化学交联改性石墨烯微片复合SBS增韧沥青界面性能研究

In view of the present situation that the Graphene Nanoplatelet and polystyrene butadiene styrene (SBS) composite modified asphalt can only improve the interfacial strength of asphalt without increasing the low temperature toughness. This project intends to study the interfacial interaction between the intermolecular force and chemical bond of SBS modified asphalt by the physical and chemical properties of Graphene Nanoplatelet surface, characterize the interaction of functional groups on the surface of Graphene Nanoplatelet with SBS adsorption, the toughness of SBS modified asphalt will be improved by the surface modification of Graphene Nanoplatelet by chemical crosslinking, so as to improve the low temperature performance of asphalt mixture. The mechanism of interfacial interaction between Graphene Nanoplatelet and SBS will be explored, a new technology of pavement with high compatibility and high toughness are developed. In this project, the interface between SBS and Graphene Nanoplatelet is constructed by combining the sacrificial bond with the hidden length, study on the improvement of the toughness of the modified Graphene Nanoplatelet /SBS composite, in order to solve the problem of the theoretical basis of the interfacial properties of SBS modified asphalt, and provide a scientific basis for the development of China's national conditions of asphalt pavement specifications.

针对目前石墨烯微片和聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）复合改性沥青仅提高沥青的界面强度而没有增加低温韧性的问题，本项目拟研究石墨烯微片表面物化特性对SBS改性沥青间分子间力和化学键结合的相界面作用模型，表征石墨烯微片表面上与SBS吸附粘合的活性官能团的关联，通过化学交联对石墨烯微片的表面修饰提高石墨烯微片/SBS复合改性沥青的韧性，探索石墨烯微片与SBS高效结合的相界面作用机理。采用在石墨烯微片与 SBS中构筑牺牲键和隐藏长度有效结合的相界面，探讨改性石墨烯微片/SBS复合后沥青韧性的提高，以期解决石墨烯微片对SBS改性沥青界面性能的理论基础问题，以期得到既有良好的高温抗车辙，又具有良好低温抗开裂的高韧性路面新型改性剂材料。

为解决石墨烯微片（GNPs）和聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）复合改性沥青低温性能不好，韧性不高的问题，本项目以GNPs/SBS与沥青固液界面为研究对象，通过研究GNPs的表面物理和化学改性对GNPs与SBS界面作用及改性GNPs/SBS改性沥青的微观分析和力学性能，进而探究化学交联改性石墨烯微片复合SBS对沥青界面性能的增韧机制。主要研究成果如下：.本项目从相似相溶原理、表面活性原理以及点击化学等反应原理出发，制备相应的改性GNPs(PS-GNPs、TiO2/PS-rGO、ODA-GNPs、PMMA-GNPs、C4H9-GO、GOs-SH及Fe3+-TA-GO)，并将其与SBS复合对沥青进行改性。性能测试表明以上改性GNPs的加入均能够不同程度的提高SBS改性沥青及混合料的各项性能。研究发现通过在石墨烯微片表面接枝亲油性基团，有利于增强改性GNPs与SBS改性沥青的界面相容性；展示了与SBS网络结构相比，经过化学交联改性的GNPs与SBS形成的复合网络结构力学性能更强，例如ODA-GNPs与SBS复合改性沥青可以实现其界面结构的优化，提高与沥青相容性，形成一种高强度的复合网络结构。揭示了经化学交联改性后的GNP，其表面活性官能团与SBS的链段连接，可提高复合材料的韧性；还发现了基于生物仿生原理在GNPs层间引入隐藏长度构筑无机-有机界面优化结构，通过牺牲键断裂或隐藏长度的释放可以提高复合改性沥青材料的韧性。例如PS-GNPs的PS长链与SBS中PS段互溶相连，可以形成以SBS为线，PS-GNPs为节点的复合网状结构，进而提高了沥青的各项性能。以上研究主要探索了GNP表面物理化学性质对其与SBS改性沥青之间的界面性能的影响规律，并通过调节改性条件，局部调控GNP表面物理化学性质，提高其SBS改性沥青的界面作用力，最终开发出具有良好的高温抗车辙能力，同时具有高韧性抗开裂能力的路面新材料，其在公路和建筑行业有潜在的实际应用前景。