CN113444374A - 一种耐磨沥青防水卷材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐磨沥青防水卷材，属于防水卷材制备技术领域，包括以下重量份原料：基质沥青80‑100份、炭黑2‑4份、耐磨粒子2‑5份、乙烯‑醋酸乙烯共聚物10‑20份、三元乙丙橡胶30‑35份、豆油酸2‑3份、轻质碳酸钙10‑15份、促进剂7.1‑7.5份、防老剂5.5‑6.5份、抗氧剂1.2‑1.4份；本发明还公开了该防水卷材的制备方法；本发明以改性粉体、聚醚醚酮和改性碳纤维为原料制备耐磨粒子，将其添加进防水卷材中，当卷材受到应力冲击时，改性粉体和改性碳纤维能够作为应力集中点，分散应力、吸收能量，减少卷材的裂纹产生，并且改性粉体上接枝有阻燃性能的助剂，能够增加卷材的耐磨性能和阻燃性能。

Description

一种耐磨沥青防水卷材及其制备方法

技术领域

本发明属于防水卷材制备技术领域，具体地，涉及一种耐磨沥青防水卷材及其制备方法。

背景技术

防水卷材是一种可卷曲的片状防水卷材，防水卷材的选择对防水层质量和耐用年限有极大的影响，正确选择、合理利用防水卷材是屋面设计成败的关键，普通的防水卷材拉伸强度低、抗撕裂强度低、断裂伸长率小、耐热性差、低温柔性差、耐磨性低。

中国专利文献“一种防水卷材及其制备方法(授权公告号：1046669747B)”公开了一种防水卷材，所述防水卷材包括热塑性聚烯烃卷材层，所述热塑性聚烯烃卷材层的原料包括聚合型热塑性聚烯烃树脂和颗粒化助剂；所述颗粒化助剂包括抗氧化剂、光稳定剂和紫外线吸收剂，所述颗粒化助剂粒径为0.5-1.5mm；所述聚合型热塑性聚烯烃树脂与颗粒化助剂的质量比为100：3-10；所述抗氧剂、光稳定剂与紫外线吸收剂的质量比为1：0.5-1：0.5-1。该防水卷材虽然获得了优异的防水性能，但是由于其防水性决定其表面的拒水微孔结构使得其耐磨性能无法满足卷材实际使用时的需求，无法有效提高卷材的使用寿命，以及运用到对耐磨性要求高的环境中，因此，提供一种耐磨沥青防水卷材及其制备方法是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐磨沥青防水卷材及其制备方法，以解决上述背景中提出的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种耐磨沥青防水卷材，包括以下重量份原料：基质沥青80-100份、炭黑2-4份、耐磨粒子2-5份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10-20份、三元乙丙橡胶30-35份、豆油酸2-3份、轻质碳酸钙10-15份、促进剂7.1-7.5份、防老剂5.5-6.5份、抗氧剂1.2-1.4份；

该耐磨沥青防水卷材由以下步骤制成：

第一步、将基质沥青、炭黑、耐磨粒子、乙烯-醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶、豆油酸和轻质碳酸钙加入混合机中，温度80-100℃下搅拌混合2h，然后加入促进剂、防老剂和抗氧剂，继续搅拌2h，得到混合料；

第二步、混合料经挤出机熔融后从T型模头挤出，通过三辊压光机压延成片材，再经冷却、裁边、牵引、收卷，即得一种耐磨沥青防水卷材。

进一步地，所述耐磨粒子由以下步骤制成：

步骤1、将六水氯化铝和去离子水加入烧瓶中，转速60-100r/min条件下搅拌30min，加入质量分数40％的氢氧化钠溶液调节pH值为9，加入水合肼，搅拌10min后转移至水热釜中，控制温度140℃，搅拌反应2h，反应结束后，转速3000rpm条件下离心处理5min，过滤，滤饼先用蒸馏水洗涤3-5次，再用无水乙醇洗涤3次，最后于真空干燥箱中80℃下干燥10h，得到三氧化二铝粉体；

