CN104723528A - 聚合物改性沥青防水卷材的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于防水卷材的生产工艺领域，涉及一种制备聚合物改性沥青防水卷材的生产工艺，包括以下步骤：将聚合物改性剂和防老剂混合，加入主挤出机的喂料装置；将沥青冷冻破碎，加入增塑剂与沥青混合，混合均匀后逐渐加入填料搅拌混合；将混合物加入辅助挤出机的喂料装置，开启主挤出机，聚合物改性剂塑化到达主挤出机熔融段时开启辅助挤出机，辅助挤出机与主挤出机加料段的末端连接；聚合物改性沥青经过主挤出机降温段，降温段的末端设有真空排气；聚合物改性沥青进入换网段，经平板模头涂布到防水卷材基材上；将隔离保护层复合在聚合物改性沥青表面；聚合物塑化完全，减少聚合物的受热时间，聚合物改性沥青直接涂布于防水卷材基材上，工艺简单。
Description
技术领域
本发明属于防水卷材的生产工艺技术领域，具体地说，涉及一种采用双阶挤出法制备聚合物改性沥青防水卷材的生产工艺。
背景技术
沥青类防水卷材已经广泛应用，但是由于沥青具有显著的温度敏感性(高温下易软化，低温下易碎裂)，较低的机械性能和弹力性能，容易老化导致龟裂和松散。显著的热敏感性妨碍了沥青混合物在高温和低温时呈现出良好的性能，因而必须改进沥青的特性以提高产品性能。
通过把聚合物掺入沥青中，可以显著提高沥青高温及低温性能，提高沥青的弹塑性，增加耐久性和抗老化能力，延长防水卷材的寿命。热塑性弹性体、天然橡胶、热塑性塑性体等聚合物单独使用或复合使用均可以改性沥青。依据施工方法不同，聚合物改性沥青防水卷材分为热熔型和自粘型，配方不同，需要添加的聚合物种类和配比也不同。目前应用最多的是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)热塑性弹性体改性沥青，SBS改性后的沥青与原始沥青相比，在温度性能、拉伸能力、弹性性能、内聚附着性能、混合料的稳定性能、抗老化性能等方面，均有明显的改进和提高。
中国专利CN104194719A描述一种蠕变型自粘沥青防水卷材及其制备方法，生产方法包括下述步骤：将沥青加热到140～160℃，然后加入软化剂、改性剂和增粘剂，搅拌均匀，继续升温至165～185℃，在此温度下发育30～45分钟，开启胶体磨加速溶胀过程，并使改性剂均化更完全，一小时后加入界面剂，防老剂，停止胶体磨，匀速搅拌两小时，加入填充剂，继续发育45～90分钟，制成蠕变型自粘卷材沥青胶料。
上述聚合物改性沥青生产过程均需把沥青需要加热到180℃左右，然后加入聚合物改性剂发育溶胀，通过胶体磨多次高速剪切研磨均化才能使SBS塑化和分散均匀，整个溶胀和研磨过程超过2小时。最后加入其他助剂和填料混合搅拌继续发育时间更长。沥青在135℃就能完全熔融，粘度低于3Pa·s，流动性非常好，上述改性沥青工艺长时间高温加热是为了塑化和均化聚合物，这种工艺不仅消耗大量能源，加热过程更会产生高致癌性的沥青烟，当温度为160℃～170℃时，常会冒白烟；当温度为170℃～190℃时，常冒青烟；温度再升高，会冒黑烟。当前聚合物改性沥青防水卷材生产线中，沥青烟废气主要来源于生产线中立式搅拌配料罐、开放式的浸油池和涂油池。沥青烟除了含有CO、SO2、NOX等常见大气污染物，还有直径0.1～1μm的焦油颗粒和苯并芘等高致癌性物质。
中国专利CN101985525A描述一种聚合物改性沥青的制造方法，将沥青加热与聚合物SBS及滑石粉混合，经螺杆挤出机均化、挤出，得到聚合物改性沥青产品，再加压后送至应用点。虽然采用挤出机塑化沥青和聚合物，但通过保温会和器混合各种原料，各步都是分段进行的，为间歇式制造过程,工艺路线复杂难以操作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在缺点，寻求设计一种采用双阶挤出法制备聚合物改性沥青防水卷材的生产工艺，使聚合物塑化完全，减少聚合物的受热时间，聚合物改性沥青直接涂布于防水卷材基材上，工艺简单。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种聚合物改性沥青防水卷材的生产工艺，包括以下步骤：
步骤1：将聚合物改性剂和防老剂混合均匀，加入主挤出机的喂料装置，主挤出机的加料段温度为140～185℃；
