CN112724857B - 单向湿气传导的防水材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单向湿气传导的防水材料及其制备方法。所述的防水材料自上而下由防水增强层、功能层、粘合剂层、增强层、压敏胶层和离型纸复合而成，防水增强层采用纤维布，功能层为PTFE多孔膜，粘合剂层为聚氨酯热熔胶，压敏胶层为聚丙烯酸酯类的压敏胶。本发明的防水材料具有单向透湿、高耐候、耐紫外的特性，适用于粘接混凝土、木材、铝型材等多种基面。

Description

单向湿气传导的防水材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑用防水节能材料领域，涉及一种单向湿气传导的防水材料及其制备方法。
背景技术
防水透汽膜常作为超低能耗、装配式建筑等外围护结构室外一侧缝隙处的密封材料，其作用是阻断雨水向室内渗入；同时，将外围护墙体内部蓄积的水汽及时排出墙外，不但维持了保温层的干燥状态，保证其保温隔热的功效，而且避免了水汽积聚而引起的墙面返潮、结露和发霉现象。
现有的建筑用防水透汽膜，按照透湿机理可以划分为分子透湿和微孔透湿两类。分子透湿的防水透汽膜多采用热塑性聚氨酯(TPU)或是热塑性醚-酯共聚物(TPEE)的材料。例如中国专利申请(CN201010001650.X)公开了一种以淋膜方法制备聚氨酯的防水透湿膜并以玻纤网格布为增强层和涤纶无纺布为面层和底层，经热压复合制成具有防水透湿功能的高强度四层复合材料，该复合材料可作为坡式屋面的防水透湿垫层或作为建筑物外墙干挂式装饰及保温材料内侧的防水透湿衬垫层。但是TPU由于本身含有芳族氨基甲酸酯结构在紫外光辐照下会发生自氧化降解，长时间暴露在室外会导致TPU材料因自身老化而引起防水透湿性能失效。对于微孔透湿的防水透汽膜多采用聚烯烃类的微孔膜，如微孔聚丙烯(PP)膜或是微孔聚乙烯(PE)膜。例如中国专利申请CN200910169053.5公开了一种具有防水透气透湿功能的聚烯烃微孔膜及三层复合材料及其制备方法与用途，但是聚丙烯和聚乙烯材料本身耐紫外性能都不好，该复合膜用于坡式屋面的防水透气透湿垫层时，长期暴露在紫外光辐照下会加速膜的老化，一旦膜出现裂纹、破损就失去防水气密的作用。
选择合适的材料是解决现有技术中防水透汽膜耐候性不足问题的关键。聚四氟乙烯(PTFE)不吸潮，耐高低温(-190～260℃)，耐酸碱，不燃，对氧、紫外线均极稳定。此外，聚四氟乙烯膜的微孔直径常在0.1～0.5微米之间，而水蒸气分子的直径为0.0004微米，雨水中直径最小的轻雾的直径为20微米，聚四氟乙烯膜的孔隙直径在水蒸气和雨水之间，利用这种特殊的微孔结构可达到优秀的防水透湿功能，所以聚四氟乙烯微孔膜是优秀的防水透汽材料。但是因其拉伸强度低，空气渗透率高，所以不能直接作为建筑防水密封膜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单向透湿、耐候好的单向湿气传导的防水材料及其制备方法。
实现本发明目的的技术方案是：
单向湿气传导的防水材料，自上而下由防水增强层、功能层、粘合剂层、增强层、压敏胶层和离型纸复合而成，所述的防水增强层为防水纤维布，功能层为聚四氟乙烯多孔膜，压敏胶层为聚丙烯酸酯类的压敏胶，所述的防水增强层与功能层采用热轧复合，增强层和功能层通过粘合剂层经涂胶复合，粘合剂为聚氨酯热熔胶。