步骤2、将9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、二氧六环和甲基丙烯酸缩水甘油酯加入三口烧瓶中，设置温度为40℃、转速为300r/min，在氮气保护条件下，滴加甲醇钠甲醇溶液，滴加结束后，将温度升为80℃、保持转速不变继续搅拌反应5h，反应结束后，冷却结晶，减压抽滤，将得到的滤饼在40℃干燥至恒重，得到助剂；

反应过程如下：

步骤3、将三氧化二铝粉体置于马弗炉中，温度500℃下煅烧2h，得到纳米γ-Al₂O₃，将纳米γ-Al₂O₃、无水乙醇、偶联剂KH-550、去离子水加入反应釜中，频率40-50kHz下超声分散20min后，加入助剂，转速100-200r/min条件下，搅拌反应30-50min后，转速1000rpm下离心5min，过滤，滤饼用质量分数35％的乙醇溶液洗涤3-5次，最后于80℃烘箱中干燥至恒重，得到改性粉体；

步骤4、将聚醚酰亚胺和三氯甲烷加入锥形瓶中，室温下搅拌10min，随后加入短切碳纤维，超声2h后室温搅拌1h，将反应产物倒入无水乙醇中，转速1200rpm下离心5min，沉淀用乙醇洗涤3-5次，最后于60℃烘箱中干燥4-6h，得到改性碳纤维；

步骤5、将改性粉体和无水乙醇加入圆底烧瓶中，转速60-80r/min搅拌10min后，加入聚醚醚酮和无水乙醇按照2-3g：5-8mL混合而成的溶液b，搅拌20min后，加入改性碳纤维，转速100-200r/min条件下搅拌1-2h，最后通过挤出机挤出、造粒，得到耐磨粒子。

进一步地，步骤1中六水氯化铝、去离子水和水合肼的用量比为5.7-10.2g：98-115mL：2.8-3.1g。

进一步地，步骤2中甲醇钠甲醇溶液为甲醇钠和甲醇按照用量比3-5g：10mL混合而成，9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、二氧六环、甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲醇钠甲醇溶液的用量比为0.2mol：20mL：0.2mol：5g。

进一步地，步骤3中纳米γ-Al₂O₃、无水乙醇、偶联剂KH-550、去离子水和助剂的用量比为3.5-4.7g：88-92mL：1.6-2.2g：30mL：1g。

进一步地，步骤4中聚醚酰亚胺、三氯甲烷和短切碳纤维的用量比为0.5g：45.8-57.6mL：10g。

进一步地，步骤5中改性粉体、无水乙醇、溶液b和改性碳纤维的用量比为1.8-2.4g：4-6mL：5-8mL：1.6-2.3g。

进一步地，所述促进剂为促进剂TMTD和促进剂CZ按照质量比1：1混合而成。

进一步地，所述防老剂为防老剂2246和防老剂4020按照质量比1：2混合而成。

进一步地，所述抗氧剂为抗氧剂MD1024。

本发明的有益效果：

本发明以基质沥青、炭黑、耐磨粒子、乙烯-醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶及其他辅助添加剂，通过熔融挤出、延片、裁边、牵引、收卷，得到一种耐磨沥青防水卷材，首先利用水热法制备了三氧化二铝粉体，以9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物和丙烯酰胺发生加成反应制得助剂，制得的助剂有良好的阻燃性能和热稳定性能，然后将三氧化二铝粉体置于马弗炉中高温煅烧得到γ-Al₂O₃，进而将纳米γ-Al₂O₃、无水乙醇、偶联剂KH-550、去离子水加入反应釜中搅拌均匀后，加入助剂，得到改性粉体，将γ-Al₂O₃用偶联剂KH-550改性处理，得到含有端氨基的γ-Al₂O₃，利用氨基与环氧基容易发生开环反应这一特性，使纳米γ-Al₂O₃分子上接枝助剂分子，赋予改性粉体阻燃性能，利用聚醚酰亚胺包覆短切碳纤维得到改性碳纤维，将改性粉体、聚醚醚酮和改性碳纤维混合后，挤出造粒，得到耐磨粒子，其中纳米γ-Al₂O₃是一种离子化合物，离子键很强，极高的键能使得纳米γ-Al₂O₃具有硬度大、耐高温、耐火性能，聚醚醚酮是一种很好的耐磨高分子材料，在一定负载、滑行速度、温度范围内能够保持较好的耐磨性，碳纤维作为一种传统的碳系材料，将其作为填充体与树脂复合是一种有效的改善摩擦性能的方式，本发明以改性粉体、聚醚醚酮和改性碳纤维为原料制备耐磨粒子，将其添加进防水卷材中，能够与卷材中的沥青、树脂材料熔融共混，改性粉体和改性碳纤维能够增强卷材的力学性能，当卷材受到应力冲击时，改性粉体和改性碳纤维能够作为应力集中点，分散应力、吸收能量，减少卷材的裂纹产生，并且增加卷材的耐磨性能和阻燃性能。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

