CN105419364A - Sbs/橡胶复合改性沥青的制备方法及其应用 - Google Patents

Sbs/橡胶复合改性沥青的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种SBS/橡胶复合改性沥青的制备方法以及应用该方法来制备PCR反应粘防水卷材的方法。SBS/橡胶复合改性沥青的制备过程具体为：1)在重量份数为100份的沥青基质中加入5-10份的SBS，并在180-190℃下搅拌1-3h，然后降温至160-170℃；2)继续加入橡胶并在160-170℃下搅拌1-3h，其中，SBS与橡胶质量比为1:1-3；3)然后加入1-2份塑化剂、软化剂，在160-170℃下研磨4-8h，即得SBS/橡胶复合改性沥青，其中，SBS和橡胶的总质量与软化剂的质量比为1:1-1.5。将上述方法制备得到的SBS/橡胶复合改性沥青与填料形成的防水混合物涂布到胎基上形成防水层，然后在防水层表面覆上隔离膜，即得到安装便捷、粘接效果好、防水性能优异的PCR反应粘防水卷材。

Description

SBS/橡胶复合改性沥青的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种SBS/橡胶复合改性沥青的制备方法，还涉及一种应用该方法来制备一种PCR(PhysicalandChemicalReaction,物理化学反应)反应粘防水卷材的方法，属于建材技术领域。
背景技术
传统的改性沥青主要采用单一的改性剂配以适量的软化剂来对沥青基质进行改性，常用的改性剂有橡胶、热塑性弹性体、塑料、合成树脂、高分子聚合物，其中橡胶(如SBR：丁苯橡胶，CR：氯丁橡胶)和热塑性弹性体(如SBS：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物)应用最为广泛。改性沥青主要用于道路铺设等对防水工程质量要求较高的领域，但是单一改性剂对沥青的改性效果不够显著，主要体现在施工麻烦、使用寿命短等方面。
SBS和橡胶是常用的两类沥青改性剂，由于两者的改性机理不同，因此，人们想到同时将SBS和橡胶用于沥青的改性。例如，中国发明专利CN101555355A公开了一种废橡胶改性沥青，采用的改性剂为SBS和橡胶粉。中国发明专利CN102181163A也公开了一种废胶粉/SBS复合改性沥青及其生产工艺。上述两份文件所使用的改性方法是将SBS与橡胶同时加入沥青基质，在一定温度下，采用高速剪切法使各组分均匀分散。本发明的发明人想到，由于改性机理以及改性条件的不同，改性剂的用量以及加入顺序对改性沥青的影响较大，同时加入势必会使两者的改性效果相互影响，改性不仅难以充分，浪费改性剂，还可能导致一些副产物产生，影响改性沥青的性能。同时，高速剪切法属于物理共混加工法，需要较高的温度，但是，沥青在高温时容易老化和分解，而且，制备得到的改性沥青中，各个组分之间的结合力弱，因此，在受到日晒和冷冻时，改性沥青的体系容易被破坏，容易发生变形和断裂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是改进传统的SBS/橡胶复合改性沥青的制备工艺，使两种改性剂能充分发挥改性作用，以进一步提升改性沥青的综合力学性能。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是一种SBS/橡胶复合改性沥青的制备方法，通过调节SBS、橡胶、软化剂之间的比例以及加入顺序，充分发挥改性剂的作用并合理降低能耗，得到性能优异的SBS/橡胶复合改性沥青。此外，本发明还要提供应用该制备方法来制备PCR反应粘防水卷材的方法。
SBS/橡胶复合改性沥青的制备方法，包括以下步骤：1)在重量份数为100份的沥青基质中加入5-10份的SBS，并在180-190℃下搅拌1-3h，然后降温至160-170℃；2)继续加入橡胶并在160-170℃下搅拌1-3h，其中，SBS与橡胶的质量比为1:1-3；3)然后加入1-2份塑化剂、软化剂，在160-170℃下研磨4-8h，即得SBS/橡胶复合改性沥青，其中，SBS和橡胶的总质量与软化剂的质量比为1:1-1.5；所述沥青基质中蜡的质量分数≤2％，沥青基质在三氯乙烯中的溶解度≥99.9％。
沥青基质中含有大量的双键，在一定温度下，这些双键与橡胶之间产生化学交联和/或化学加成作用，各个组分之间的结合力强，改性沥青的稳定性增强。由于在价格方面，SBS的价格较高，从成本上考虑，希望能够在保证最优改性效果的前提下，尽可能地减少SBS的用量。经过多次正交试验得出，当SBS与橡胶的质量比为1:1-3时，两种改性剂能够被充分利用，相互协同地对沥青基质进行改性，优选地，SBS与橡胶的质量比为1:1.3-1.5。软化剂的作用是提高改性剂与沥青基质的相容性，加快改性剂在沥青基质中的溶胀速度，优选地，SBS和橡胶的总质量与软化剂的质量比为1:1.2-1.4。采用研磨法替换传统的物理共混方式，不仅降低了体系的反应温度，而且可以促进沥青基质与橡胶之间产生化学交联和/或化学加成，增强各个组分之间的结合力，提升改性沥青的稳定性。
进一步，所述软化剂为萜烯树脂、聚异戊二烯、环烷油中的一种或任意几种；所述塑化剂为DEHP(邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯)、DOP(邻苯二甲酸二辛酯)、DBP(邻苯二甲酸二丁酯)中的一种或任意几种。