进一步地，防水纤维布为本身为防水材料的纤维布，或经过表面防水处理的纤维布，选自涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、玻璃纤维、碳纤维等纤维布或者涤纶/聚烯烃熔喷布。所述的防水纤维布的厚度为100～500μm，克重为30～200g/m2。
进一步地，聚四氟乙烯多孔膜的纤维直径为0.1～1μm，整体孔隙率为50～95％，厚度为10～100μm，克重为1～120g/m2。
进一步地，增强层为聚酯无纺布，其厚度为50～350μm，克重为15～140g/m2。
进一步地，压敏胶层为聚丙烯酸酯的胶黏剂，优选为中国专利申请CN202010606408.9公开的耐低温丙烯酸涂层胶。压敏胶层和增强层的复合工艺采用热压工艺。压敏胶层的厚度为30～250μm。
进一步地，离型纸为本领域常规使用的离型纸，优选为双面涂硅离型纸。
上述单向湿气传导的防水材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用热轧复合的方式，将功能层聚四氟乙烯多孔膜的一面和防水增强层的一面共同进入热轧辊，热量从上加热辊通过聚四氟乙烯多孔膜传至防水增强层的表面，防水增强层表面纤维在上加热辊和下刻花辊产生的热和压力作用下开始熔融，防水增强层纤维熔融后与聚四氟乙烯表面的纤维结构进行缠结，冷却后聚四氟乙烯多孔膜和防水增强层粘在一起；
(2)采用涂胶复合的方式，先在增强层的一面涂布粘合剂层即聚氨酯热熔胶，然后将上胶的一面与聚四氟乙烯多孔膜的另一面共同进入热压辊进行复合；
(3)将压敏胶涂覆在离型纸上，烘干后，将压敏胶层的另一面与增强层的另一面进行热压复合，最后将单向湿气传导的防水材料收卷。
进一步地，功能层聚四氟乙烯多孔膜和防水增强层的热轧复合工艺条件为：热辊温度为150～280℃，热辊压力为180～400N，线速度为5～10m/min。
本发明采用耐候性优异的PTFE膜作为单向湿气传导的防水材料的核心功能层，让制备而成的单向湿气传导的防水材料作为建筑防水气密膜可以服役于更严苛的环境。在PTFE膜的一面利用热轧复合工艺将防水增强纤维布与其粘在一起，PTFE膜的另一面利用聚氨酯热熔胶通过涂胶复合工艺将增强层聚酯无纺布与之复合。由于热轧复合是通过热和压力的作用将防水增强层表面上热塑性的纤维熔融与PTFE膜表面纤维缠结粘接，所以两者界面上仍保持着PTFE膜的疏水性，而用聚氨酯热熔胶粘合的一面，因为聚氨酯是亲水导湿的聚合物，所以这一界面显示出亲水性。利用这两种不同复合工艺是为让PTFE膜两面显示出不同的亲疏水性，进而可以利用这种特殊的不对称的表面水汽浸润性，实现单向导湿的功能，最后通过热压工艺贴合耐低温的聚丙烯酸酯的压敏胶层，由于压敏胶层的存在，单向湿气传导的防水材料拥有极低的空气渗透率。
综上所述，本发明解决了PTFE膜无法作为建筑防水密封膜的问题，利用多层复合技术制备以PTFE多孔膜为功能层的单向湿气传导的防水材料。本发明的单向湿气传导的防水材料简化了被动式低能耗建筑外围护结构室外侧的缝隙防水密封施工工序，减少安装时间和成本，同时还可以保护建筑对抗外部气候中的高湿度的水汽，防止建筑缝隙处内部湿气的浓缩。
附图说明
图1是本发明的防水材料的结构示意图，其中，1、防水增强层，2、功能层，3、粘合剂层，4、增强层，5、压敏胶层，6、离型纸。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例进一步阐明本发明的内容，本领域技术人员将会理解，但下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示，单向湿气传导的防水材料包括防水增强层(1)、功能层(2)、粘合剂层(3)、增强层(4)、压敏胶层(5)和离型纸(6)。
