摘　要：采用重交70^#瀝青、聚丙二醇、脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂、芳香族酸酐和二聚脂肪酸酐(5個因素)及E－51環氧樹脂制得環氧瀝青材料。設計了五因素四水平正交實驗，以拉伸強度和斷裂伸長率為主要考核指標，研究了瀝青、活性增容劑、固化劑等主要因素對環氧瀝青材料力學性能的影響，并優化出佳配方：10.0 g E－51雙酚A環氧樹脂，52.0 g重交70^#瀝青，1.5 g芳香族酸酐，8.0 g二聚脂肪酸酐，2.0 g脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂及0.5 g聚丙二醇，材料斷裂伸長率可達231.65％，拉伸強度2.14 MPa。
關鍵詞：環氧樹脂；瀝青；聚丙二醇；脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂；芳香族酸酐；二聚脂肪酸酐；拉伸強度；斷裂伸長率

0　引　言

　　瀝青因良好的礦物附著力和粘彈性而被廣泛應用于道路鋪設，但較差的高低溫性能導致其極易破壞而影響其使用性能。因此，對瀝青進行改性來滿足不同場合和環境的使用需要勢在必行。
　　用環氧樹脂來改性瀝青是目前研究的熱點之一。環氧樹脂改性時，加入瀝青中的環氧樹脂與固化劑發生固化反應后形成網狀結構固化物；而瀝青分子將分散于這一環氧樹脂的網狀結構中，形成不可逆的固化物，從而賦予瀝青優良的物理和力學性能。這種改性所得到的環氧瀝青材料從根本上改變了瀝青的熱塑性性質，其新的性能使環氧瀝青在路面鋪裝的工程中有著十分優異的特性：強度高、剛度大、韌性好；優良的抗疲勞性能；層問結合能力；良好的溫度穩定性和耐腐蝕性。它是鋼橋面鋪裝、路面磨耗層、超重載交通道路的理想筑路材料，具有廣泛的應用前景。
　　國外上世紀60年代就開始研究環氧樹脂改性石油瀝青，經長時間發展，現已相當成熟。我國的一些科研機構在20世紀90年代開始對環氧瀝青的配制方法和機理進行研究，現已取得一定成績。然而，現階段國產環氧瀝青中仍存在制備工藝復雜、環氧樹脂比例高、成本大、組分間相容性不好等問題。
　　本文通過正交實驗法對環氧瀝青配方的各組分進行優選，確定其配方。此配方解決了環氧瀝青各組分相容性問題，降低了環氧樹脂用量，節約了成本，且環氧瀝青制備工藝簡單。

1　實　驗

1.1　主要實驗材料
　　環氧樹脂：E－51環氧樹脂；瀝青：重交70^#瀝青；固化劑：芳香族酸酐(甲基四氫鄰苯二甲酸酐)，武漢瑞基化工有限公司；二聚脂肪酸酐(桐油酸酐)，揚州廣潤化工有限公司；增容劑：脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂(1，4－丁二醇二縮水甘油醚)，武漢遠城科技發展有限公司獅子山化工涂料廠；增韌劑：聚丙二醇PPG，分子質量4000，江蘇省海安石油化工廠。
1.2　制備方法
　　取一定質量的重交70^#瀝青于反應器中加熱至120℃攪拌均勻，依次加入PPG、脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂、芳香族酸酐和二聚脂肪酸酐，120℃下攪拌30 min后，再加入適量的E－51環氧樹脂，在120℃保溫下繼續攪拌20 min，隨后轉移至恒溫箱中120℃下固化4 h即成環氧瀝青材料。