应用上述制备SBS/橡胶复合改性沥青的方法来制备PCR反应粘防水卷材的方法包括以下步骤：1)首先制备SBS/橡胶复合改性沥青，然后加入填料，制备由SBS/橡胶复合改性沥青和填料组成的均匀防水混合物，其中，填料的重量份数为10-20份；2)然后将防水混合物涂布到胎基上形成防水层，防水层的厚度为1-2mm；3)在防水层的表面覆上隔离膜，即得到安装便捷、粘接效果好、防水性能优异的PCR反应粘防水卷材。
由于本发明的SBS/橡胶复合改性沥青中各个组分之间通过化学交联和/或化学加成作用结合，因此所得PCR反应粘防水卷材的防水性能好且结构稳定，当压力为0.6MPa时，能够保持至少2h的有效防水性能，延伸率为600-720％，低温弯折性在-25℃合格。助剂和改性剂会引入可与水泥发生离子键和和交联反应的基团，实现反应性粘接，因此，在物理卯榫与化学反应的协同作用下，改性沥青可与水泥粘接为一体并且相互之间的结合力强，避免了使用明火和冷底油，安装方便快捷，在25℃下将制备得到的PCR反应粘防水卷材铺设于水泥表面，铺设后24h时的180°剥离强度≥3N/mm。
进一步，所述隔离膜为PET隔离膜、彩砂、页岩片、细砂、矿物料中的任意一种；所述胎基为HDPE膜(高密度聚乙烯膜)、聚酯毡、玻纤毡、玻纤增强聚酯毡、黄麻布中的任意一种；所述填料为CaCO3和/或CaSiO3。
具体实施方式
一、原料的组成
实施例1-12中所用原料的成分和含量见表1，所述含量为按重量份数计，实施例1-12的制备工艺参数相同，其中，所用沥青基质为100份，沥青基质中蜡的质量分数≤2％，沥青基质在三氯乙烯中的溶解度≥99.9％。此外，还进行了工艺参数不相同的4组实施例，即实施例13-18，其中，实施例13-18中所用原料的成分和含量与实施例4相同。
表1：原料的成分以及含量
二、制备方法
实施例1-12的制备过程为：1)在沥青基质中加入SBS，并在180-190℃下搅拌2h，然后降温至160-170℃；2)加入橡胶并在160-170℃下搅拌2h；3)加入DEHP和软化剂，在160-170℃下研磨6h。
实施例13-16的制备过程与实施例1-12的制备过程的区别在于：实施例13中的研磨时间为2h，实施例14中的研磨时间为4h，实施例15中的研磨时间为8h，实施例16中的研磨时间为10h。
实施例17的制备过程为：1)在沥青基质中同时加入SBS和橡胶，并在180-190℃下搅拌2h，然后在160-170℃下继续搅拌2h；2)加入DEHP和软化剂，在160-170℃下研磨6h。
实施例18的制备过程为：1)在沥青基质中同时加入SBS和橡胶，并在160-170℃下搅拌4h；2)加入DEHP和软化剂，在160-170℃下研磨6h。
三、性能测试
在相同的制备工艺下，将各实施例制备得到的改性沥青与重量份数为15份的CaCO3混合并形成均匀的防水混合物，然后将防水混合物涂布到HDPE膜的表面形成防水层，防水层的厚度为2mm；随后在防水层的表面覆上PET隔离膜，即得到PCR反应粘防水卷材并测试其不透水性、延伸率以及低温弯折性能。将PET隔离膜撕开后，在25℃下将各实施例对应的防水卷材铺设到成分相同的水泥表面，测试铺设完成后24h时的180°剥离强度(以下简称180°剥离强度)，测试结果见表2。
表2：性能测试结果
首先，实施例1-18所得PCR反应粘防水卷材均可以在0.6MPa的压力下有效防水至少2h，并且在-25℃时的低温弯折性能均合格，达到使用标准；实施例1-3中，SBS与橡胶的质量比、SBS和橡胶的总质量与软化剂的质量比相同，仅作SBS重量份数的改变，当SBS的重量份数为5-10份时，对应的PCR反应粘防水卷材具有优异的延伸率和180°剥离强度。当SBS的重量份数、SBS与橡胶的质量比、SBS和橡胶的总质量与软化剂的质量比与实施例2相同，采用质量比为1:1的SBR和CR组成的混合物为橡胶时，实施例4对应的PCR反应粘防水卷材的延伸率和180°剥离强度稍高于实施例2所得PCR反应粘防水卷材的延伸率和180°剥离强度，说明SBR和CR协同作用，有益于进一步提升最终PCR反应粘防水卷材的性能。根据实施例5-8的性能测试结果可知，当SBS与橡胶的质量比为1:1-3时，尤其是当SBS与橡胶的质量比为1:1.3-1.5时，所得PCR反应粘防水卷材的性能优异。根据实施例9-12的性能测试结果可知，当SBS和橡胶的总质量与软化剂的质量比为1:1-1.5时，尤其是当SBS和橡胶的总质量与软化剂的质量比为1:1.2-1.4时，所得PCR反应粘防水卷材的性能优异。
通过测试实施例13-16所得PCR反应粘防水卷材的性能并与实施例4所对应的PCR反应粘防水卷材的性能相比较可知，当研磨时间低于4h时，实施例13所得PCR反应粘防水卷材的延伸率和180°剥离强度远低于实施例4所得PCR反应粘防水卷材的延伸率和180°剥离强度，这说明当研磨时间较短时，原料中各个组分不能反应充分；当研磨时间高于8h时，实施例16所得PCR反应粘防水卷材的延伸率和180°剥离强度远低于实施例4所得PCR反应粘防水卷材的延伸率和180°剥离强度，这可能是由于研磨时间过长致使原料中某些组分的结构被破坏，从而导致最终卷材的性能较差。
实施例17与实施例4的区别在于实施例17中的SBS和橡胶同时加入沥青基质并在180-190℃下搅拌2h，从表2可知，实施例17所得PCR反应粘防水卷材的延伸率和180°剥离强度较差，这说明较高的搅拌温度可能会破坏橡胶的改性效果。实施例18与实施例4的区别在于实施例18中的SBS和橡胶同时加入沥青基质并直接在160-170℃下搅拌4h，从表2可知，实施例18所得PCR反应粘防水卷材的延伸率和180°剥离强度较差，这说明当搅拌温度较低时，SBS难以充分发挥其改性效果。因此，SBS和橡胶的加入顺序对最终PCR反应粘防水卷材的性能影响较大，按照本发明的加入顺序以及搅拌温度、时间，可以更加充分地发挥SBS和橡胶的改性作用。