防水增强层(1)为涤纶无纺布，涤纶无纺布的厚度为100μm，克重为30g/m2，无纺布表面经过防水处理。
功能层(2)为PTFE多孔膜，PTFE膜的纤维直径为0.1～1μm，整体孔隙率为50～75％，厚度为30μm，克重为15～20g/m2。
防水增强层(1)和功能层(2)的复合采用热轧复合，将PTFE多孔膜的一面和涤纶无纺布的一面共同进入热轧辊，热辊温度为250℃，热辊压力为350N，线速度为5m/min，热量从上加热辊通过PTFE膜传至涤纶无纺布的表面，无纺布表面纤维在上加热辊和下刻花辊产生的热和压力作用下开始熔融，涤纶无纺布纤维熔融后与PTFE表面的纤维结构进行缠结，冷却后PTFE膜和涤纶无纺布粘在一起。热轧复合过程没有改变PTFE表面疏水的性质，所以防水增强层(1)和功能层(2)的界面仍保留强疏水性。
增强层(3)采用聚酯无纺布。
粘合剂层(4)为聚氨酯热熔胶。功能层(2)与增强层(3)的复合采用涂胶复合的方式，先在聚酯无纺布的一面布胶，然后该上胶的一面与PTFE膜的一面共同进入热压辊进行复合。由于聚氨酯热熔胶含有的氨基甲酸酯基团具有一定的导湿性，所以增强层(3)和与之复合的PTFE膜之间的界面具有一定的亲水性。
压敏胶层(5)为聚丙烯酸酯的胶黏剂，具体为中国专利申请CN202010606408.9公开的耐低温丙烯酸涂层胶。将压敏胶涂覆在离型纸(6)上，离型纸为双面涂硅离型纸，涂胶厚度为40μm，烘干后，将压敏胶层的一面与增强层的聚酯无纺布的一面进行热压复合，最后将单向湿气传导的防水材料收卷。
实施例2
如图1所示，单向湿气传导的防水材料包括防水增强层(1)、功能层(2)、粘合剂层(3)、增强层(4)、压敏胶层(5)和离型纸(6)。
防水增强层(1)为丙纶无纺布，丙纶无纺布的厚度为300μm，克重为100g/m2，因为丙纶自身具有防水性，不需要做额外的防水处理。
功能层(2)为PTFE多孔膜，PTFE膜的纤维直径为0.1～1μm，整体孔隙率为75～85％，厚度为50μm，克重为30～40g/m2。
防水增强层(1)和功能层(2)的复合采用热轧复合，将PTFE多孔膜的一面和丙纶无纺布的一面共同进入热轧辊，热辊温度为150℃，热辊压力为180N，线速度为8m/min，热量从上加热辊通过PTFE膜传至丙纶无纺布的表面，丙纶无纺布表面纤维在上加热辊和下刻花辊产生的热和压力作用下开始熔融，丙纶无纺布纤维熔融后与PTFE表面的纤维结构进行缠结，冷却后PTFE膜和丙纶无纺布粘在一起。热轧复合过程没有改变PTFE表面疏水的性质，所以防水增强层(1)和功能层(2)的界面仍保留强疏水性。
增强层(3)采用聚酯无纺布。
粘合剂层(4)为聚氨酯热熔胶。功能层(2)与增强层(3)的复合采用涂胶复合的方式，先在聚酯无纺布的一面布胶，然后该上胶的一面与PTFE膜的一面共同进入热压辊进行复合。由于聚氨酯热熔胶具有一定的导湿性，所以增强层(3)和与之复合的PTFE膜之间的界面具有一定的亲水性。
压敏胶层(5)为聚丙烯酸酯的胶黏剂，具体为中国专利申请CN202010606408.9公开的耐低温丙烯酸涂层胶。将压敏胶涂覆在离型纸(6)上，离型纸为双面涂硅离型纸，涂胶厚度为80μm，烘干后，将压敏胶层的一面与增强层的聚酯无纺布的一面进行热压复合，最后将单向湿气传导的防水材料收卷。
实施例3
如图1所示，单向湿气传导的防水材料包括防水增强层(1)、功能层(2)、粘合剂层(3)、增强层(4)、压敏胶层(5)和离型纸(6)。
