CN102220023B - 星型sbs改性沥青的制备及防水卷材生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种星型SBS改性沥青，是由沥青、溶胀星型SBS、填充剂和助剂制成的组合物，可以解决星型SBS作为沥青改性剂加工难的问题，生产方法是：将用非极性溶剂溶胀的星型SBS加入到沥青、填充剂和助剂中，在180～210℃的条件下通过胶体磨或强力高速剪切搅拌器下改性50～150min，然后加入填充剂和助剂搅拌均匀，得到均匀稳定的改性沥青，该改性沥青可以做成性能优异的防水卷材，也可以制成建筑物楼顶、地下室、高速公路、密封膏、隧道或水利设施防水防漏胶，它比现有SBS改性沥青具有与沥青相容更好、耐高低温性能更优异。
Description
技术领域
本发明涉及一种沥青防水卷材，特别是SBS改性沥青的制备及其防水卷材的生产方法。
技术背景
沥青防水卷材指用原纸、塑料薄膜、纤维毡等胎体材料浸涂沥青，表面撒布粉状、粒状或片状材料制成可卷曲的片状防水材料，沥青防水卷材有胎卷材和无胎卷材，用厚纸或塑料薄膜、玻璃丝布、石棉布、棉麻织品等胎料浸渍石油沥青制成的卷状材料，称为有胎卷材；将石棉、橡胶粉等掺入沥青材料中，经碾压制成的卷状材料称为无胎卷材，传统的沥青材料容易老化和不耐热，于是人们对沥青进行改性，目前所见的改性沥青有聚稀烃改性沥青、丁苯橡胶改性沥青、EVA改性沥青、PE改性沥青以及SBS改性沥青等，SBS改性沥青是目前世界上使用最普遍的一种聚合物改性沥青，SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物)(Styrene Butadiene styrene block polymer)，属苯乙烯类热塑性弹性体，是由苯乙烯和丁二烯为单体，SBS改性沥青的研究最广泛、最深入，大多数研究者都认为SBS改性沥青对路用性能改善作用最好，具有与沥青相容好、稳定、耐高低温、价格合理，并与沥青有良好的相容性，还可以起到抗疲劳和耐水损害作用，所以这种沥青使用比例也最大。浙江省建筑科学研究所的胥瑞芳、杨林江，绍兴固达防水材料厂的杨林江、杨国林在1992年第8期的《新型建筑材料》发表的“SBS改性沥青防水卷材”的文章，指出：在较高的温度下，SBS能分散在沥青中，构成弹性橡胶网，赋予沥青以弹性；在低温下，聚合物的聚丁二烯链段赋予沥青柔性。经SBS改性过的沥青与原始沥青相比，其温度性能、拉伸性能、内聚附着性能、混合料的稳定性能、抗老化性能等方面，都有明显的改进和提高，因此被广泛应用于沥青改性行业。近年来，随着我国建筑行业、高速公路、城市道路改造等基础设施建设的加快，改性沥青的需求迅速增长。2008年我国改性沥青所需SBS用量为10.8万t，占2008年SBS总消费量的26.5％。
但是由于SBS分为星型和线性两种结构，SBS改性沥青主要是通过机械剪切等方式在高温条件下进行加工的，一旦温度降低，沥青与改性剂可能由于相容性不好，而发生相分离，这对改性沥青质量稳定性不利。众多试验表明，星型SBS改性沥青效果优于线性SBS，但在加工性能方面，线性要容易得多，星型就稍有难度，对设备的剪切力以及研磨力要求相对较高。星型SBS分子量越大，改性效果越明显，但加工也越困难。
发明内容
本发明的目的是克服星型SBS改性沥青难加工，难与沥青融合的问题，提供一种比现有星型SBS改性沥青具有的与沥青相容更好、耐高低温性能更优异、更稳定的星型SBS改性沥青及其防水卷材的生产方法。
本发明的星型SBS改性沥青是由沥青、溶胀星型SBS、填充剂和助剂制成的组合物，在助剂组合物中，沥青重量含量为30-50％；溶胀星型SBS的重量含量为1-15％；助剂的重量含量为1-20％；其余是填充剂；
所述的溶胀星型SBS是星型SBS采用非极性溶剂在常温至80℃和常压下浸泡1-60小时得到；SBS与非极性溶剂的重量比是1∶1-4；所述的星型SBS是分子量为10万～30万，嵌段比为：30/70～40/60的星型SBS。