耐磨粒子由以下步骤制成：

步骤1、将5.7g六水氯化铝和98mL去离子水加入烧瓶中，转速60r/min条件下搅拌30min，加入质量分数40％的氢氧化钠溶液调节pH值为9，加入2.8g水合肼，搅拌10min后转移至水热釜中，控制温度140℃，搅拌反应2h，反应结束后，转速3000rpm条件下离心处理5min，过滤，滤饼先用蒸馏水洗涤3次，再用无水乙醇洗涤3次，最后于真空干燥箱中80℃下干燥10h，得到三氧化二铝粉体；

步骤2、将0.2mol的9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、20mL二氧六环和0.2mol甲基丙烯酸缩水甘油酯加入三口烧瓶中，设置温度为40℃、转速为300r/min，在氮气保护条件下，滴加5g甲醇钠甲醇溶液，滴加结束后，将温度升为80℃、保持转速不变继续搅拌反应5h，反应结束后，冷却结晶，减压抽滤，将得到的滤饼在40℃干燥至恒重，得到助剂，甲醇钠甲醇溶液为甲醇钠和甲醇按照用量比3g：10mL混合而成；

步骤3、将三氧化二铝粉体置于马弗炉中，温度500℃下煅烧2h，得到纳米γ-Al₂O₃，将3.5g纳米γ-Al₂O₃、88mL无水乙醇、1.6g偶联剂KH-550、30mL去离子水加入反应釜中，频率40kHz下超声分散20min后，加入1g助剂，转速100r/min条件下，搅拌反应30min后，转速1000rpm下离心5min，过滤，滤饼用质量分数35％的乙醇溶液洗涤3次，最后于80℃烘箱中干燥至恒重，得到改性粉体；

步骤4、将0.5g聚醚酰亚胺和45.8mL三氯甲烷加入锥形瓶中，室温下搅拌10min，随后加入10g短切碳纤维，超声2h后室温搅拌1h，将反应产物倒入无水乙醇中，转速1200rpm下离心5min，沉淀用乙醇洗涤3次，最后于60℃烘箱中干燥4h，得到改性碳纤维；

步骤5、将1.8g改性粉体和4mL无水乙醇加入圆底烧瓶中，转速60r/min搅拌10min后，加入5mL溶液b，搅拌20min后，加入1.6g改性碳纤维，转速100r/min条件下搅拌1h，最后通过挤出机挤出、造粒；得到耐磨粒子，其中溶液b由聚醚醚酮和无水乙醇按照2g：5m混合而成。

实施例2

耐磨粒子由以下步骤制成：

步骤1、将8.6g六水氯化铝和110mL去离子水加入烧瓶中，转速80r/min条件下搅拌30min，加入质量分数40％的氢氧化钠溶液调节pH值为9，加入2.9g水合肼，搅拌10min后转移至水热釜中，控制温度140℃，搅拌反应2h，反应结束后，转速3000rpm条件下离心处理5min，过滤，滤饼先用蒸馏水洗涤4次，再用无水乙醇洗涤3次，最后于真空干燥箱中80℃下干燥10h，得到三氧化二铝粉体；