Claims (10)

1.SBS/橡胶复合改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
1)在重量份数为100份的沥青基质中加入5-10份的SBS，并在180-190℃下搅拌1-3h，然后降温至160-170℃；
2)继续加入橡胶并在160-170℃下搅拌1-3h，其中，SBS与橡胶质量比为1:1-3；
3)然后加入1-2份塑化剂、软化剂，在160-170℃下研磨4-8h，即得SBS/橡胶复合改性沥青，其中，SBS和橡胶的总质量与软化剂的质量比为1:1-1.5。
2.如权利要求1所述的SBS/橡胶复合改性沥青的制备方法，其特征在于：所述软化剂为萜烯树脂、聚异戊二烯、环烷油中的一种或任意几种。
3.如权利要求1所述的SBS/橡胶复合改性沥青的制备方法，其特征在于：所述塑化剂为DEHP、DOP、DBP中的一种或任意几种。
4.如权利要求1所述的SBS/橡胶复合改性沥青的制备方法，其特征在于：所述橡胶为SBR和/或CR。
5.如权利要求1所述的SBS/橡胶复合改性沥青的制备方法，其特征在于：所述沥青基质中蜡的质量分数≤2％，沥青基质在三氯乙烯中的溶解度≥99.9％。
6.如权利要求1-5任一项所述的SBS/橡胶复合改性沥青的制备方法，其特征在于：SBS与橡胶的质量比为1:1.3-1.5。
7.如权利要求1-5任一项所述的SBS/橡胶复合改性沥青的制备方法，其特征在于：SBS和橡胶的总质量与软化剂的质量比为1:1.2-1.4。
8.PCR反应粘防水卷材的制备方法，包括以下步骤:
1)首先采用权利要求1-7任一项所述的方法制备SBS/橡胶复合改性沥青，然后加入填料，制备由SBS/橡胶复合改性沥青和填料组成的均匀的防水混合物；
2)将防水混合物涂布到胎基上形成防水层；
3)在防水层表面覆上隔离膜，即得到PCR反应粘防水卷材。
9.如权利要求8所述的PCR反应粘防水卷材的制备方法，其特征在于：所述隔离膜为PET隔离膜、彩砂、页岩片、细砂、矿物料中的任意一种；所述胎基为HDPE膜、聚酯毡、玻纤毡、玻纤增强聚酯毡、黄麻布中的任意一种；所述填料为CaCO3和/或CaSiO3。
10.如权利要求8或9所述的PCR反应粘防水卷材的制备方法，其特征在于：在25℃下将制备得到的PCR反应粘防水卷材铺设于水泥表面，铺设后24h时的180°剥离强度≥3N/mm。
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