所述的非极性溶剂是C3-C15的非极性烷烃、环烷烃、芳烃等，例如各种标号的汽油、煤油、柴油、溶剂油、植物油、苯、甲苯、乙苯等；烷烃包括各种正链烷烃和异链烷烃，如己烷C6H14、庚烷C7H16、十二烷C12H26、异丁烷、甲基丁烷等。
所述的沥青是型号为：70～130#的重交沥青。
所述的助剂包括抗氧化剂、增塑剂、增粘剂或功能性助剂；抗氧化剂、增塑剂、增粘剂成分和用量与现有的改性沥青防水卷材使用的抗氧化剂、增塑剂、增粘剂相同，例如环烷酸丁酯、无规则聚丙烯(APP)、普通橡胶粉或合成橡胶粉、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯；
所述的功能性助剂是具有羟基、氨基或羧基的偶联剂，特别是有羟基、氨基或羧基反应性官能团的聚硅氧烷偶联剂、聚萘甲醛磺酸钠盐或者它们的混合物，聚硅氧烷偶联剂包括：羟烃基聚硅氧烷、羧基聚硅氧烷、二甲基硅氧烷或环甲基硅氧烷的衍生物，如聚甲基乙氧基硅烷、脂肪酰胺烷基硅烷、羧基聚硅氧烷或3-氨基丙三甲氧基硅烷或者它们两种、两种以上的混合物，它们中的羟基、氨基或羧基能够与水泥或混凝土起化学交联-物理卯榫的协同效应(Chemical Bonding and Physical Crosslinking Synergism，简称CPS)的添加剂(本发明人申请的中国专利：申请(专利)号：CN200910114456.X，名称：与混凝土进行化学交联和物理卯榫协同粘结的防水卷材；公开(公告)号：CN101694114A申请(专利权)人：广西金雨伞防水装饰有限公司地址：广西壮族自治区南宁市望州路267-1号 发明人：卢桂才；伍盛江；朱方伍；郭文雄)就公开了其中的两种：聚甲基乙氧基硅烷和聚萘甲醛磺酸钠盐。经过试验，我们发现除了这两种化合物以外，具有羟基、氨基或羧基的偶联剂，特别是有反应性官能团的聚硅氧烷偶联剂都具有或部分具有能够与水泥和混凝土进行化学交联和物理卯榫协同粘结作用。
所述的填充剂包括重钙粉、滑石粉或石棉粉、细砂和矿物粉(粒、片)。
所述的胎基是塑料薄膜、化学纤维织品、天然植物织品或复合纤维。
以上所述的星型SBS改性沥青的制备方法，是先将星型SBS与非极性溶剂在常温至80℃和常压下浸泡1-60小时，然后加到软化的沥青中，在180～210℃的条件下通过胶体磨或强力高速剪切搅拌器下改性50～150min，然后加入填充剂和助剂搅拌均匀，得到均匀稳定的星型SBS改性沥青。所述的胶体磨是指由不锈钢、半不锈钢胶体磨组成，胶体磨的基本原理是流体或半流体物料通过高速相对连动的定齿与动齿之间，使物料受到强大的剪切力、摩擦力及高频振动等作用，有效地被粉碎、均质、混合。所述强力高速剪切搅拌器为大功率普通搅拌器，线速度大于1米/秒。
本发明所述的星型SBS改性沥青可以制成高性能的防水卷材，生产方法可以按照普通防水卷材的工艺，将星型SBS改性沥青组合物覆盖在胎基上得到单面或双面的防水卷材。
本发明所述的星型SBS改性沥青，可以应用于建筑物楼顶、地下室、高速公路、隧道或水利设施防水防漏方面。
本发明与现有沥青卷材相比，其突出的实质性特点和显著的进步是：
1、比现有SBS改性沥青具有与沥青相容更好、耐高低温性能更优异、更稳定的星型SBS改性沥青防水卷材及其生产方法，克服了星型SBS改性沥青难加工，难与沥青融合的难题。
2、改性剂使得改性沥青具有较好的稳定性和耐久性，不容易开裂，延长使用寿命，成本较低，改性剂内的SBS苯乙烯类热塑性弹性体是成本最低、应用较广的一个品种，具有优良的拉伸强度，表面摩擦系数大，低温性能好，电性能优良，加工性能好等特性，成为目前消费量最大的热塑性弹性体。
