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本研究旨在开发一种绿色环保的聚氨酯沥青改性剂。以蓖麻油,液化二苯基甲烷二异氰酸酯(液化MDI)为实验原料,丙酮为溶剂,磷酸为阻聚剂,合成了一种以-NCO封端的聚氨酯预聚物(C-PU)。通过对合成的预聚物进行红外定性分析,调节合成过程中不同参数变化,确定了聚氨酯预聚物的制备工艺,分别制备出10~40%掺量的聚氨酯预聚物改性沥青。对不同掺量的改性沥青的常规性能(25℃针入度、5℃延度、软化点、布氏粘度、TFOT,离析)、流变性能(温度扫描、频率扫描、多应力重复蠕变回复实验、疲劳实验、高温分级、弯曲梁流变实验)、分子量分布进行了分析表征。用荧光显微镜观察了改性剂的分散行为及其与基质沥青的相容性,采用红外光谱及凝胶渗透色谱分析了改性沥青的改性及老化机理。实验结果表明:聚氨酯预聚物改性剂的加入使基质沥青的高低温性能均有所提升,尤其是高温性能,改性剂起到“加劲”和“增弹”作用,改性沥青的高温等级均有所提高,且掺量越大,等级越高;改性沥青的劲度模量s均小于基质沥青,且掺量越大,劲度模量s越大,蠕变速率m越小,改性沥青低温柔性不同程度改善;温度扫描实验中,相同温度下,掺量越大,复数剪切模量G*越大,高温性能越明显;改性沥青的蠕变回复率均明显高于基质沥青,蠕变柔量均小于基质沥青,改性剂提升了沥青的抵抗变形能力及抗车辙能力;改性沥青的抗疲劳性能提升,可以在屈服应力水平下维持一段时间才发生变形破坏。常规实验以及流变实验结果一致,30%掺量是相转变掺量,当掺量小于30%时,掺量越大,性能越好,当掺量大于30%时,改性沥青的综合性能反而下降,30%为最优掺量。由于高温下极易发生一系列的交联固化、自聚及氧化反应,聚氨酯预聚物改性沥青在163℃下耐老化性能和储存稳定性较差。但荧光显微镜照片显示改性剂在沥青体系中分散均匀,无明显相界面存在,体系均一。布氏粘度随时间的变化曲线,结果表明改性沥青在120~130℃间储存稳定性良好。聚氨酯预聚物改性沥青混合料标准马歇尔稳定度能达到石油沥青标准的要求,随着聚氨酯掺量的增加,稳定度上升。聚氨酯预聚物改性沥青的改性机理包含简单的物理共混和化学改性,随着温度的变化由物理变化逐步过渡到化学变化。高温下以过量-NCO基团封端的聚氨酯预聚物改性剂能够与沥青及集料中的水分及其他活性氢物质发生反应,使改性沥青及其混合料的性能得到提高。