SBS聚合物结构特性与基质沥青化学组成对改性沥青性能的协同调控机制研究

研究人员针对聚合物改性沥青(PMB)性能不一致的问题，系统研究了8种不同结构(线型/星型)、苯乙烯/乙烯基含量和分子量的SBS聚合物对三种70/100基质沥青化学组成的影响。通过1H NMR和SEC表征聚合物特性，采用TLC-FID和FTIR分析12种PMB的化学变化，发现线型SBS能更有效促进芳香分重组，而基质沥青中较高芳香分/胶质含量为聚合物分散提供有利环境。该研究为精准设计PMB提供了分子层面的理论依据。

　　

在道路工程领域，沥青路面性能受环境因素和交通荷载的双重考验，而聚合物改性沥青(PMB)已成为提升耐久性的关键材料。其中苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)因其独特的"硬-软-硬"结构备受青睐——刚性苯乙烯段提供强度，弹性丁二烯段赋予柔韧性。然而实践中发现，即使相同等级的PMB，其路用性能仍存在显著差异。现有研究多聚焦于SBS掺量优化，却忽视了聚合物微观结构特性与基质沥青化学组成的协同作用，这成为制约PMB性能精准调控的"黑箱"。

为解开这个谜团，立陶宛维尔纽斯格迪米纳斯技术大学道路研究所的Judita ?kulteck?团队在《Materials Today Communications》发表研究，首次系统考察了8种商用SBS聚合物(4种线型/4种星型)的分子特征差异，并揭示其与三种化学组成不同的70/100基质沥青相互作用机制。研究采用¹H NMR精准量化苯乙烯/乙烯基含量，通过SEC分析分子量分布，基于TLC-FID测定SARA四组分变化，结合FTIR追踪特征官能团演变，构建了"聚合物结构-化学重组-性能表现"的关联框架。

在实验方法上，研究团队首先运用¹H NMR(400 MHz)解析了SBS的苯乙烯含量(20.7-32.3%)和乙烯基比例(7.3-33.7%)，发现制造商提供的数据存在偏差。SEC分析显示所有SBS均含13-16%低分子量组分，星型结构分子量(118-144 kDa)显著高于线型(77-93 kDa)。选用4种代表性SBS(2线型/2星型)以3.5%掺量制备12种PMB，通过高剪切(6000 rpm,185°C)工艺确保均匀分散。TLC-FID测定显示芳香分减少5-26%、胶质增加4-49%，FTIR定量分析了966 cm^-1(反式丁二烯)和910 cm^-1(乙烯基)特征峰变化。

关键发现体现在三方面：首先，核磁共振揭示了商业SBS的"隐藏特性"——线型I_L31.5的乙烯基含量高达31.3%，远超制造商标注的"高含量"描述；星型I_R20的苯乙烯实际含量(20.7%)与标称值(20%)的偏差，解释了其性能波动根源。其次，SARA分析表明线型SBS引发更剧烈的组分重组，如B_I_L31.5使芳香分从50.4%降至37.1%，胶质从25.7%增至38.3%，而星型SBS变化幅度普遍小50%以上。这种差异源于线型分子链更易溶胀分散，而星型结构形成封闭的胶束域。第三，FTIR证实基质沥青化学环境直接影响聚合物显影——富含芳香分的B基质使I_R30的苯乙烯指数(I_PS)降低15%，表明其苯乙烯段被芳香分"屏蔽"；而高乙烯基的I_L31.5在各类基质中均保持稳定的A₉₁₀/A₉₆₆比值(1.4)，验证了乙烯基的示踪作用。

这项研究的突破性在于揭示了PMB性能差异的分子本质：线型SBS通过更充分的溶胀重组沥青组分，适合需要强界面结合的场合；星型SBS依靠高分子量构建物理网络，更适合抗车辙需求。基质沥青中芳香分/胶质比就像"分子溶剂"，控制着SBS的分散状态——B基质(芳香分50.4%)使所有SBS的I_PB提升20-31%，而A基质(芳香分36%)仅引起9%以内的变化。这些发现颠覆了"仅凭SBS掺量调控性能"的传统认知，为基于分子设计的PMB定制提供了新范式。

该成果对道路材料领域具有双重价值：方法学上，建立了¹H NMR-SEC-TLC-FID-FTIR联用技术链，实现从聚合物表征到改性机理的全过程解析；应用层面，提出的"基质-聚合物配伍性原则"可指导工程选材，例如高芳香分基质优选线型高乙烯基SBS以增强相容性。正如作者指出，未来研究可将这些化学指标与流变性能关联，进一步解锁PMB的"成分-结构-性能"密码，推动沥青路面技术向分子精准调控时代迈进。