交联PPA与生物沥青协同改性SBS沥青的微观形貌与纳米力学机制研究

为提升生物沥青(BA)与SBS改性沥青的相容性及性能稳定性，研究人员探究了聚磷酸(PPA)与BA的交联酯化物对SBS沥青的协同改性机制。通过原子力显微镜(AFM)和力延度测试发现，交联酯化物可形成空间网络结构，使沥青表面粗糙度(R q )提升20-60%，蜂窝结构高度增加8-10 nm，DMT模量提高7%，黏附力区域扩大2.7-3倍。该研究为农业固废资源化及高性能沥青开发提供了新思路。

　　

随着全球可持续发展理念的深化，农业固体废弃物的资源化利用成为热点。中国作为农业大国，每年产生约8.5-9亿吨秸秆，但传统焚烧或堆积处理导致严重环境污染。生物沥青(BA)作为秸秆热解产物，虽能替代石油沥青，但其低分子量组分易损害高温性能。同时，苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青存在存储稳定性差的问题。湖南大学的研究团队创新性地将含多羟基的聚磷酸(PPA)与BA交联，结合SBS构建三元改性体系，通过微观形貌与纳米力学分析揭示了组分协同机制，相关成果发表于《Materials Today Communications》。

研究采用原子力显微镜(AFM)的Peak force-QNM模式和力延度测试，对比分析了不同配比下沥青的形貌特征与力学性能。实验材料包括80/100渗透级石油沥青、PPA(105%浓度)及玉米秸秆衍生的BA，通过高温剪切制备复合改性沥青样本。

表面形貌
AFM图像显示，PPA-BA交联酯化物显著改变沥青微观结构。相较于纯SBS改性沥青，交联体系使表面粗糙度(R
_q

)提升20-60%，蜂窝状结构高度增加8-10 nm。这种形貌变化源于酯化物与沥青质的相互作用，形成了更复杂的相分离结构。

DMT模量分布
交联酯网络与SBS分子链的互穿效应增强了材料弹性。力延度测试中，复合沥青在弹性变形阶段表现更优，表面DMT模量从体系内低值提升至中等级别，图像平均模量最大增幅达7%。

黏附力特性
PPA与BA的极性羟基基团大幅提升界面作用力。AFM数据显示，图像平均黏附力增长50-66%，高黏附区(紫色区域)面积扩大2.7-3倍，证实化学交联可强化组分间分子作用力。

结论与意义
该研究首次从纳米尺度阐明了PPA-BA交联酯化物与SBS的协同机制：交联产物通过增加表面粗糙度和构建三维网络，提升沥青力学性能；SBS分子则通过空间互锁稳定酯网络，改善分散性。这一发现不仅为农业固废高值化利用提供了新途径，更推动了多功能复合改性沥青的工业化应用。研究提出的"化学交联-物理互穿"双网络模型，为绿色道路材料设计提供了理论依据。