CN113136107B - 一种添加石油焦高聚物改性沥青防水卷材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种添加石油焦作为改性剂的沥青防水卷材,包括胎基层和设于所述胎基层上下表面的自粘涂盖层,在所述胎基层上表面的自粘涂盖层上方设置上表面覆面层,在所述胎基层下表面的自粘涂盖层下方设置下表面覆面层,所述自粘涂盖层包括如下按重量份计算的组分:70#‑100#石油沥青35~45份;SBS热塑性弹性体橡胶2~8份;SBR丁苯橡胶粉末1.5~5份;基础油5~10份;增粘剂2~5份;硅烷偶联剂1~3份;橡胶粉10~20份;石油焦1~5份;填料20~30份,石油焦用于部分替代石油沥青,还作为沥青改性剂和填料提高卷材的稳定性、耐候性,增加塑性、耐磨性和机械强度性能,使得制备的卷材抗拉伸强度好、延伸性能强、自愈性及防水性能优异。本发明还公开了上述沥青防水卷材制备方法。
Description
技术领域
本发明属于建筑防水材料领域,更具体地,涉及一种添加石油焦高聚物改性沥青防水卷材及其制备方法。
背景技术
防水卷材主要是用于建筑墙体、建筑地下室、底板、屋面、以及隧道、公路、垃圾填埋场等处,起到抵御外界雨水、地下水渗透的一种可卷曲成卷状的柔性建材产品,作为工程基础与建筑物之间无渗漏连接,是整个工程防水的第一道屏障,对整个工程起着至关重要的作用。常见的防水卷材主要有高聚物改性沥青防水卷材与高分子防水卷材。高聚物改性沥青防水卷材因其耐高低温性能优异、拉伸性能好、伸长率高、粘结性能好、自愈性强等性能,属于中高档型防水材料,占全部防水材料的70%左右的市场份额。在改性沥青生产过程中,除了加入热塑性弹性体、橡胶、塑料等外加料外,还会添加如天然沥青或各种粉状填料以提高石油沥青的性能。
目前,一般采用多种高分子聚合物、树脂等作为沥青改性剂,为了提升沥青卷材的耐高低温性能,还会采用其他改性剂对沥青进行改性。如,中国专利201611120659.6采用煤制石油的副产物重芳烃为原料,经高温聚合反应而得,再经烘干磨碎至120目的粉末,即作为高温改性剂,然而煤制石油副产物重芳烃气味较大,有毒臭味,具有致癌致畸性,在多个应用领域中现已被管制使用,将其作为原料制备高温改性剂过程中会挥发蒽、菲、芘等有毒致癌芳烃污染环境,且制得的高温改性剂也会含有这些有毒物质,若将其应用于民用建筑的防水工程,在日后使用中有毒物质会缓慢释放到环境中造成污染,毒害人体。又如,中国专利CN201410018962.X采用煤或焦炭作为沥青改性剂提高沥青的耐高低温性能,但煤来源单一且开采难度大,焦炭以煤为来源,经高温干馏而成,且焦炭的生产过程也有致癌危险,对环保要求较高,因此以煤或焦炭作为改性剂会导致成本增加。
石油焦(petroleum coke,简称PK)是原油经蒸馏将轻重质油分离后,重质油再经热裂的过程,转化而成的产品,随着原油品质的重质化和劣质化,作为副产物的石油焦产量不断增多,与其他沥青填料相比,其价格低廉、量大易得,在未燃烧并储存时一般可视作无害物质。目前,石油焦的质量广泛用于制石墨、冶炼和化工等工业,世界上石油焦最大用户是水泥工业,其消耗量约占石油焦市场份额的40%;其次是石油焦煅烧后用来生产炼铝用预焙阳极或炼钢用石墨电极,有22%的石油焦进行煅烧,在这些行业中,石油焦基本都是作为低价值物料使用,所使用的领域也是污染较大、耗能较高、环保压力大。因此,如何环保、经济地有效利用石油焦的问题仍亟待解决。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足),提供一种添加石油焦高聚物改性沥青防水卷材及其制备方法,石油焦用于部分替代石油沥青以节省成本,还作为沥青改性剂和填料提高卷材的热稳定性、耐候性,增加塑性、耐磨性,增强其机械强度性能,使得制备的卷材抗拉伸强度好、延伸性能强、自愈性及防水性能优异。