步骤2、将0.2mol的9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、20mL二氧六环和0.2mol甲基丙烯酸缩水甘油酯加入三口烧瓶中，设置温度为40℃、转速为300r/min，在氮气保护条件下，滴加5g甲醇钠甲醇溶液，滴加结束后，将温度升为80℃、保持转速不变继续搅拌反应5h，反应结束后，冷却结晶，减压抽滤，将得到的滤饼在40℃干燥至恒重，得到助剂，甲醇钠甲醇溶液为甲醇钠和甲醇按照用量比4g：10mL混合而成；

步骤3、将三氧化二铝粉体置于马弗炉中，温度500℃下煅烧2h，得到纳米γ-Al₂O₃，将4.0g纳米γ-Al₂O₃、90mL无水乙醇、1.8g偶联剂KH-550、30mL去离子水加入反应釜中，频率45kHz下超声分散20min后，加入1g助剂，转速150r/min条件下，搅拌反应40min后，转速1000rpm下离心5min，过滤，滤饼用质量分数35％的乙醇溶液洗涤4次，最后于80℃烘箱中干燥至恒重，得到改性粉体；

步骤4、将0.5g聚醚酰亚胺和52.1mL三氯甲烷加入锥形瓶中，室温下搅拌10min，随后加入10g短切碳纤维，超声2h后室温搅拌1h，将反应产物倒入无水乙醇中，转速1200rpm下离心5min，沉淀用乙醇洗涤4次，最后于60℃烘箱中干燥5h，得到改性碳纤维；

步骤5、将2.1g改性粉体和5mL无水乙醇加入圆底烧瓶中，转速70r/min搅拌10min后，加入7mL溶液b，搅拌20min后，加入1.8g改性碳纤维，转速150r/min条件下搅拌1.5h，最后通过挤出机挤出、造粒；得到耐磨粒子，其中溶液b由聚醚醚酮和无水乙醇按照2.5g：7m混合而成。

实施例3

耐磨粒子由以下步骤制成：

步骤1、将10.2g六水氯化铝和115mL去离子水加入烧瓶中，转速100r/min条件下搅拌30min，加入质量分数40％的氢氧化钠溶液调节pH值为9，加入3.1g水合肼，搅拌10min后转移至水热釜中，控制温度140℃，搅拌反应2h，反应结束后，转速3000rpm条件下离心处理5min，过滤，滤饼先用蒸馏水洗涤5次，再用无水乙醇洗涤3次，最后于真空干燥箱中80℃下干燥10h，得到三氧化二铝粉体；

步骤2、将0.2mol的9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、20mL二氧六环和0.2mol甲基丙烯酸缩水甘油酯加入三口烧瓶中，设置温度为40℃、转速为300r/min，在氮气保护条件下，滴加5g甲醇钠甲醇溶液，滴加结束后，将温度升为80℃、保持转速不变继续搅拌反应5h，反应结束后，冷却结晶，减压抽滤，将得到的滤饼在40℃干燥至恒重，得到助剂，甲醇钠甲醇溶液为甲醇钠和甲醇按照用量比5g：10mL混合而成；

步骤3、将三氧化二铝粉体置于马弗炉中，温度500℃下煅烧2h，得到纳米γ-Al₂O₃，将4.7g纳米γ-Al₂O₃、92mL无水乙醇、2.2g偶联剂KH-550、30mL去离子水加入反应釜中，频率50kHz下超声分散20min后，加入1g助剂，转速200r/min条件下，搅拌反应50min后，转速1000rpm下离心5min，过滤，滤饼用质量分数35％的乙醇溶液洗涤5次，最后于80℃烘箱中干燥至恒重，得到改性粉体；

步骤4、将0.5g聚醚酰亚胺和57.6mL三氯甲烷加入锥形瓶中，室温下搅拌10min，随后加入10g短切碳纤维，超声2h后室温搅拌1h，将反应产物倒入无水乙醇中，转速1200rpm下离心5min，沉淀用乙醇洗涤5次，最后于60℃烘箱中干燥6h，得到改性碳纤维；

