【摘要】 凝胶渗透色谱法测定聚合物含量的可靠性与傅里叶变换红外光谱法测定聚合物含量的可靠性相近。

理解沥青粘合剂的分子组成和宏观力学性能之间的联系，对于沥青粘合剂的选择、改性和性能预测至关重要。近年来，随着各种改性沥青粘结剂的出现，GPC在沥青材料中的应用迅速发展。

 

例如，GPC用于测定SBS改性沥青中苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)改性剂的含量，并评估SBS聚合物在老化过程中的降解情况。凝胶渗透色谱法测定聚合物含量的可靠性与傅里叶变换红外光谱法测定聚合物含量的可靠性相近。由于沥青分子量分布中的粘合剂对沥青粘合剂中的组分变化十分敏感，因此在施工和使用过程中，可以使用凝胶渗透色谱测试来检测沥青废油的沾污粘合剂。

 

值得注意的是，广义相对论在沥青材料中最广泛的应用是新兴改性沥青粘合剂的改性工艺角色塑造。为了满足对高性能沥青粘合剂日益增长的需求，各种添加剂和改性剂已被用于提高基层沥青的性能。有代表性的聚合物改性剂包括SBS、废橡胶、聚乙烯(PE)、苯乙烯-丁二烯-橡胶(SBR)及乙烯醋酸乙烯酯(EVA)等，广泛应用于扩大基层沥青的高、低性能分级的推广。

 

此外，亦使用不同的低分子量添加剂改良基层沥青。这些添加剂可以根据其预期用途进行分类，如抗氧化剂、碳氢化合物补充剂、抗剥离剂和复壮剂等。上述这些组分的掺入可能会破坏和重建胶状结构，并改变基层沥青的物理性能。幸运的是，这些变化可以通过GPC技术捕捉到，并与沥青结合剂的物理性能相关联。

 

沥青粘合剂的老化现象是评估沥青粘合剂性能时应考虑的一个典型特征。利用GPC对各种沥青结合料的老化行为和老化动力学进行了大量的研究。对于基质沥青，同样的结论得出，从小分子到大分子的转变发生在热氧老化过程中。而SBS改性沥青的老化过程实际上是一个双向过程，包括SBS聚合物的降解和大分子组分的增加。此外，利用GPC成功地揭示了温拌沥青、橡胶沥青、生物沥青及其它聚合物改性沥青的老化特性。这些工作为制定抗老化措施和准确预测沥青路面使用寿命提供了指导。

 

GPC，也被称为尺寸排阻色谱(SEC)，是基于不同分子的分子水动力学体积的大小或精确度来分离聚合物样品的液相色谱技术之一。如图1所示，分离过程出现在用固定相材料(如聚苯乙烯和硅胶)填充的连接柱内。固定相由小颗粒组成，包含许多不同大小的孔隙。当被测聚合物样品在溶剂中溶解时，假设溶解的聚合物链被纠缠成具有不同分子尺寸的球形单元。当这些分子尺寸较大(以红色标示)的球形单元随流动相一起流过柱子时，由于尺寸排斥效应，这些分子尺寸较大的球形单元会被固定相尺寸较小的孔隙排斥。

 

因此，大尺寸分子洗脱迅速，相应的洗脱时间或保留时间较少。相比之下，小分子(蓝色标记)的流动抛出了更广泛的小孔网络，相应的洗脱时间或保留时间更长。根据这一原理，聚合物样品可以分离成不同分子大小的分子，记录不同的洗脱时间。

 

图1凝胶渗透色谱分离原理示意图

 

沥青溶液的配制

在试验之前，将沥青样品溶解在溶剂中以制备沥青溶液。沥青粘合剂最常用的溶剂是四氢呋喃(THF)，因为与甲苯等其他溶剂相比，THF的再现性极佳。四氢呋喃应先除气，以消除可能对衍生的凝胶渗透色谱谱产生噪音影响的残余空气气泡。然后将四氢呋喃溶剂注入烧瓶中溶解制备的沥青样品。为了确保沥青完全溶解，溶解的沥青溶液要么在常温下保存24小时，要么用离心机混合。建议橡胶沥青及含较高聚合物的高粘度沥青粘合剂的保存时间应延长至72小时。值得注意的是，沥青溶液的浓度在不同的试验中有所不同。

 

一般而言，浓度较高的沥青溶液，由于分子间的相互作用，会令凝胶渗透色谱图中的大分子区域有较高的响应强度，而分子间的相互作用亦会令分子量浓度较高。为确保同一种沥青再现性的凝胶渗透粘合剂分布情况一致，我们建议每次测试时，沥青溶液的浓度应保持一致。然而，在控制沥青溶液浓度方面仍然存在人为误差。以往的经验显示，在数据处理过程中，使用规格化方法可以消除这些偏差。

 

图2凝胶渗透色谱取样的示意图: (a)粘合剂和混合物的溶解; (b)阶段性萃取

 

至于从老化沥青混合料回收的沥青粘合剂，如图2(a)所示，有两种方法配制溶液以进行凝胶渗透色谱测试。在第一种方法中，沥青粘合剂被回收，然后溶解在THF中。第二种方法是将再造沥青混合料的老化沥青粘合剂覆盖的集料颗粒直接放入四氢呋喃溶剂中，溶解附着在集料颗粒上的外层沥青。第二种方法的主要优点是不涉及回收过程。

 

因此，第二种方法被广泛应用于再生沥青混合料的老化沥青角色塑造粘合剂的处理。此外，老化沥青分子量的分配粘合剂覆盖在再造集料表面之前和之后，一般会呈现由外层到内层的渐变分配。如图2(b)所示，这种特殊性能可以通过使用阶段萃取沥青样品的GPC来检测。

 

1.Jianmin Ma, Guoqiang Sun, Daquan Sun, Fan Yu, Mingjun Hu, Tong Lu, Application of gel permeation chromatography technology in asphalt materials: A review, Construction and Building Materials, Volume 278, 2021, 122386, ISSN 0950-0618, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122386.

 

科学指南针以分析测试为核心，提供材料测试、环境检测、生物服务、模拟计算、科研绘图等多项科研产品，累计服务1800+个高校、科研院所及6000+家企业，获得了60万科研工作者的信赖。始终秉持“全心全意服务科研，助力全球科技创新”的使命，致力于为高校、院所、医院、研发型企业等科研工作者提供专业、快捷、全方位的服务。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。