本发明采取的技术方案是,
一种添加石油焦作为改性剂的沥青防水卷材,包括胎基层和设于所述胎基层上下表面的自粘涂盖层,在所述胎基层上表面的自粘涂盖层上方设置上表面覆面层,在所述胎基层下表面的自粘涂盖层下方设置下表面覆面层,所述自粘涂盖层包括如下按重量份计算的组分:
在本技术方案中,通过各种改性剂和填料配合形成的粘聚合物改性沥青作为自粘涂盖层,使制备的防水卷材抗拉伸强度与延伸性能好,自愈性强,防水性能优异,施工方便,施工时可以进行冷施工,无需明火,不会产生污染,特别适用于与化工车间车房、粮仓、油库、停机仓库等防水工程。
其中,石油焦除了作为改性剂外,其内的细小颗粒还能与其他的粉状填料性能相当,将其添加到石油沥青中可提高卷材的热稳定性、耐候性,增加塑性、耐磨性,增强卷材的机械强度性能,此外,石油焦也可用于替代部分石油沥青以减少石油沥青用量,降低生产成本且环保节能,在防水卷材制备和使用时不会向外释放有害物质污染环境,将石油焦用于防水卷材,增加其使用的领域,提高其附加值,减少能源消耗,同时还能降低成本,为石油焦提出了一种有效利用其价值的环保应用。
采用应用领域较广、购买较易的70#-100#石油沥青作为主剂,并使用SBS热塑性弹性体橡胶和SBR丁苯橡胶粉末对石油沥青改性以提高其耐高低温性能;基础油可为矿物油基础油,矿物基础油的化学成分包括高沸点、高分子量烃类和非烃类混合物,其使SBS热塑性弹性体橡胶分子充分溶胀形成网状结构,从而改善了卷材的低温柔性;添加增粘剂降低自粘改性沥青的弹性和模量和内聚强度,以提高改性沥青与基材之间粘接强度和剥离强度;橡胶粉与沥青反生融胀反应以对沥青改性,提高改性沥青的耐高低温性能、抗老化性能和抗疲劳性能,添加硅烷偶联剂除了可促进橡胶粉与沥青的相容性,还能提高涂盖料的内聚力,提高其剥离强度。
优选地,所述石油焦为粉状,粒径为200~400目,且所述石油焦的含硫量为0.5%~4.0%,且所述石油焦的灰分为0.3%~0.7%。
优选地,所述SBS热塑性弹性体橡胶为星型SBS热塑性弹性体橡胶和/或线型SBS热塑性弹性体橡胶。线型结构的SBS热塑性弹性体橡胶分子量低,溶解性好,但内聚强度不足,而星型结构分子量较高,内聚强度较大,但工艺性较差,在本技术方案中,采用星型或线型SBS热塑性弹性体橡胶改性沥青,可提高沥青的耐高低温性能,当采用星型和线型SBS热塑性弹性体橡胶进行复配时,可大大提高耐高温性能,还能提高沥青的软化点和延伸度。
优选地,所述橡胶粉为杂胶粉、轮胎胶粉的一种或者多种组合,粒径为60~80目。杂胶粉和轮胎胶粉的主要化学成分为天然橡胶和合成橡胶,还含有少量硫、碳黑、氧化硅、氧化铁和氧化钙等成分,对沥青进行改性,可提高改性沥青的耐高低温性能、抗老化性能和抗疲劳性能。
优选地,所述增粘剂为萜烯树脂、古马隆树脂的一种或者多种组合。
优选地,所述填料为滑石粉、粉煤灰、重质碳酸钙、轻质碳酸钙的一种或多种组合,其粒径为200目以上。
优选地,所述上表面覆面层为PE薄膜、PET薄膜或细砂,所述下表面覆面层为表面涂布硅油层的PET隔离膜、PET镀铝隔离膜、PE隔离膜或隔离纸。
优选地,所述胎基层为长纤聚酯胎基、玻纤毡或带玻璃纤维增强的长纤聚酯胎。
优选地,所述SBS热塑性弹性体橡胶、橡胶粉、增粘剂和填料的一种或多种的含水率为小于或等于0.5%。
