CN103421334B - 一种耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防水卷材用的耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料及其制备方法。一种耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料，其特征是它由沥青、热塑性弹性体改性剂、紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物和填料制备而成；各原料所占质量百分比为：沥青52%～67%、热塑性弹性体改性剂6%～8%、紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物2%～5%、填料25%～35%。本发明通过使用紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物来改善热塑性弹性体改性沥青的抗紫外光老化能力，可显著提高弹性体改性沥青涂盖料的耐紫外老化性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种防水卷材用的耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料及其制备方法。
背景技术
建筑防水材料主要有沥青基防水材料和合成高分子防水材料，其中沥青基防水材料因其防水性能优良、价格便宜而被广泛使用。为提高沥青的高低温性能，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段热塑性弹性体（SBS）和无规聚丙烯（APP）等聚合物已被用于屋面防水沥青的改性，其中，采用SBS制备的弹性体改性沥青防水卷材因具有优良的高低温性能，已成为最重要的屋面防水材料。但沥青及热塑性弹性体改性剂SBS主要含C-C、C=C和C-H键，在防水卷材使用过程中受紫外光、热、氧的影响易引起化学键的断裂，成分和结构发生很大变化，SBS改性沥青变硬变脆，低温柔韧性快速降低，在冬季低温下难以适应屋面基层的冷缩而出现开裂，从而导致防水层破坏，致使屋面渗漏，大大缩短了屋面防水材料的使用寿命。因此，改善弹性体改性沥青防水卷材的耐老化性能具有重要意义。
紫外光因其能量密度高、破坏性强，对SBS改性沥青结构和性能影响很大，尤其是高原地区太阳光中的紫外线强度高，导致弹性体改性沥青防水卷材的老化问题更为突出。改善弹性体改性沥青的抗紫外老化性能可通过物理屏蔽和化学吸收来实现。专利CN102190957A提出利用镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物优良的紫外光反射性能来改善SBS改性沥青涂盖料的耐紫外老化性能；专利CN200810204209.4提出在沥青中复合紫外吸收剂来改善沥青的耐紫外老化性能。然而，因受添加量的限制，镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物对紫外光的物理屏蔽作用有限，而紫外吸收剂为低分子量有机化合物，在与弹性体改性沥青在180～190℃高温混合过程中易受热挥发，且其本身也会因老化而降低对紫外光的吸收能力，故采用镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物或紫外线吸收剂制得的弹性体改性沥青的耐紫外老化性尚不能达到理想的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗紫外老化性能优异的耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料，其特征是它由沥青、热塑性弹性体改性剂、紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物和填料制备而成；各原料所占质量百分比为：沥青52%～67%、热塑性弹性体改性剂6%～8%、紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物2%～5%、填料25%～35%。
所述的沥青是基质沥青，其软化点为45～50℃，25℃针入度大于70dmm。
所述的热塑性弹性体改性剂是星型苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物、线型苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物中的一种或两种的混合物，混合时为任意比。
所述的紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物制备方法为：将10质量份镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物（俗称镁铝水滑石，化学式为Mg6Al2(OH)16CO3]·4H2O，江阴市瑞法化工有限公司生产）置于坩埚中在500℃马弗炉中焙烧3小时，取出后冷却至室温；称取5质量份2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸溶解于150质量份的去离子水中，用氢氧化钠溶液调节至PH=8，将焙烧后的镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物分散在该溶液中，搅拌12小时，然后进行过滤分离；滤出的固体物用蒸馏水洗涤至中性，置于110℃烘箱中烘干，即得到紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物。
所述的填料为滑石粉，滑石粉的细度为100～200目。
所述的一种耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料的制备方法，其特征是按如下步骤进行：
（1）按各原料所占质量百分比为：沥青52%～67%、热塑性弹性体改性剂6%～8%、紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物2%～5%、填料25%～35%，选取沥青、弹性体改性剂、紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物和填料，备用；
（2）加热沥青至180℃，向沥青中添加紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物，在高剪切搅拌机中以3000～5000rpm转速搅拌0.5小时；
（3）保持温度为180℃，添加热塑性弹性体改性剂，继续在高剪切搅拌机中以3000～5000rpm转速搅拌1小时；
（4）将搅拌速度降低至2000rpm，加入填料，升温至190℃，搅拌2～3小时，即制成耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料。
本发明的有益效果是：
（1）镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物由层状主体双金属氢氧化物层板和层间客体阴离子构成多级叠加的层状结构，紫外线在通过多级层板时，会在层板界面上发生多级反射，对紫外线具有优良的物理屏蔽作用，而紫外吸收剂对紫外线具有良好的化学吸收作用。但因其在弹性体改性沥青中的添加量有限，镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物对弹性体改性沥青的抗紫外老化性能的改善尚不能达到理想的效果，而紫外吸收剂为低分子量有机化合物，本身也会发生光老化而降低其对紫外光的吸收能力，且其与弹性体改性沥青在180～190℃高温混合过程中易受热挥发。本发明通过对镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物进行焙烧，将焙烧产物加入到2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸溶液中，利用层状双羟基复合金属氢氧化物的“结构记忆效应”，将2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸离子插入层状双羟基复合金属氢氧化物层间，从而获得2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物。然后将其加入热塑性弹性体改性沥青中，借助镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物对紫外线优良的物理屏蔽和2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸能吸收紫外线转变成热能的双重作用以显著提高弹性体改性沥青的抗紫外老化性能。