防水增强层(1)为涤纶/聚丙烯熔喷布，涤纶/聚丙烯熔喷布的厚度为450μm，克重为120g/m2，涤纶/聚丙烯熔喷布的质量比70:30，因为含有聚丙烯纤维，所以涤纶/聚丙烯熔喷布具有防水性，不需要做额外的防水处理。
功能层(2)为PTFE多孔膜，PTFE膜的纤维直径为0.1～1μm，整体孔隙率为85～90％，厚度为80μm，克重为60～70g/m2，
防水增强层(1)和功能层(2)的复合采用热轧复合，将PTFE多孔膜的一面和涤纶/聚丙烯熔喷布的一面共同进入热轧辊，热辊温度为180℃，热辊压力为200N，线速度为6m/min，热量从上加热辊通过PTFE膜传至涤纶/聚丙烯熔喷布的表面，涤纶/聚丙烯熔喷布中的表面聚丙烯纤维在上加热辊和下刻花辊产生的热和压力作用下开始熔融，聚丙烯纤维熔融后与PTFE表面的纤维结构进行缠结，冷却后PTFE膜和涤纶/聚丙烯熔喷布粘在一起。热轧复合过程没有改变PTFE表面疏水的性质，所以防水增强层(1)和功能层(2)的界面仍保留强疏水性。
增强层(3)采用聚酯无纺布。
粘合剂层(4)为聚氨酯热熔胶。功能层(2)与增强层(3)的复合采用涂胶复合的方式，先在聚酯无纺布的一面布胶，然后该上胶的一面与PTFE膜的一面共同进入热压辊进行复合。由于聚氨酯热熔胶具有一定的导湿性，所以增强层(3)和与之复合的PTFE膜之间的界面具有一定的亲水性。
压敏胶层(5)为聚丙烯酸酯的胶黏剂，具体为中国专利申请CN202010606408.9公开的耐低温丙烯酸涂层胶。将压敏胶涂覆在离型纸(6)上，离型纸为双面涂硅离型纸，涂胶厚度为120μm，烘干后，将压敏胶层的一面与增强层的聚酯无纺布的一面进行热压复合，最后将单向湿气传导的防水材料收卷。
对比例1
防水材料包括防水增强层(1)、功能层(2)、增强层(3)、压敏胶层(4)和离型纸(5)。
防水增强层(1)为涤纶无纺布，涤纶无纺布的厚度为100μm，克重为30g/m2，无纺布表面经过防水处理。
功能层(2)为PTFE多孔膜，PTFE膜的纤维直径为0.1～1μm，整体孔隙率为50～75％，厚度为30μm，克重为15～20g/m2。
增强层(3)采用聚酯无纺布。
防水增强层(1)和功能层(2)的复合采用热轧复合，将PTFE多孔膜的一面和涤纶无纺布的一面共同进入热轧辊，热辊温度为250℃，热辊压力为350N，线速度为5m/min，热量从上加热辊通过PTFE膜传至涤纶无纺布的表面，无纺布表面纤维在上加热辊和下刻花辊产生的热和压力作用下开始熔融，涤纶无纺布纤维熔融后与PTFE表面的纤维结构进行缠结，冷却后PTFE膜和涤纶无纺布粘在一起。热轧复合过程没有改变PTFE表面疏水的性质，所以防水增强层(1)和功能层(2)的界面仍保留强疏水性。
增强层(3)和功能层(2)的复合方式仍采用热轧复合，防水增强层和功能层的复合膜和聚酯无纺布的一面共同进入热轧辊，热辊温度为250℃，热辊压力为350N，线速度为5m/min。由于PTFE多孔膜的两面均采用热轧复合工艺，所以PTFE膜的两面仍保留疏水的性质。
压敏胶层(5)为聚丙烯酸酯的胶黏剂，具体为中国专利申请CN202010606408.9公开的耐低温丙烯酸涂层胶。将压敏胶涂覆在离型纸(6)上，离型纸为双面涂硅离型纸，涂胶厚度为80μm，烘干后，将压敏胶层的一面与增强层的聚酯无纺布的一面进行热压复合，最后将防水材料收卷。
对比例2
防水材料包括防水增强层(1)、粘合剂层(2)、功能层(3)、粘合剂层(2)、增强层(4)、压敏胶层(5)和离型纸(6)。
