CN103804935B - 一种多元高分子树脂与石油沥青共混材料及制备的防水卷材 - Google Patents
一种多元高分子树脂与石油沥青共混材料及制备的防水卷材 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于有机高分子复合材料技术领域，尤其涉及一种多元高分子树脂与石油沥青共混材料及制备的防水卷材。本发明的技术方案为：一种多元高分子树脂与石油沥青共混材料，所述的多元高分子树脂是：耐热增强树脂、热塑弹性树脂和低碳石油树脂，其组成和质量份数为：耐热增强树脂6-12、热塑弹性树脂：12-15、低碳石油树脂2-8、机油4-8、矿物粉体10-20、沥青40-50。该材料具有较高的拉伸强度、耐热性能、粘接性能和低温韧性。
Description
技术领域
本发明属于有机高分子复合材料技术领域，尤其涉及一种多元高分子树脂与石油沥青共混材料及制备的防水卷材。
背景技术
聚合物改性沥青防水卷材是防水工程的最重要的防水工程用材料类型之一，广泛应用于各类防水工程。其典型产品分别为SBS弹性体改性沥青防水卷材和APP塑性体改性沥青防水卷材，分别适合于低温地区和高温地区的普通屋面的防水工程。但是近年的建筑领域出现了许多特殊要求防水工程，如地下大型停车库的顶面为地面广场或停车场，其载荷和形变较为复杂，要求更高强度的防水卷材；各类道路和桥梁的路面在防水层上要连续铺设高温熔融沥青，要求防水层耐受更高的温度，且在高温下承受载荷；各类上人屋顶或空中花园，有承受循环载荷的要求。
该类工程大部分都要求优异的耐穿刺和防水密封性，对于防水卷材有严格的厚度要求，虽然部分纯高分子塑料和橡胶防水卷材，有较高的强度和耐热、耐循环载荷性能，但是其厚度都比较小，若增加厚度，不但成本不符合技术经济的要求，使用中的柔韧度不足，也是其严重的障碍。所以大厚度防水卷材要选择聚合物改性沥青防水卷材更合适，要适合性能要求，必须提高该类防水卷材的性能。现有技术的两类产品分别为APP改性沥青防水卷材和SBS改性沥青防水卷材，前者由于耐低温性能不足，低温柔韧性和低温强度不足，不能适合于北方地区使用，后者由于耐高温性能不足，长时间持续高温，软化流淌，不适合南方地区使用。且二者耐穿刺、耐循环载荷的性能和粘接性能都较低。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供了一种多元高分子树脂与石油沥青共混材料及制备的防水卷材。本发明针对聚合物改性沥青防水卷材的性能提高的要求，重新设计了配料体系，材料的主要性能显著提高。该材料具有较高的拉伸强度、耐热性能、粘接性能和低温韧性，既适合北方寒冷条件地区选用、也适合南方温热条件地区选用，尤其适合要求长期耐热、循环载荷、较高的粘接可靠性特殊应用场合。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种多元高分子树脂与石油沥青共混材料，所述的多元高分子树脂是：耐热增强树脂、热塑弹性树脂和低碳石油树脂，其组成和质量份数为：耐热增强树脂6-12、热塑弹性树脂：12-15、低碳石油树脂2-8、机油4-8、矿物粉体10-20、沥青40-50。
所述的耐热增强树脂是PE-RT，为乙烯和1-辛烯的共聚物。所述的耐热增强树脂PE-RT是一种耐热聚乙烯，属于中密度聚乙烯，它是由乙烯单体和1-辛烯单体共聚而成的，辛烯与乙烯单体共聚时，形成较长支链，支链上含有六个碳原子，其工作温度范围可长期在80℃以上，并能保持50年的承载保质寿命。经过热熔挤出拉丝，分散于材料体系中，呈现了近似网状结构，基于原位纤维相分布增强的机制，提高了主体材料强度。