本发明还提供10.一种添加石油焦作为改性剂的沥青防水卷材的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1自粘涂盖层料制备,具体包括以下步骤:
A1按配比将70#-100#石油沥青、基础油、增粘剂混合,以15~20Hz的频率低速搅拌并加热至沥青温度达到180℃,按配比投入SBS热塑性弹性体橡胶、SBR丁苯橡胶粉末和石油焦,当温度达到180℃后以45~50Hz的频率进行高速搅拌并保温1.5~3h,至SBS热塑性弹性体橡胶、SBR丁苯橡胶粉末熔融,各组分分散均匀,得石油焦改性料;
A2按配比将70#-100#石油沥青以15~20Hz的频率低速搅拌并加热至沥青温度达到180℃,边搅拌边向石油沥青中按顺序投入橡胶粉、硅烷偶联剂,保持搅拌1~3h,得橡胶粉改性料;
A3将步骤A1制得的石油焦改性料和步骤A2制得的橡胶粉改性料用胶体磨研磨后混合,以45~50Hz的频率高速搅拌并加热至170~190℃,保温反应1~2h后得改性料混合物;
A4将步骤A3制得的改性料混合物用胶体磨研磨后投入填料,在160~180℃以20~25Hz的频率搅拌1h,得自粘涂盖层料,备用;
S2将胎基层展开用自粘涂盖层料浸透,用挤压辊挤压干净后冷却至80~120℃,在胎基层表面涂覆自粘涂盖层料形成自粘涂盖层,覆上表面覆面层,将胎基层翻转,在胎基层另一表面涂覆自粘涂盖层料形成自粘涂盖层,覆下表面覆面层;
S3经冷却、定型,收卷后制得添加石油焦作为改性剂的沥青防水卷材;
其中,在步骤A1中加入的70#-100#石油沥青与在步骤A2中加入的70#-100#石油沥青的重量之比为2~4:6~8。
优选地,在步骤A1中,所述石油焦改性料在60℃的粘度为400~500Pa·s,在步骤A2中,所述橡胶粉改性料在60℃的粘度为10000~20000Pa·s。
优选地,步骤S2中在胎基层表面涂覆自粘涂盖层料时,涂布速度为20~50m/min,自粘涂盖层料的温度为160~180℃,使形成的自粘涂盖层厚度为1.0~2.0mm。
在本技术方案中,将沥青分别反应改性,再进行调配混合,最后再混合与填充料进行搅拌混合,将SBS热塑性弹性体橡胶、SBR丁苯橡胶粉末、石油焦与沥青混合配制,并单独将沥青、橡胶粉和硅烷偶联剂加入反应釜内反应,可降低反应器内的物料重量,使物料粘稠度降低,搅拌负荷减小,保证物料被充分搅拌分散,熔融效果会更好,改性料品质性能更好,并且能减短搅拌时间,从而减少配料时间,提高配料效率,降低能耗。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
(1)本发明卷材为自粘聚合物改性沥青防水卷材,其抗拉伸强度与延伸性能好,自愈性强,防水性能优异,施工方便,施工时可以进行冷施工,无需明火,不会产生污染;
(2)石油焦价格低廉、量大易得,用于替代部分石油沥青,减少石油沥青的用量,环保节能,且成本上可以降低0.05-0.20kg/元;
(3)石油焦内的细小颗粒可作为填充料使用,与其他的粉状填料性能相当,可以提高卷材的耐高低温性、耐候性,增加塑性、耐磨性,并增强卷材的机械强度性能;
(4)石油焦安全环保,在未燃烧时一般可视作无害物质,可替代其他含有有害物质的沥青改性剂对沥青改性,在制备过程和使用过程中可有效防止有害物质逸出,危害人体健康,特别适用于化工车间车房、粮仓、油库、停机仓库等防水工程;