3、功能性助剂采用抗氧化剂亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯以及功能性助剂：具有羟基、氨基或羧基的偶联剂，特别是有反应性官能团的聚硅氧烷偶联剂，能够与现浇混凝土发生化学反应，两者之间在催化体系作用下形成化学键，使卷材牢固地与混凝土或水泥界面结合；同时水泥在固化过程中，消耗大量的水，导致在水泥与自粘卷材间形成局部封闭的体系中产生负压，以及水泥的固化放热，促进自粘胶的蠕变，使其深入到混凝土的毛细管或孔隙中，形成物理卯榫作用，达到可靠的粘结效果；自粘胶层渗透到混凝土的毛细管或孔隙中的同时，增大了自粘胶与混凝土接触的面积，促进自粘胶层与混凝土形成更多的离子键，而起到“化学交联-物理卯榫的协同效应”，使基面与自粘层形成“互穿网络式”界面结构，从而使粘接更为牢靠，使它能彻底解决与基层粘结的问题和湿面施工的难题。
具体实施方式
实施例1
选择分子量为10万，嵌段比为：30～40的星型SBS和200号汽油，质量比例1∶2先把200号汽油放到混合溶胀罐中，升温至30～80℃，再投入星型SBS，搅拌浸泡10～36h，使星型SBS得到充分溶胀；在沥青混合灌中，加入70～130号的重交沥青，沥青重量为45％；溶胀星型SBS的重量为5，搅拌加热至150～200℃，再加入溶胀的星型SBS、抗环烷酸丁酯3％、普通橡胶粉10％、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯3％；碳酸钙粉34％，改性30min～150min，即得到均匀稳定的改性沥青，单面覆盖在高密度聚乙烯胎基上制成卷材。
实施例2
选择分子量为20万，嵌段比为：40～60的星型SBS和0号柴油，质量比例1∶3先把0号柴油放到混合溶胀罐中，升温至40～80℃，再投入星型SBS，搅拌浸泡20～40h，使星型SBS得到充分溶胀；在沥青混合灌中，加入70～130#的重交沥青，沥青重量为52％；溶胀星型SBS的重量为8，搅拌加热至150～200℃，再加入溶胀的星型SBS、抗环烷酸丁酯3％、合成橡胶粉12％、功能性助剂羧基聚硅氧烷2％、聚甲基乙氧基硅烷3％，亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯3％；滑石粉17％，改性30min～150min，即得到均匀稳定的改性沥青，双面覆盖在聚乙烯胎基上，制成卷材。
实施例3
选择分子量为25万，嵌段比为：40～60的星型SBS和煤油，质量比例1∶4先把煤油放到混合溶胀罐中，升温至40～80℃，再投入星型SBS，搅拌浸泡50h，使星型SBS得到充分溶胀；在沥青混合灌中，加入70～130#的重交沥青，沥青重量为38％；溶胀星型SBS的重量为12％，搅拌加热至150～200℃，再加入溶胀的星型SBS、抗环烷酸丁酯2％、合成橡胶粉15％、功能性助剂环甲基硅氧烷和聚萘甲醛磺酸钠盐混合物6％，亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯5％；石棉粉22％，改性30min～150min，即得到均匀稳定的改性沥青，该改性沥青用于地下室的防水墙。
实施例4
选择分子量为30万，嵌段比为：30/70～40/60的星型SBS和甲苯，质量比例1∶3先把甲苯放到混合溶胀罐中，升温至30～80℃，再投入星型SBS，搅拌浸泡10～36h，使星型SBS得到充分溶胀；在沥青混合灌中，加入70～130#的重交沥青，沥青重量为40％；溶胀星型SBS的重量为5，搅拌加热至150～200℃，再加入溶胀的星型SBS、抗环烷酸丁酯3％、普通橡胶粉12％、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯3％；1∶1的3-氨基丙三甲氧基硅烷或聚萘甲醛磺酸钠盐的混合物7％，碳酸钙粉30％，改性30min～150min，即得到均匀稳定的改性沥青，单面覆盖在聚乙烯胎基上，制成卷材。
实施例5