所述热塑弹性树脂是SIS，为苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)热塑性嵌段共聚物。所述的SIS是热塑性弹性体，由于含有异戊二烯聚合嵌段，与含有丁二烯的SBS相比，其粘接特性和在沥青中的分散特性明显增加，是新一代热塑性改性树脂。它具有优异的密封性和高温保持力，SIS的熔融粘度比SBS低，易于分散。SIS显示出两个玻璃化温度，胶粒状态呈现两相结构，即聚异戊二烯嵌段和聚苯乙烯嵌段相区，其中聚异戊二烯嵌段具有吸收外部能量的增韧机理，赋予材料体系较好的弹性回复性能和低温韧性。
所述低碳石油树脂为碳五石油树脂碳九石油树脂的一种或二者任意比例的混合。是采用碳五馏分和碳九馏分制得的低分子石油树脂，对改性聚合物PE-RT和SIS等具有软化的作用，对沥青具有增加粘合力的作用。其中碳五树脂含有异戊二烯成分，碳九树脂含有芳烃成分，与同样含有异戊二烯成分的SIS具有极好的相容性，可起到增强材料体系柔韧性粘接力的作用。
所述沥青为60号或100号的石油沥青。
所述矿物粉体为钙粉、滑石粉、轻烧白云石粉和粉煤灰的任意一种或一种以上任意比混合。
一种多元有机高分子树脂与沥青共混材料的制备方法，其特征在于：包括如下的步骤：
1）按照共混材料的组分和质量比，在可加热搅拌的设备中加入沥青和机油，温度升至160-175℃，开启搅拌，加入低碳石油树脂；
2）升温至180-190℃，加入热塑弹性树脂，搅拌60-90分钟，胶体磨研磨，开式循环研磨三遍得到基料；
3）使用热塑性塑料挤出机，出口温度185℃，增强耐热树脂热熔挤出成丝，直接进入加热搅拌设备与基料混合，温度升至185-195℃，搅拌150-180分钟；
4）加入矿物粉体，搅拌40-60分钟，制得熔体状共混材料。
本发明多元高分子树脂与沥青共混材料制备的防水卷材，所述卷材厚度为3-5mm，该卷材的中间为聚酯无纺布胎基，在胎基的两侧分别为多元高分子树脂与沥青共混材料层，卷材的表面为PE膜隔离层。
本发明所述防水卷材的制备方法，制备工序为胎基烘干、胎基布浸渍共混材料、双面涂覆共混材料、覆隔离层、压延、冷却、牵引卷取。
本发明所述防水卷材的制备方法，包括下列步骤：
1）胎基烘干：热空气温度160-165℃，控制胎基停留时间60-80秒；
2）胎基布浸渍共混材料：共混材料浸渍池多元高分子树脂与沥青共混材料温度185-190℃，胎基在浸渍池停留时间3-8秒；
3）双面涂覆共混材料：共混材料涂覆槽温度175-180℃，卷材在涂覆槽停留时间2-4秒；
4）覆PE膜隔离层；
5）压延、冷却、牵引卷取：冷却水的温度35-40℃，冷却区停留时间5-10秒；卷材连续牵引线速度，即生产车速20-42m/min。
多元高分子树脂与沥青共混材料制备方法：
按照如下的步骤进行：
（1）按照共混材料的组分和质量比称量，PE-RT，6~12；SIS树脂，12~15碳五、碳九树脂，2~8；机油4~8；矿物粉体10~20；90号沥青40~50。
（2）在可加热搅拌的设备中加入90号道路沥青、机油，温度升至160~175℃，开启搅拌，加入碳五树脂和碳九石油树脂；
（3）升温至180~190℃，加入SIS，搅拌60~90分钟，胶体磨研磨，开式循环研磨三遍。
（4）使用热塑性塑料挤出机，出口温度185℃，加料PE-RT熔挤出成丝，直接进入加热搅拌设备与基料混合。温度升至185-195℃，搅拌150-180分钟。
(5）加入矿粉，搅拌40-60分钟，制得熔体状共混材料。