（2）本发明将紫外吸收剂插入镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物层间，依靠镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物层板所带正电荷与层间2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸阴离子之间的静电引力作用而形成稳定结构，可有效抑制2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸与弹性体改性沥青在高温混合过程中发生热挥发，且受镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物的防护，可避免2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸的老化，从而使制得的弹性体改性沥青涂盖料抗紫外老化性能长久有效。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中所采用的紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物，其制备过程如下：将10质量份镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物（俗称镁铝水滑石，化学式为[Mg6Al2(OH)16CO3]·4H2O，江阴市瑞法化工有限公司生产）置于坩埚中在500℃马弗炉中焙烧3小时，取出后冷却至室温；称取5质量份2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸溶解于150质量份的去离子水中，用氢氧化钠溶液调节至PH=8，将焙烧后的镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物分散在该溶液中，搅拌12小时，然后进行过滤分离；滤出的固体物用蒸馏水洗涤至中性，置于110℃烘箱中烘干，即得到紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物。
实施例1：
将3份（质量份，下同）紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物加到60份已升温至180℃的沥青（软化点47℃，针入度80dmm）中，保持温度为180℃，用高剪切搅拌机在5000rpm的转速下搅拌0.5小时，加入7份星型苯乙烯－丁二烯－苯乙烯嵌段热塑性弹性体，保持温度为180℃，在5000rpm的转速下搅拌1小时，然后将搅拌速度调至2000rpm，加入30份细度为100目的滑石粉，升高温度至190℃，搅拌3小时，即得到一种耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料。
采用紫外老化箱对上述制备的耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料进行紫外老化试验（紫外线强度为1200μW/cm2，老化温度为60℃，老化时间为6天，以下紫外老化方法相同），软化点由121.4℃增加到128.7℃，增加了7.3℃，低温柔度由-28℃降低到-21℃，减少了7℃。
将紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物改为未经紫外吸收剂插层的镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物，在相同条件下制得的弹性体改性沥青涂盖料，其耐紫外老化性能测试结果为：软化点由121.2℃增加到133.6℃，增加了12.4℃，低温柔度由-28℃降低到-16℃，变化了12℃。
两相比较，加入紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物制得的弹性体改性沥青涂盖料在紫外老化前后，软化点的增加量明显低于未经紫外吸收剂插层的镁铝基层状双氢氧化物制得的弹性体改性沥青涂盖料，低温柔度的变化量也低于未经紫外吸收剂插层的镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物制得的弹性体改性沥青涂盖料，因而加入紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物的弹性体改性沥青涂盖料具有更加优良的耐紫外老化性能。
实施例2：
将5份紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物加到59份已升温至180℃的沥青（软化点46℃，针入度90dmm）中，保持温度为180℃，用高剪切搅拌机在3000rpm的转速下搅拌0.5小时，加入8份线型苯乙烯－丁二烯－苯乙烯嵌段热塑性弹性体，保持温度为180℃，用高剪切搅拌机继续在3000rpm的转速下搅拌1小时，然后将搅拌速度调至2000rpm，加入28份细度为150目的滑石粉，升温至190℃，搅拌2小时，即得到一种耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料。
对上述制备的耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料进行紫外老化试验，软化点由123.4℃增加到129.5℃，增加了6.1℃，低温柔度由-29℃降低到-24℃，变化了5℃。将紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物改为未经紫外吸收剂插层的镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物，在相同条件下制得的弹性体改性沥青涂盖料，其耐紫外老化性能测试结果为：软化点由123.8℃增加到134.2℃，增加了10.4℃，低温柔度由-28℃降低到-18℃，变化了10℃。
两相比较，加入紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物的弹性体改性沥青涂盖料具有更优异的耐紫外老化性能。
实施例3：
将2份紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物加到63份已升温至180℃的沥青（软化点49℃，针入度70dmm）中，保持温度为180℃，用高剪切搅拌机在4000rpm的转速下搅拌0.5小时，加入3份线型苯乙烯－丁二烯－苯乙烯嵌段热塑性弹性体和3份星型苯乙烯－丁二烯－苯乙烯嵌段热塑性弹性体，保持温度为180℃，在4000rpm的转速下搅拌1小时，然后将搅拌速度调至2000rpm，加入29份细度为200目的滑石粉，升温至190℃，搅拌2小时，即得到一种耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料。
对上述制备的耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料进行紫外老化试验，软化点由119.1℃增加到127.6℃，增加了8.5℃，低温柔度由-28℃降低到-20℃，变化了8℃。而相同原料配比条件下添加3份未经插层的镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物制得的改性沥青涂盖料，其耐紫外老化性能测试结果，软化点由119.8℃增加到133.9℃，增加了14.1℃，低温柔度由-27℃降低到-14℃，变化了13℃。
两相比较，加入紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物的弹性体改性沥青涂盖料具有更优良的耐紫外老化性能。
实施例4：
一种耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料的制备方法，它包括如下步骤：