选择分子量为20万，嵌段比为：40～60的星型SBS和100号汽油和甲基丁烷的混合物(1∶1)，星型SBS树脂与溶剂质量比例1∶4，先把溶剂放到混合溶胀罐中，升温至40～80℃，再投入星型SBS，搅拌浸泡20～40h，使星型SBS得到充分溶胀；在沥青混合灌中，加入70～130#的重交沥青，沥青重量为30％；溶胀星型SBS的重量为10，搅拌加热至150～200℃，再加入溶胀的星型SBS、抗环烷酸丁酯4％、合成橡胶粉18％、功能性助剂聚甲基乙氧基硅烷5％，亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯3％；滑石粉30％，改性30min～150min，即得到均匀稳定的改性沥青，用于隧道内壁的防水涂层。
实施例6
选择分子量为15万，嵌段比为：30～60的星型SBS和异丁烷，质量比例1∶4先把异丁烷放到混合溶胀罐中，升温至40～80℃，再投入星型SBS，搅拌浸泡60h，使星型SBS得到充分溶胀；在沥青混合灌中，加入70～130#的重交沥青，沥青重量为40％；溶胀星型SBS的重量为10％，搅拌加热至150～200℃，再加入溶胀的星型SBS、抗环烷酸丁酯2％、合成橡胶粉15％、功能性助剂脂肪酰胺烷基硅烷6％，亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯5％；石棉粉22％，改性30min～150min，即得到均匀稳定的改性沥青，该改性沥青用于建筑物楼顶的防水。
本发明改性沥青性能及强度试验情况(见表1、表2)
表1、一定量的改性剂对不同沥青的改性效果
从表1看到，SBS与沥青的配伍性也很重要，沥青经过溶胀星星型SBS改性后加工容易，效果好，解决了星型SBS难加工的问题，用于生产改性沥青防水卷材，各个性能表现优异。
表2不同剂量SBS的改性效果
从表2看到，SBS不同含量有不同的物理化学参数，加入量在3％以上即可表现出较好的性能。
附图说明
图1是本发明未溶胀的星型SBS效果图。
图2是已经溶胀的星型SBS效果图。
从图1了解到，购买回来的星型SBS呈颗粒状态，很难与沥青混合。
从图2了解到，星型SBS经用非极性溶剂浸泡以后体积膨胀了许多，外部粘度增加，可以与沥青混合，表现出良好的配伍性。
Claims (2)
1. 一种星型SBS改性沥青，是由沥青、溶胀星型SBS、填充剂和助剂制成的组合物，其中，沥青重量含量为30－50％；溶胀星型SBS的重量含量为1－15%；助剂的重量含量为1－20%；其余是填充剂；
所述的溶胀星型SBS是星型SBS采用非极性溶剂在常温至80℃和常压下浸泡1－60小时得到；SBS与非极性溶剂的重量比是1:1－4；
所述的星型SBS的分子量为10万～30万，嵌段比为：30/70～40/60；
所述的非极性溶剂是C3－C15的非极性烷烃、环烷烃或芳烃；
所述的沥青是型号为：70～130#的重交沥青；
所述的助剂包括抗氧化剂、增塑剂、增粘剂或功能性助剂；
所述的功能性助剂是有羟基、氨基或羧基反应性官能团的聚硅氧烷偶联剂、聚萘甲醛磺酸钠盐或者它们的混合物；
所述的填充剂包括碳酸钙粉、滑石粉或石棉粉。
2.如权利要求1所述的星型SBS改性沥青的制备方法，其特征在于：先将星型SBS与非极性溶剂在常温至80℃和常压下浸泡1－60小时，然后加到软化的沥青中，在180～210℃的条件下通过胶体磨或强力高速剪切搅拌器下改性1-3小时，然后加入填充剂和助剂搅拌均匀，得到均匀稳定的星型SBS改性沥青。
3. 权利要求1所述的星型SBS改性沥青在建筑物楼顶、地下室、高速公路、密封膏、隧道或水利设施防水防漏方面的应用。
4. 根据权利要求1所述的星型SBS改性沥青，其特征在于：非极性溶剂包括各种标号的汽油、煤油、柴油、溶剂油、植物油、苯、甲苯、乙苯、己烷、庚烷、十二烷、异丁烷或甲基丁烷。
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