防水增强层(1)为涤纶无纺布，涤纶无纺布的厚度为100μm，克重为30g/m2，无纺布表面经过防水处理。
粘合剂层(2)为聚氨酯热熔胶。
功能层(3)为PTFE多孔膜，PTFE膜的纤维直径为0.1～1μm，整体孔隙率为50～75％，厚度为30μm，克重为15～20g/m2。
增强层(4)采用聚酯无纺布。
防水增强层(1)、功能层(3)和增强层(4)的复合都采用涂胶复合的方式，依次在涤纶无纺布、聚酯无纺布的一面布胶，然后该上胶的一面与PTFE膜的一面共同进入热压辊进行复合，最后形成3层复合结构。由于聚氨酯热熔胶含有氨基甲酸酯基团具有一定的导湿性，所以复合的PTFE膜的两个表面都具有一定的亲水性。
压敏胶层(5)为聚丙烯酸酯的胶黏剂，具体为中国专利申请CN202010606408.9公开的耐低温丙烯酸涂层胶。将压敏胶涂覆在离型纸(6)上，离型纸为双面涂硅离型纸，涂胶厚度为80μm，烘干后，将压敏胶层的一面与增强层的聚酯无纺布的一面进行热压复合，最后将防水材料收卷。
对比例3
防水材料包括防水增强层(1)、功能层(2)、粘合剂层(3)、增强层(4)、压敏胶层(5)和离型纸(6)。
防水增强层(1)为涤纶无纺布，涤纶无纺布的厚度为100μm，克重为30g/m2，无纺布表面经过防水处理。
功能层(2)为热塑性聚氨酯弹性体致密薄膜，薄膜厚度为30μm。
防水增强层(1)和功能层(2)的复合采用热轧复合，将聚氨酯薄膜一面和涤纶无纺布的一面共同进入热轧辊，热辊温度为250℃，热辊压力为350N，线速度为5m/min，热量从上加热辊通过聚氨酯薄膜传至涤纶无纺布的表面，无纺布表面纤维在上加热辊和下刻花辊产生的热和压力作用下开始熔融，涤纶无纺布纤维熔融后与聚氨酯薄膜粘在一起。
增强层(3)采用聚酯无纺布。
粘合剂层(4)为聚氨酯热熔胶。功能层(2)与增强层(3)的复合采用涂胶复合的方式，先在聚酯无纺布的一面布胶，然后该上胶的一面与聚氨酯薄膜的一面共同进入热压辊进行复合。
压敏胶层(5)为聚丙烯酸酯的胶黏剂，具体为中国专利申请CN202010606408.9公开的耐低温丙烯酸涂层胶。将压敏胶涂覆在离型纸(6)上，离型纸为双面涂硅离型纸，涂胶厚度为40μm，烘干后，将压敏胶层的一面与增强层的聚酯无纺布的一面进行热压复合，最后将防水材料收卷。
实验测试
将实施例1-3和对比例1-3中的样品裁成
Figure BDA0002848863450000071
的圆片，撕去离型纸，根据国标GB/T 17146-2015《建筑材料及其制品水蒸气透过性能试验方法》测试样品的水蒸气当量空气层厚度Sd值。实验条件：38℃，0％/93％RH，测试杯内放置的是干燥剂，测试结果见表1。
表1 单向湿气传导的防水材料的水蒸气当量空气层厚度测试结果
样品号 压敏胶层一面朝向测试杯内侧 防水增强层一面朝向测试杯内侧
实施例1 2.1m 8.3m
实施例2 3.1m 13.4m
实施例3 1.6m 12.1m
对比例1 10m 10m
对比例2 2.2m 2.2m
对比例3 3m 3m
从表1可以看出，通过调控防水增强层与功能层以及功能层与增强层之间的复合方法，使得PTFE多孔膜的一面保留着疏水性，一面保持亲水性。各实施例制得的单向湿气传导的防水材料均表现出优异的单向湿气传导的性能，均采用热轧复合或热熔胶复合制得的防水材料(对比例1和2)均表现出双向湿气传导的特性，无法实现单向传导湿气的功能。
将实施例1-3和对比例1-3中的样品裁成200*50mm的长条，撕去离型纸，根据国标GB/T16422.3-2014《塑料实验室光源暴露试验方法第3部分：荧光紫外灯》，对样品进行紫外照射，试验条件：1.55W/(m2*340nm)，试验温度：65±3℃，试验时间：10天，采用国标GB/T328.9测试试样紫外照射前后的拉伸强力，结果见表2。