步骤2：将沥青冷冻破碎，加入增塑剂与沥青混合或加入增塑剂、增粘树脂、界面反应剂与沥青混合，混合均匀后逐渐加入填料再次搅拌混合；将混合物加入辅助挤出机的喂料装置，辅助挤出机温度范围为60-185℃；
步骤3：开启主挤出机，主挤出机中聚合物改性剂塑化到达主挤出机熔融段时开启辅助挤出机，熔融段的前端设有捏合块和反向螺纹，熔融段的末端设有真空排气，辅助挤出机挤出塑化沥青熔融共混物进入主挤出机加料段的末端；
步骤4：聚合物改性沥青降温，聚合物改性沥青经过主挤出机降温段，温度从185-200℃逐步下降到80-120℃，降温段的末端设有真空排气；
步骤5：聚合物改性沥青进入换网段，经过平板模头涂布到防水卷材基材上；
步骤6：通过压辊将隔离保护层复合在聚合物改性沥青表面。
优选的是，所述主挤出机分为14个区域，1-4区是加料段，5-8区是熔融段，9-13区是降温段，14区是换网段，14区连接平板模头，第5区设置捏合块和反向螺纹，增加聚合物和沥青的混炼效果，第8区和13区设置真空排气，有效处理产生的少量沥青烟。
优选的是，所述聚合物改性剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、丁苯橡胶(SBR)和丁基橡胶(IIR)中的一种或多种混合物。
优选的是，所述防老剂为：抗氧剂1010、抗氧剂168、紫外线吸收剂UV531、光稳定剂、硫磺、含硫有机物中的一种或者几种的混合物；
优选的是，所述增塑剂为：环烷油、邻苯二甲酸酯类、聚异丁烯、白油和减三线机油中的一种或者几种的混合物；
优选的是，所述填料为：碳酸钙粉、纳米蒙脱土、炭黑、云母片、高岭土和滑石粉中的一种或几种的混合物；
优选的是，所述主挤出机为平行双螺杆挤出机或往复式单螺杆挤出机，平行双螺杆挤出机长径比≥48，为了获得较好的混合效果和逐级降温效果，宜适当增加长径比；
优选的是，所述辅助挤出机为单螺杆挤出机、平行双螺杆挤出机或锥形双螺杆挤出机；
优选的是，所述防水卷材基材为聚酯无纺布、玻璃纤维毡、聚乙烯交叉层压膜、聚酯薄膜和高分子片材中的一种；
优选的是，所述隔离保护层为聚乙烯隔离膜、聚酯隔离膜、石英砂和烧结砂中的一种；
优选的是，所述的平板模头的挤出厚度为0.7-2.0mm，挤出宽度为1-2m。
优选的是，所述沥青为环烷基石油沥青A级，10号/70号(以0.1mm计算针入度表示)沥青用于制备热熔型聚合物改性沥青防水卷材，70-100号(以0.1mm计算针入度表示)沥青用于制备自粘型聚合物改性沥青防水卷材；
优选的是，所述增粘树脂为：萜烯树脂、C5石油树脂、C9石油树脂、C5-C9共聚树脂、松香、改性松香、酚醛树脂中的一种或者几种的混合物，综合考虑粘接性能、高低温性能及成本因素，最好选用松香和萜烯树脂的混合物。
优选的是，所述的界面反应剂为：钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸盐、聚羧酸盐、氨基树脂、木质素磺酸盐中的一种或者几种的混合物，用于提高粘结性能，并和混凝土中的硅酸盐反应；
本发明的有益效果为：通过挤出机塑化共混聚合物和沥青，塑化效果好，共混时间短，从喂料到模头成型挤出不到10min，大大增加了生产效率，降低能耗；相对于传统的搅拌混合和胶体磨研磨需要长时间加热，由于聚合物和沥青在挤出机中停留时间短，加热时间短：聚合物不会发生老化降解，保留了聚合物的主要性能，所生产的防水卷材性能更加优越；沥青加热不会产生大量沥青烟；采用挤出涂布法生产聚合物改性沥青防水卷材，取代传统的开放式的浸油池和涂油池，简化生产工艺，使沥青烟有组织排放。
本发明在挤出机后段采用逐级降温方法，到模头成型挤出时聚合物和沥青共混物已经成为软流体，既不会产生沥青烟，又不会烫坏防水卷材基材。
聚合物分子量高，塑化温度高，需要180℃左右强剪切才能塑化完全；而沥青分子量低，具有显著的温度敏感性，在120℃左右就完全塑化流动；本发明采用双阶挤出机，主挤出机塑化聚合物，辅助挤出机塑化沥青，而不是把所有物料混合一起投放喂料，能够防止聚合物塑化不完全。
本发明通过量化主挤出机和辅助挤出机的喂料速度与喂料量的关系，挤出速度与挤出量的关系，使聚合物塑化、沥青塑化、聚合物和沥青混合同步进行，形成一个完善的连续化生产过程。
附图说明