(5)本发明的制备方法将沥青分别反应改性,再进行调配混合,最后再与填充料进行搅拌混合,能降低整体的物料重量,粘稠度降低,搅拌负荷减小,物料可被充分搅拌分散,提高熔融效果和改性料品质性能,还能缩短搅拌时间和配料时间,提高配料效率,降低能耗。
附图说明
图1为本发明制备方法的工艺流程图。
附图中标记为:1-沥青反应釜;2-胶粉反应釜;3-中间反应釜;4-填料反应釜;5-沥青泵;6-胶体磨;7-填料计量仓。
具体实施方式
本发明附图仅用于示例性说明,不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下述实施例中使用的原料均为市售产品,其中:
70#-100#沥青为中石油、中海油70#、90#、100#的建筑石油沥青或者道路石油沥青;SBS热塑性弹性体橡胶为LG-501、LG-411、燕山石化厂家1301、燕山石化厂家1401;SBR丁苯橡胶粉末为显元化工473、显元化工095;基础油为矿物基础油,矿物基础油的化学成分包括高沸点、高分子量烃类和非烃类混合物;萜烯树脂为为特级品,牌号为T-90、T-100;硅烷偶联剂为ALINK35;轮胎胶粉为60目、80目轮胎胶粉;石油焦为化工用低硫200~400目石油焦;滑石粉为200目、400目滑石粉。
下述实施例均采用如下制备方法进行制备,包括以下步骤:
S1自粘涂盖层料制备,具体包括以下步骤:
A1按配比将70#-100#石油沥青、基础油、增粘剂加入到沥青反应釜1中混合,以15~20Hz的频率低速搅拌并加热至沥青温度达到180℃,按配比投入SBS热塑性弹性体橡胶、SBR丁苯橡胶粉末和石油焦,当温度达到180℃后以45~50Hz的频率进行高速搅拌并保温1.5~3h,至SBS热塑性弹性体橡胶、SBR丁苯橡胶粉末熔融,各组分分散均匀,得石油焦改性料;
A2按配比将70#-100#石油沥青加入到胶粉反应釜2中,以15~20Hz的频率低速搅拌并加热至沥青温度达到180℃,边搅拌边向胶粉反应釜2中的按顺序投入橡胶粉、硅烷偶联剂,保持搅拌1~3h,得橡胶粉改性料;
A3将步骤A1制得的石油焦改性料用沥青泵5输送到胶体磨6研磨到中间反应釜3,步骤A2制得的橡胶粉改性料用沥青泵5输送到胶体磨6并研磨到中间反应釜3,将所述中间反应釜3中的物料混合,以45-50Hz的频率高速搅拌并加热至170~190℃,保温反应1~2h后得改性料混合物;
A4将步骤A3制得的改性料混合物用沥青泵5输送到胶体磨6并研磨到填料反应釜4中,通过填料计量仓7向填料反应釜4中按配比加入填料,在160~180℃以20-25Hz的频率搅拌1h,得自粘涂盖层料,备用;
S2将胎基层展开用自粘涂盖层料浸透,用挤压辊挤压干净后冷却至80~120℃,在胎基层表面涂覆自粘涂盖层料形成自粘涂盖层,覆上表面覆面层,将胎基层翻转,在胎基层另一表面涂覆自粘涂盖层料形成自粘涂盖层,覆下表面覆面层;
S3经冷却、定型,收卷后制得添加石油焦作为改性剂的沥青防水卷材;
其中,在步骤A1中加入的70#-100#石油沥青与在步骤A2中加入的70#-100#石油沥青的重量之比为2~4:6~8。
其中,在步骤A1中,所述石油焦改性料在60℃的粘度为400~500Pa·s,在步骤A2中,所述橡胶粉改性料在60℃的粘度为10000~20000Pa·s。
其中,步骤S2中在胎基层表面涂覆自粘涂盖层料时,涂布速度为20~50m/min,自粘涂盖层料的温度为160~180℃,使形成的自粘涂盖层厚度为1.0~2.0mm。
实施例1
本实施例中,一种添加石油焦作为改性剂的沥青防水卷材,包括胎基层和设于所述胎基层上下表面的自粘涂盖层,在所述胎基层上表面的自粘涂盖层上方设置上表面覆面层,在所述胎基层下表面的自粘涂盖层下方设置下表面覆面层,所述自粘涂盖层包括如下按重量份计算的组分:
在本实施例中,所述70#-100#石油沥青采用70#石油沥青,所述增粘剂采用萜烯树脂,所述橡胶粉为200目轮胎胶粉,所述石油焦为200目,所述填料为200目滑石粉。
在本实施例中,所述胎基层为200g/m2的长纤聚酯胎,所述上表面覆面层为PE薄膜,所述下表面覆面层为PE隔离膜。
在本实施例中,根据上述方法的步骤制得所述自粘涂盖层和厚度为3.0mm、I型规格的改性沥青防水卷材,其中,在步骤A1中加入的70#-100#石油沥青与在步骤A2中加入的70#-100#石油沥青的重量之比为4:6。
实施例2
本实施例中,一种添加石油焦作为改性剂的沥青防水卷材,包括胎基层和设于所述胎基层上下表面的自粘涂盖层,在所述胎基层上表面的自粘涂盖层上方设置上表面覆面层,在所述胎基层下表面的自粘涂盖层下方设置下表面覆面层,所述自粘涂盖层包括如下按重量份计算的组分:
在本实施例中,所述70#-100#石油沥青采用70#石油沥青,所述增粘剂采用萜烯树脂,所述橡胶粉为200目轮胎胶粉,所述石油焦为200目,所述填料为200目滑石粉。
在本实施例中,所述胎基层为200g/m2的长纤聚酯胎,所述上表面覆面层为PE薄膜,所述下表面覆面层为PE隔离膜。
在本实施例中,根据上述方法的步骤制得所述自粘涂盖层和厚度为3.0mm、I型规格的改性沥青防水卷材,其中,在步骤A1中加入的70#-100#石油沥青与在步骤A2中加入的70#-100#石油沥青的重量之比为5:5。
实施例3
本实施例中,一种添加石油焦作为改性剂的沥青防水卷材,包括胎基层和设于所述胎基层上下表面的自粘涂盖层,在所述胎基层上表面的自粘涂盖层上方设置上表面覆面层,在所述胎基层下表面的自粘涂盖层下方设置下表面覆面层,所述自粘涂盖层包括如下按重量份计算的组分:
在本实施例中,所述70#-100#石油沥青采用70#石油沥青,所述增粘剂采用萜烯树脂,所述橡胶粉为200目轮胎胶粉,所述石油焦为200目,所述填料为200目滑石粉。
在本实施例中,所述胎基层为200g/m2的长纤聚酯胎,所述上表面覆面层为PE薄膜,所述下表面覆面层为PE隔离膜。
在本实施例中,根据上述方法的步骤制得所述自粘涂盖层和厚度为3.0mm、I型规格的改性沥青防水卷材,其中,在步骤A1中加入的70#-100#石油沥青与在步骤A2中加入的70#-100#石油沥青的重量之比为5:5。
实施例4
本实施例中,一种添加石油焦作为改性剂的沥青防水卷材,包括胎基层和设于所述胎基层上下表面的自粘涂盖层,在所述胎基层上表面的自粘涂盖层上方设置上表面覆面层,在所述胎基层下表面的自粘涂盖层下方设置下表面覆面层,所述自粘涂盖层包括如下按重量份计算的组分:
在本实施例中,所述70#-100#石油沥青采用70#石油沥青,所述增粘剂采用萜烯树脂,所述橡胶粉为200目轮胎胶粉,所述石油焦为200目,所述填料为200目滑石粉。
在本实施例中,所述胎基层为200g/m2的长纤聚酯胎,所述上表面覆面层为PE薄膜,所述下表面覆面层为PE隔离膜。
在本实施例中,根据上述方法的步骤制得所述自粘涂盖层和厚度为3.0mm、I型规格的改性沥青防水卷材,其中,在步骤A1中加入的70#-100#石油沥青与在步骤A2中加入的70#-100#石油沥青的重量之比为5:5。
将实施例1至4制得的一种添加石油焦作为改性剂的沥青防水卷材进行通用性能测试,结果见表1。
表1实施例1至4的沥青防水卷材通用性能测试结果