多元高分子树脂与沥青共混防水卷材在改性沥青卷材生产线上制造，制备过程工序为：胎基烘干、胎基布浸渍共混料、双面涂覆共混料、覆隔离层、压延、冷却、卷曲。
工艺控制参数：烘干160-165℃，浸渍185-190℃，涂覆175-180℃，冷却35-40℃，生产车速40-42m/min，厚度3-5mm。
本发明提供了以多元高分子树脂与沥青共混材料为基础的制备的复合防水卷材，具有更高的拉伸强度、耐热性能、粘接性能，由于韧性提高，也具有较强的耐穿刺和承载循环载荷的特性。该防水卷材的防水功能更加可靠。适合于更多的具有更高性能要求的防水工程的使用。其应用除了一般建筑屋面防水外，还可以包括其载荷和形变较为复杂的地下大型停车库顶面为地面广场或停车场的防水工程，包括要求更高强度的防水卷材的各类道路和桥梁的路面的防水层，包括要求防水层要耐受更高温度的，在防水层上面要连续铺设高温熔融沥青的防水层施工，包括在高温下承受载荷和循环载荷的各类上人屋顶或空中花园。
本发明的有益效果是：本发明使用了多元高分子树脂，采用共混技术改善石油沥青的性能，得到了更高性能的沥青基聚合物改性材料，测试结果也表明，其拉伸强度、耐温性能、粘接力、延伸韧性等主要指标都有大幅度提高。耐热达到140，最大峰拉力达到1420；N/50mm，最大峰拉力的延伸率，达到68%；接缝剥离强度达到2.8N/mm；撕裂强度达到682N。不透水性压力MPa，保持120min以上不透水。本发明的防水材料及其卷材制品，体现了高性能的特点。
多元高分子树脂的综合性能优势，PE-RT成分，既具有热塑性材料的耐热和强度，又具有弹性体材料吸收外部能量和变形回复的特性，PE-RT也具有优良的低温柔韧性，提高材料耐低温的性能。SIS是线性结构的高分子树脂，与SBS比较，除具备SBS的功能外，由于其粘合力较大，较SBS具有更高的在沥青当中的分散性，其改性功效更明显，也提高了材料的粘接性能，更易于施工应用。低碳树脂是碳五和碳九石油树脂，虽然是大分子成分，但是聚合度比较低，有良好的分散特性，在具有性能改善功效的基础上，具有明显的工艺优化功能，低碳树脂含有异戊二烯和芳烃结构成分，与PE-RE和SIS的相容度较高，对高分子树脂有内增塑的作用，且该增塑成分不会迁移和挥发，保塑期和质量寿命延长。三种高分子树脂形成了对沥青改性的综合功效。
本发明采用的PE-RT挤出热熔技术，由于在加热过程中形成的促进胶料强制剪切、对流、扩散机理，强化了热量传递的速率，比溶胀、熔融、搅拌过程更有利于高分子聚合物的固液转化。尤其剪切生热机理，适合了高分子树脂导热不良的特性，加速了胶料的均匀塑化。挤出成丝并在沥青中高温搅拌分散，得到了呈现纤维状分散相的PE-RT，按一定规律分布在沥青材料体系之中，具有原位网状增强作用，提高了材料的性能。
本发明采用了矿物粉体预处理活化技术，即对使用的矿物粉料，在进入热熔共混料搅拌罐之前，先进入高速捏合机，在转子高速旋转下加入部分机油，在颗粒表面形成油膜，然后出料得到了预处理的活化矿物粉体。预处理矿物粉体得到了活化，有利于在沥青共混料中的分散，抑制颗粒聚集，避免了卷材制品缺陷。提高了防渗防水的可靠性。
本发明所使用的SIS比较SBS具有更强的粘接性能，低碳树脂也对材料的粘接性能有所提高，除了卷材和卷材能够更可靠粘接密封外，和基层的粘接也更可靠，减少了与基层的剥离缺陷，提高了施工的可靠性。
使用的高强度热塑性弹性体，网状分散的PE-RE分散相，提高了刚韧性，耐受疲劳性循环载荷的能力加强，更适合于有循环载荷的用途，如停车场和上人屋面的防水工程。高耐热度也使得防水层适合许多受到高温作用或者高温环境负重载荷的用途。
具体实施方式
实施例1