图1为本发明实施例1、2的生产工艺示意图；
图2为本发明实施例3的生产工艺示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例结合附图对本发明作进一步描述：
实施例1
如图1所示，本实施例的聚合物改性沥青防水卷材的生产工艺生产的是热熔型双面聚合物改性沥青防水卷材，包括以下步骤：
步骤1：将聚合物改性剂(选用SBS)和防老剂(选用抗氧剂1010/UV531)按表1比例混合均匀，加入主挤出机的喂料装置，主挤出机的加料段温度如表2所示，加料段(1-4区)，主挤出机为平行双螺杆挤出机；
步骤2：将沥青冷冻破碎，加入增塑剂(选用减三线机油)与沥青混合，混合均匀后逐渐加入填料(选用滑石粉)再次搅拌混合；将混合物加入辅助挤出机的喂料装置，辅助挤出机温度范围为60-185℃，辅助挤出机为单螺杆挤出机；
步骤3：开启主挤出机，主挤出机中聚合物改性剂塑化到达主挤出机熔融段(5-8区)时开启辅助挤出机，熔融段的5区设有捏合块和反向螺纹，熔融段的8区设有真空排气，辅助挤出机挤出塑化沥青熔融共混物进入主挤出机加料段的4区；
步骤4：聚合物改性沥青降温，聚合物改性沥青经过主挤出机降温段(9-13区)，温度从200℃逐步下降到120℃，降温段的13区设有真空排气；
步骤5：聚合物改性沥青进入换网段(14区)，温度降到100℃，经过平板模头涂布到防水卷材基材上；
步骤6：通过压辊将隔离保护层复合在聚合物改性沥青表面，按照10m每卷定长分切收卷。
表1 热熔型聚合物改性沥青配方
| 复合石油沥青(10号/70号) | 75％(3:7) |
| SBS | 8％ |
| 减三线机油 | 6％ |
| 滑石粉 | 10％ |
| 防老剂(抗氧剂1010/UV531) | 1％(8:2) |
表2 主挤出机各区域温度设定表
| 1区 | 2区 | 3区 | 4区 | 5区 | 6区 | 7区 | 8区 | 9区 | 10区 | 11区 | 12区 | 13区 | 14区 |
| 140℃ | 160℃ | 180℃ | 185℃ | 190℃ | 195℃ | 200℃ | 200℃ | 180℃ | 160℃ | 140℃ | 130℃ | 120℃ | 100℃ |
实施例2
如图1所示，本实施例的聚合物改性沥青防水卷材的生产工艺生产的是自粘型单面聚合物改性沥青防水卷材，包括以下步骤：
步骤1：将聚合物改性剂(选用SBS和SIS)和防老剂(选用抗氧剂1010/UV531)按表3比例混合均匀，加入主挤出机的喂料装置，主挤出机的加料段温度如表4所示，加料段(1-4区)，主挤出机为平行双螺杆挤出机；
步骤2：将沥青(70号)冷冻破碎，加入增塑剂(环烷油)与沥青混合，混合均匀后逐渐加入填料(滑石粉)再次搅拌混合，加入界面反应剂(聚丙烯酸酯)、增粘树脂(松香和萜烯树脂)再次搅拌均匀；将混合物加入辅助挤出机的喂料装置，辅助挤出机温度范围为60-170℃，辅助挤出机为单螺杆挤出机；
步骤3：开启主挤出机，主挤出机中聚合物改性剂塑化到达主挤出机熔融段(5-8区)时开启辅助挤出机，熔融段的5区设有捏合块和反向螺纹，熔融段的8区设有真空排气，辅助挤出机挤出塑化沥青熔融共混物进入主挤出机加料段的4区；
步骤4：聚合物改性沥青降温，聚合物改性沥青经过主挤出机降温段(9-13区)，温度从180℃逐步下降到100℃，降温段的13区设有真空排气；
步骤5：聚合物改性沥青进入换网段(14区)，温度降到80℃，经过平板模头涂布到防水卷材基材上；
步骤6：通过压辊将隔离保护层复合在聚合物改性沥青表面，按照20m每卷定长分切收卷。
表3 自粘型聚合物改性沥青配方：
| 石油沥青(70号) | 40％ |
| 聚合物改性剂(SBS/SIS) | 15％(5:5) |
| 增粘树脂(松香/萜烯树脂) | 15％(2:8) |
| 环烷油 | 10％ |
| 滑石粉 | 15％ |
| 聚丙烯酸酯 | 2.5％ |
| 防老剂(抗氧剂1010/UV531) | 2.5％(8:2) |
表4 主挤出机各区域温度设定表
| 1区 | 2区 | 3区 | 4区 | 5区 | 6区 | 7区 | 8区 | 9区 | 10区 | 11区 | 12区 | 13区 | 14区 |
