen Y., et al. Rheological performance and UV aging resistance of buton rock asphalt and styrene-butadiene-styrene composite modified asphalt under high temperature // Coatings. 2024. Vol. 14, no. 12. P. 1589. DOI: 10.3390/coatings14121589.

22. Dong F., Zhao W., Zhang Y., Fan W., Wei J., Luo H., et al. High-temperature performance and microstructure of composite modified hard asphalt // Petroleum Science and Technology. 2018. Vol. 36, no. 7. P. 481–486. DOI: 10.1080/10916466.2014.919006.

23. Баданов С.В., Урумов А.В., Баяндин В.В., Шаглаева Н.С. Реакционная способность 2,3-дихлорпропена в реакциях радикальной сополимеризации // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021. Т. 11. N 4. С. 517–522. DOI: 10.21285/2227-2925-2021-11-4-517-522. EDN: GHSPJJ.