一种多元高分子树脂与石油沥青共混材料，其组成和质量份数为：PE-RT，100份；SIS，120份；碳五石油树脂，40份；机油，70份；矿粉，150份；沥青，480份；
胎基：300克/m2长纤聚酯无纺布。
多元有机高分子树脂与沥青共混材料的制备方法，包括如下的步骤：
（1）按照共混材料的组分和质量比，在可加热搅拌的罐中加入沥青、机油，温度升至170℃，加入碳五石油树脂，静止渗透30min后开启搅拌；
（2）升温至185℃，加入SIS，搅拌90分钟，胶体磨研磨，开式循环研磨三遍后继续搅拌得到基料；
（3）在单螺杆热塑性塑料挤出机预设温度Ⅰ区110℃，Ⅱ区1300C，Ⅲ区160℃，Ⅳ180℃，出口温度185℃；启动螺杆挤出，从进料斗加料PE-RT，熔融挤出成热熔丝，热熔丝进入加热搅拌中的改性沥青罐，与基料搅拌混合。温度升至195℃，搅拌150分钟；
(4）加入矿粉，搅拌40~60分钟，制得熔体状共混材料。
多元高分子树脂与沥青共混材料制备的防水卷材，所述卷材厚度为4mm，该卷材的中间为聚酯无纺布胎基，在胎基的两侧分别为多元高分子树脂与沥青共混材料层，卷材的表面为PE膜隔离层。
防水卷材的制备方法，多元高分子树脂与沥青共混防水卷材在改性沥青卷材生产线上制造，制备工序为胎基烘干、胎基布浸渍共混材料、双面涂覆共混材料、覆隔离层、压延、冷却、牵引卷取。
包括下列步骤：
1）胎基烘干：热空气温度160℃，控制胎基停留时间60-80秒；
2）胎基布浸渍共混材料：共混材料浸渍池多元高分子树脂与沥青共混材料温度190℃，胎基在浸渍池停留时间3-8秒；
3）双面涂覆共混材料：共混材料涂覆槽温度180℃，卷材在涂覆槽停留时间2-4秒；
4）覆PE膜隔离层；
5）压延、冷却、牵引卷取：冷却水的温度40℃，冷却区停留时间5~10秒；卷材连续牵引线速度，即生产车速22m/min。
实施例2
一种多元高分子树脂与石油沥青共混材料，其组成和质量份数为：PE-RT，80份；SIS树脂，130份；碳五石油树脂，40份；机油，70份；矿粉，150份；沥青，480份；胎基：300克/m2长纤聚酯无纺布。
共混材料制备方法及防水卷材的制备方法同实例1。
实施例3
一种多元高分子树脂与石油沥青共混材料，其组成和质量份数为：PE-RT，70份；SIS树脂，140份；碳五石油树脂，40份；机油，70份；矿粉150份，沥青，480份；胎基，300克/m2长纤聚酯无纺布。
共混材料制备方法及防水卷材的制备方法同实例1。
实施例4
一种多元高分子树脂与石油沥青共混材料，其组成和质量份数为：PE-RT，60份；SIS，150份；低碳树脂，40份；机油，70份；矿粉，150份；沥青，480份。胎基，300克/m2长纤聚酯无纺布。
共混材料制备方法及防水卷材的制备方法同实例1。
实施例1-4制得的多元沥青基高分子树脂防水卷材主要性能指标与现有技术的APP改性卷材和SBS改性卷材对照见下表，其中APP改性卷材和SBS改性卷材均取优等品指标。
实施例制品的主要性能检验结果
Claims (9)
1.一种多元高分子树脂与石油沥青共混材料，其特征在于：所述的多元高分子树脂是：耐热增强树脂、热塑弹性树脂和低碳石油树脂，其组成和质量份数为：耐热增强树脂6-12、热塑弹性树脂：12-15、低碳石油树脂2-8、机油4-8、矿物粉体10-20、沥青40-50；所述的耐热增强树脂是PE-RT，为乙烯和1-辛烯的共聚物。
2.根据权利要求1所述的一种多元高分子树脂与石油沥青共混材料，其特征在于：所述热塑弹性树脂是SIS，为苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)热塑性嵌段共聚物。