| 140℃ | 160℃ | 180℃ | 185℃ | 190℃ | 190℃ | 190℃ | 190℃ | 180℃ | 160℃ | 140℃ | 120℃ | 100℃ | 80℃ |
实施例3
如图2所示，本实施例的聚合物改性沥青防水卷材的生产工艺生产单面涂布自粘型聚合物改性沥青防水卷材，包括以下步骤：
步骤1：将聚合物改性剂(SBS/SIS/IIR)和防老剂(抗氧剂1010/UV531)按表5比例混合均匀，加入主挤出机的喂料装置，主挤出机的加料段温度如表6所示，加料段(1-4区)，主挤出机为复式单螺杆挤出机；
步骤2：将沥青(70号)冷冻破碎，加入增塑剂(环烷油)与沥青混合，混合均匀后逐渐加入填料(滑石粉)再次搅拌混合，加入界面反应剂(聚丙烯酸酯)、增粘树脂(松香和萜烯树脂)再次搅拌均匀；将混合物加入辅助挤出机的喂料装置，辅助挤出机温度范围为60-180℃，辅助挤出机为锥形双螺杆挤出机；
步骤3：开启主挤出机，主挤出机中聚合物改性剂塑化到达主挤出机熔融段(5-8区)时开启辅助挤出机，熔融段的5区设有捏合块和反向螺纹，熔融段的8区设有真空排气，辅助挤出机挤出塑化沥青熔融共混物进入主挤出机加料段的4区；
步骤4：聚合物改性沥青降温，聚合物改性沥青经过主挤出机降温段(9-13区)，温度从170℃逐步下降到100℃，降温段的13区设有真空排气；
步骤5：聚合物改性沥青进入换网段(14区)，温度降到90℃，经过平板模头涂布到防水卷材基材上；
步骤6：通过压辊将隔离保护层复合在聚合物改性沥青表面，按照20m每卷定长分切收卷。
表5 自粘型聚合物改性沥青配方：
| 石油沥青(70号) | 55％ |
| 聚合物改性剂(SBS/SIS/IIR) | 10％(5:3:2) |
| 增粘树脂(松香/萜烯树脂) | 10％(2:8) |
| 环烷油 | 10％ |
| 滑石粉 | 10％ |
| 聚丙烯酸酯 | 3.0％ |
| 防老剂(抗氧剂1010/UV531) | 2.0％(8:2) |
表6 主挤出机各区域温度设定表
| 1区 | 2区 | 3区 | 4区 | 5区 | 6区 | 7区 | 8区 | 9区 | 10区 | 11区 | 12区 | 13区 | 14区 |
| 140℃ | 150℃ | 170℃ | 180℃ | 185℃ | 185℃ | 185℃ | 185℃ | 170℃ | 150℃ | 130℃ | 110℃ | 100℃ | 90℃ |
Claims (4)
1.一种聚合物改性沥青防水卷材的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将聚合物改性剂和防老剂混合均匀，加入主挤出机的喂料装置，主挤出机的加料段温度为140～185℃；
步骤2：将沥青冷冻破碎，加入增塑剂或加入增塑剂、增粘树脂、界面反应剂与沥青混合，混合均匀后逐渐加入填料再次搅拌混合；将混合物加入辅助挤出机的喂料装置，辅助挤出机温度范围为60-185℃；
步骤3：开启主挤出机，主挤出机中聚合物改性剂塑化到达主挤出机熔融段时开启辅助挤出机，熔融段的前端设有捏合块和反向螺纹，熔融段的末端设有真空排气，辅助挤出机挤出塑化沥青熔融共混物进入主挤出机加料段的末端；
步骤4：聚合物改性沥青降温，聚合物改性沥青经过主挤出机降温段，温度从185-200℃逐步下降到80-120℃，降温段的末端设有真空排气；
步骤5：聚合物改性沥青进入换网段，经过平板模头涂布到防水卷材基材上；
步骤6：通过压辊将隔离保护层复合在聚合物改性沥青表面。
2.根据权利要求1所述的聚合物改性沥青防水卷材的生产工艺，其特征在于：所述主挤出机分为14个区域，1-4区为加料段，5-8区为熔融段，9-13区为降温段，14区为换网段，14区连接平板模头，第5区设有捏合块和反向螺纹，第8区和13区设有真空排气。
3.根据权利要求1或2所述的聚合物改性沥青防水卷材的生产工艺，其特征在于：所述主挤出机为平行双螺杆挤出机或往复式单螺杆挤出机，平行双螺杆挤出机长径比≥48。
4.根据权利要求1或2所述的聚合物改性沥青防水卷材的生产工艺，其特征在于：所述辅助挤出机为单螺杆挤出机、平行双螺杆挤出机或锥形双螺杆挤出机。
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