（1）按各原料所占质量百分比为：沥青52%、热塑性弹性体改性剂8%、紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物5%、填料35%，选取沥青、热塑性弹性体改性剂、紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物和填料，备用；
所述的沥青的软化点为45～50℃，25℃针入度大于70dmm；
所述的热塑性弹性体改性剂是星型苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段热塑性弹性体；
所述的填料是滑石粉，滑石粉的细度为100目；
（2）加热沥青至180℃，向沥青中添加紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物，开动高剪切搅拌机，在5000rpm的转速下搅拌0.5小时；
（3）保持温度为180℃，添加热塑性弹性体改性剂，采用高剪切搅拌机在5000rpm的转速下搅拌1小时；
（4）将搅拌速度降低至2000rpm，加入填料，升温至190℃，搅拌2小时，即制成耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料。
采用紫外老化箱对上述制备的耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料进行紫外老化试验，软化点由123.6℃增加到129.8℃，增加了6.2℃，低温柔度由-29℃降低到-23℃，变化了6℃。
将紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物改为未经紫外吸收剂插层的镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物，在相同条件下制得的弹性体改性沥青涂盖料，其耐紫外老化性能测试结果为：软化点由123.1℃增加到133.7℃，增加了10.6℃，低温柔度由-29℃降低到-19℃，变化了10℃。
说明加入紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物的弹性体改性沥青涂盖料具有更优良的耐紫外老化性能。
实施例5：
一种耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料的制备方法，它包括如下步骤：
（1）按各原料所占质量百分比为：沥青67%、热塑性弹性体改性剂6%、紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物2%、填料25%，选取沥青、热塑性弹性体改性剂、紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物和填料，备用；
所述的沥青的软化点为45～50℃，25℃针入度大于70dmm；
所述的热塑性弹性体改性剂是线型苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段热塑性弹性体；
所述的填料是滑石粉，滑石粉的细度为200目；
（2）加热沥青至180℃，向沥青中添加紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物，开动高剪切搅拌机，在3000rpm的转速下搅拌0.5小时；
（3）保持温度为180℃，添加热塑性弹性体改性剂，采用高剪切搅拌机在3000rpm的转速下搅拌1小时；
（4）将搅拌速度降低至2000rpm，加入填料，升温至190℃，搅拌3小时，即制成耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料。
采用紫外老化箱对上述制备的耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料进行紫外老化试验，软化点由120.1℃增加到128.8℃，增加了8.7℃，低温柔度由-28℃降低到-20℃，变化了8℃。
将紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物改为未经紫外吸收剂插层的镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物，在相同条件下制得的弹性体改性沥青涂盖料，其耐紫外老化性能测试结果为：软化点由120.9℃增加到134.8℃，增加了13.9℃，低温柔度由-29℃降低到-16℃，变化了13℃。
说明加入紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物的弹性体改性沥青涂盖料具有更优良的耐紫外老化性能。
Claims (4)
1.一种耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料，其特征是它由沥青、热塑性弹性体改性剂、紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物和填料制备而成；各原料所占质量百分比为：沥青52%~67%、热塑性弹性体改性剂6%~8%、紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物2%~5%、填料25%~35%；
所述的沥青是基质沥青，其软化点为45～50℃，25℃针入度大于70dmm；
所述的紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物制备方法为：将10质量份镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物置于坩埚中在500℃马弗炉中焙烧3小时，取出后冷却至室温；称取5质量份2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸溶解于150质量份的去离子水中，用氢氧化钠溶液调节pH=8，将焙烧后的镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物分散在该溶液中，搅拌12小时，然后进行过滤分离；滤出的固体物用蒸馏水洗涤至中性，置于110℃烘箱中烘干，即得到紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物。
2.根据权利要求1所述的一种耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料，其特征在于：所述的热塑性弹性体改性剂是星型苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物、线型苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物中的一种或两种的混合物，混合时为任意比。
3.根据权利要求1所述的一种耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料，其特征在于：所述的填料为滑石粉，滑石粉的细度为100～200目。
4.根据权利要求1所述的一种耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料的制备方法，其特征是按如下步骤进行：
（1）按各原料所占质量百分比为：沥青52%~67%、热塑性弹性体改性剂6%~8%、紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物2%~5%、填料25%~35%，选取沥青、热塑性弹性体改性剂、紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物和填料，备用；
（2）加热沥青至180℃，向沥青中添加紫外吸收剂插层镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物，在高剪切搅拌机中以3000~5000rpm转速搅拌0.5小时；
（3）保持温度为180℃，添加热塑性弹性体改性剂，继续在高剪切搅拌机中以3000~5000rpm转速搅拌1小时；
（4）将搅拌速度降低至2000rpm，加入填料，升温至190℃，搅拌2~3小时，即制成耐紫外老化弹性体改性沥青涂盖料。
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