3.根据权利要求1所述的一种多元高分子树脂与石油沥青共混材料，其特征在于：所述低碳石油树脂为碳五石油树脂碳九石油树脂的一种或二者任意比例的混合。
4.根据权利要求1所述的一种多元高分子树脂与石油沥青共混材料，其特征在于：所述沥青为60号或100号的石油沥青。
5.根据权利要求1所述的一种多元高分子树脂与石油沥青共混材料，其特征在于：所述矿物粉体为钙粉、滑石粉、轻烧白云石粉和粉煤灰的任意一种或一种以上任意比混合。
6.权利要求1所述一种多元有机高分子树脂与沥青共混材料的制备方法，其特征在于：包括如下的步骤：
按照共混材料的组分和质量比，在可加热搅拌的设备中加入沥青和机油，温度升至160-175℃，开启搅拌，加入低碳石油树脂；
升温至180-190℃，加入热塑弹性树脂，搅拌60-90分钟，胶体磨研磨，开式循环研磨三遍得到基料；
使用热塑性塑料挤出机，增强耐热树脂热熔挤出成丝，直接进入加热搅拌设备与基料混合，温度升至185-195℃，搅拌150-180分钟；
加入矿物粉体，搅拌40-60分钟，制得熔体状共混材料。
7.由权利要求1所述多元高分子树脂与沥青共混材料制备的防水卷材，其特征为：所述卷材厚度为3-5mm，该卷材的中间为聚酯无纺布胎基，在胎基的两侧分别为多元高分子树脂与沥青共混材料层，卷材的表面为PE膜隔离层。
8.根据权利要求7所述的防水卷材的制备方法，其特征为：制备工序为胎基烘干、胎基布浸渍共混材料、双面涂覆共混材料、覆隔离层、压延、冷却、牵引卷取。
9.根据权利要求8所述防水卷材的制备方法，其特征为：包括下列步骤：
1）胎基烘干：热空气温度160-165℃，控制胎基停留时间60-80秒；
2）胎基布浸渍共混材料：共混材料浸渍池多元高分子树脂与沥青共混材料温度185-190℃，胎基在浸渍池停留时间3-8秒；
3）双面涂覆共混材料：共混材料涂覆槽温度175-180℃，卷材在涂覆槽停留时间2-4秒；
4）覆PE膜隔离层；
5）压延、冷却、牵引卷取：冷却水的温度35-40℃，冷却区停留时间5-10秒；卷材连续牵引线速度，即生产车速20-42m/min。
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| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhou Junhua Inventor after: Li Liangbo Inventor after: Wang Feng Inventor after: Zhao Guoqing Inventor after: Yu Kai Inventor before: Wang Feng Inventor before: Li Liangbo |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Guo Kou Cun 252218 Shandong city of Liaocheng province Dong'e County town Patentee after: Shandong Tianhui waterproof Limited by Share Ltd Address before: Guo Kou Cun 252218 Shandong city of Liaocheng province Dong'e County town Patentee before: SHANDONG TECWAY WATERPROOF MATERIALS CO., LTD. |