表2 单向湿气传导的防水材料紫外照射前后的拉伸断裂强力的测试结果
Figure BDA0002848863450000081
Figure BDA0002848863450000091
从表2可以看出，以PTFE为功能层的防水材料经紫外照射10天后，仍均表现出优异的力学性能，具有优异的耐候性，而以热塑性聚氨酯弹性体致密薄膜为功能层的防水材料经紫外照射10天，力学性能出现明显下降，耐候性较差。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.单向湿气传导的防水材料，其特征在于，自上而下由防水增强层、功能层、粘合剂层、增强层、压敏胶层和离型纸复合而成，所述的防水增强层为防水纤维布，功能层为聚四氟乙烯多孔膜，增强层为聚酯无纺布，压敏胶层为聚丙烯酸酯类的压敏胶，所述的防水增强层与功能层采用热轧复合，增强层和功能层通过粘合剂层经涂胶复合，粘合剂为聚氨酯热熔胶。
2.根据权利要求1所述的防水材料，其特征在于，防水纤维布为本身为防水材料的纤维布或经过表面防水处理的纤维布。
3.根据权利要求2所述的防水材料，其特征在于，防水纤维布选自涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、玻璃纤维、碳纤维或者涤纶/聚烯烃熔喷布。
4.据权利要求1所述的防水材料，其特征在于，所述的防水纤维布的厚度为100~500μm，克重为30~200g/m2。
5.根据权利要求1所述的防水材料，其特征在于，聚四氟乙烯多孔膜的纤维直径为0.1~1μm，整体孔隙率为50~95%，厚度为10~100μm，克重为1~120g/m2。
6.根据权利要求1所述的防水材料，其特征在于，增强层的厚度为50~350μm，克重为15~140g/m2。
7.根据权利要求1所述的防水材料，其特征在于，所述的压敏胶层为耐低温丙烯酸涂层胶，压敏胶层和增强层的复合工艺采用热压工艺，压敏胶层的厚度为30~250μm。
8.根据权利要求1所述的防水材料，其特征在于，所述的离型纸为双面涂硅离型纸。
9.根据权利要求1~8任一所述的单向湿气传导的防水材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）采用热轧复合的方式，将功能层聚四氟乙烯多孔膜的一面和防水增强层的一面共同进入热轧辊，热量从上加热辊通过聚四氟乙烯多孔膜传至防水增强层的表面，防水增强层表面纤维在上加热辊和下刻花辊产生的热和压力作用下开始熔融，防水增强层纤维熔融后与聚四氟乙烯表面的纤维结构进行缠结，冷却后聚四氟乙烯多孔膜和防水增强层粘在一起；
（2）采用涂胶复合的方式，先在增强层的一面涂布粘合剂层即聚氨酯热熔胶，然后将上胶的一面与聚四氟乙烯多孔膜的另一面共同进入热压辊进行复合；
（3）将压敏胶涂覆在离型纸上，烘干后，将压敏胶层的另一面与增强层的另一面进行热压复合，最后将单向湿气传导的防水材料收卷。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，功能层聚四氟乙烯多孔膜和防水增强层的热轧复合工艺条件为：热辊温度为150~280℃，热辊压力为180~400N，线速度为5~10m/min。
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