由表1可知,实施例1至4的沥青防水卷材耐高低温性能、耐候性,塑性、耐磨性及机械强度性能均得到提高,且其具有抗拉伸强度好、粘结能力强及防水性能优异等特点,完全满足防水工程的防水要求。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例,而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
2.根据权利要求1所述的一种添加石油焦作为改性剂的沥青防水卷材,其特征在于,所述SBS热塑性弹性体橡胶为星型SBS热塑性弹性体橡胶和/或线型SBS热塑性弹性体橡胶。
3.根据权利要求1所述的一种添加石油焦作为改性剂的沥青防水卷材,其特征在于,所述橡胶粉为杂胶粉、轮胎胶粉的一种或者多种组合,粒径为60~80目。
4.根据权利要求1所述的一种添加石油焦作为改性剂的沥青防水卷材,其特征在于,所述增粘剂为萜烯树脂、古马隆树脂的一种或者多种组合。
5.根据权利要求1所述的一种添加石油焦作为改性剂的沥青防水卷材,其特征在于,所述填料为滑石粉、粉煤灰、重质碳酸钙、轻质碳酸钙的一种或多种组合,其粒径为200目以上。
6.根据权利要求1所述的一种添加石油焦作为改性剂的沥青防水卷材,其特征在于,所述上表面覆面层为PE薄膜、PET薄膜或细砂,所述下表面覆面层为表面涂布硅油层的PET隔离膜、PET镀铝隔离膜、PE隔离膜或隔离纸。
7.根据权利要求1所述的一种添加石油焦作为改性剂的沥青防水卷材,其特征在于,所述胎基层为长纤聚酯胎基、玻纤毡或带玻璃纤维增强的长纤聚酯胎。
8.根据权利要求2至5任一项所述的一种添加石油焦作为改性剂的沥青防水卷材,其特征在于,所述SBS热塑性弹性体橡胶、橡胶粉、增粘剂和填料的一种或多种的含水率为小于或等于0.5%。
9.一种添加石油焦作为改性剂的沥青防水卷材的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1自粘涂盖层料制备,具体包括以下步骤:
A1按配比将70#-100#石油沥青、基础油、增粘剂混合,以15~20Hz的频率低速搅拌并加热至沥青温度达到180℃,按配比投入SBS热塑性弹性体橡胶、SBR丁苯橡胶粉末和石油焦,当温度达到180℃后以45~50Hz的频率进行高速搅拌并保温1.5~3h,至SBS热塑性弹性体橡胶、SBR丁苯橡胶粉末熔融,各组分分散均匀,得石油焦改性料;
A2按配比将70#-100#石油沥青以15~20Hz的频率低速搅拌并加热至沥青温度达到180℃,边搅拌边向石油沥青中按顺序投入橡胶粉、硅烷偶联剂,保持搅拌1~3h,得橡胶粉改性料;
A3将步骤A1制得的石油焦改性料和步骤A2制得的橡胶粉改性料用胶体磨研磨后混合,边以45~50Hz的频率高速搅拌边加热至170~190℃,保温反应1~2h后得改性料混合物;
A4将步骤A3制得的改性料混合物用胶体磨研磨后投入填料,在160~180℃以20~25Hz的频率搅拌1h,得自粘涂盖层料,备用;
S2将胎基层展开用自粘涂盖层料浸透,用挤压辊挤压干净后冷却至80~120℃,在胎基层表面涂覆自粘涂盖层料形成自粘涂盖层,覆上表面覆面层,将胎基层翻转,在胎基层另一表面涂覆自粘涂盖层料形成自粘涂盖层,覆下表面覆面层;S3经冷却、定型,收卷后制得添加石油焦作为改性剂的沥青防水卷材;
其中,在步骤A1中加入的70#-100#石油沥青与在步骤A2中加入的70#-100#石油沥青的重量之比为2~4:6~8。
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