2　結果與討論

2.1　環氧瀝青正交優化
　　優化實驗采用五因素四水平L₁₆(4⁵)正交設計，正交實驗的因素及水平見表1，實驗方案及結果見表2。

　　從表2可知：因素A對拉伸強度的影響高于對斷裂伸長率的影響，故因素A取水平A₂，同理因素C取水平C₂。對于因素B，水平由B₃變為B₂時拉伸強度降低3.9％，伸長率增加0.81％，B₃優于B₂。同理可知因素D，E分別取D₃，E₃。綜上所述環氧瀝青材料的優組合為A₂B₃C₂D₃E₃，此時環氧樹脂的用量以10 g計。
2.2　主要成分用量對環氧瀝青材料性能的影響
　　根據表2所示的極差分析來看，重交70^#瀝青、脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂、二聚脂肪酸酐為影響環氧瀝青性能的主要因素，為此研究這3種組分用量對環氧瀝青性能的影響，在研究某一因素含量變化時，其它成分的含量以正交優化實驗結果A₂B₃C₂D₃E₃為基礎，并且環氧樹脂的用量仍以10 g計。
　　1)重交70^#瀝青
　　重交70^#瀝青用量對環氧瀝青力學性能的影響如圖1所示。

　　瀝青用量增加，環氧瀝青斷裂伸長率顯著增大，而拉伸強度在瀝青用量超過52.0 g時降低。這是因為環氧樹脂固化形成立體網狀結構成為連續相，瀝青作為分散相進入網狀結構中，當瀝青用量低于52.0 g時，網狀結構空隙未被填滿，瀝青增加使伸長率和拉伸強度同時增大；當瀝青用量超過52.0 g，網狀結構已經填滿，無法填充到網狀結構空隙中的瀝青有可能形成新的瀝青連續相從而導致環氧瀝青材料的伸長率增加，拉伸強度則明顯下降。
　　2)脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂
　　脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂用量對環氧瀝青力學性能的影響如圖2所示。

　　由圖2可知，隨著脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂增容劑用量的增加，環氧瀝青材料力學性能顯著提高并呈現先增加后降低的情況。這是因為脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂同時具有脂肪碳鏈和環氧基團，與環氧樹脂和瀝青的相容性均較好，起到了增強環氧樹脂和瀝青相容性的作用。因此在增容劑用量較低時由于相容性的增加使得材料力學性能增大，但當增容劑用量超過一定值后，將消耗固化劑，從而使環氧樹脂呈現過量并固化不完全，但增容劑本身粘度極低，這些因素后導致固化后力學性能較差，造成材料整體性能下降。
　　3)二聚脂肪酸酐
　　圖3顯示了二聚脂肪酸酐用量對環氧瀝青材料力學性能的影響。由圖3可知，隨二聚脂肪酸酐用量的增加，環氧瀝青力學性能先升高后降低，當二聚脂肪酸酐用量為8.0 g時所得的環氧瀝青材料力學性能佳。這是因為當二聚脂肪酸酐用量小于8.0 g時，環氧樹脂未與固化劑完全反應，環氧樹脂過量，無法發揮出大性能；而二聚脂肪酸酐用量超過8.0 g時固化劑反而過量，過量的固化劑填充在網狀結構中，由于固化劑本身無力學性能，故造成材料整體性能大幅度下降。

2.3　環氧瀝青材料的性能
　　按照正交實驗優化結果A₂ B₃ C₂ D₃ E₃，取52.0 g重交70#瀝青、1.5 g芳香族酸酐、8.0 g二聚脂肪酸酐、2.0 g脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂、0.5 g聚丙二醇和10.0 g E－51環氧樹脂來制備環氧瀝青材料，完全固化后對其性能進行測試，結果如表3所示。從表3可知，正交優化所得到的環氧瀝青材料具有優異的綜合性能。

3　結　論

　　通過正交優化實驗確定了一種環氧瀝青材料的配方為：10.0 g E－51雙酚A環氧樹脂、52.0 g重交70^#瀝青、1.5 g芳香族酸酐、8.0 g二聚脂肪酸酐、2.0 g脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂、0.5 g聚丙二醇。固化完全后的環氧瀝青材料具有優異的綜合性能。