步骤5、将2.4g改性粉体和6mL无水乙醇加入圆底烧瓶中，转速80r/min搅拌10min后，加入8mL溶液b，搅拌20min后，加入2.3g改性碳纤维，转速200r/min条件下搅拌2h，最后通过挤出机挤出、造粒；得到耐磨粒子，其中溶液b由聚醚醚酮和无水乙醇按照3g：8m混合而成。

实施例4

一种耐磨沥青防水卷材，包括以下重量份原料：基质沥青80份、炭黑2份、实施例1的耐磨粒子2份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10份、三元乙丙橡胶30份、豆油酸2份、轻质碳酸钙10份、促进剂7.1份、防老剂5.5份、抗氧剂1.2份；

该耐磨沥青防水卷材由以下步骤制成：

第一步、将基质沥青、炭黑、实施例1的耐磨粒子、乙烯-醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶、豆油酸和轻质碳酸钙加入混合机中，温度80℃下搅拌混合2h，然后加入促进剂、防老剂和抗氧剂，继续搅拌2h，得到混合料；

第二步、混合料经挤出机熔融后从T型模头挤出，通过三辊压光机压延成片材，再经冷却、裁边、牵引、收卷，即得一种耐磨沥青防水卷材。

实施例5

一种耐磨沥青防水卷材，包括以下重量份原料：基质沥青90份、炭黑3份、实施例2的耐磨粒子4份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15份、三元乙丙橡胶32份、豆油酸2.5份、轻质碳酸钙12份、促进剂7.3份、防老剂6.0份、抗氧剂1.3份；

该耐磨沥青防水卷材由以下步骤制成：

第一步、将基质沥青、炭黑、实施例2的耐磨粒子、乙烯-醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶、豆油酸和轻质碳酸钙加入混合机中，温度90℃下搅拌混合2h，然后加入促进剂、防老剂和抗氧剂，继续搅拌2h，得到混合料；

第二步、混合料经挤出机熔融后从T型模头挤出，通过三辊压光机压延成片材，再经冷却、裁边、牵引、收卷，即得一种耐磨沥青防水卷材。

实施例6

一种耐磨沥青防水卷材，包括以下重量份原料：基质沥青100份、炭黑4份、实施例3的耐磨粒子5份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20份、三元乙丙橡胶35份、豆油酸3份、轻质碳酸钙15份、促进剂7.5份、防老剂6.5份、抗氧剂1.4份；

该耐磨沥青防水卷材由以下步骤制成：

第一步、将基质沥青、炭黑、实施例3的耐磨粒子、乙烯-醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶、豆油酸和轻质碳酸钙加入混合机中，温度100℃下搅拌混合2h，然后加入促进剂、防老剂和抗氧剂，继续搅拌2h，得到混合料；

第二步、混合料经挤出机熔融后从T型模头挤出，通过三辊压光机压延成片材，再经冷却、裁边、牵引、收卷，即得一种耐磨沥青防水卷材。

对比例1

将实施例4中的耐磨粒子去除，其余原料及制备过程不变。

对比例2

将实施例4中的耐磨粒子替换成杭州吉康新材料有限公司出售的γ-Al₂O₃，其余原料及制备过程不变。

对比例3

本对比例为山东鹏盛建筑材料有限公司出售的改性沥青防水卷材。

将实施例4-6和对比例1-3的防水卷材进行性能测试，测试标准如下：参照GB/T18173.1-2012《高分子防水材料第1部分片材》JL1测试拉伸强度(MPa)、断裂伸长率(％)、弹性恢复率(％)、撕裂强度KN/m和不透水性(30min)；耐磨性按GB/T1689-1998《硫化橡胶耐磨性能的测定(用阿克隆磨耗机)》进行测试，(cm³/1.61km)；参照GB/T8626-2007标准测试各组防水卷材的极限氧指数，具体测试结果见表1；

表1

由表1可以看出，实施例4-6的防水卷材在力学性能测试、透水性测试、阻燃性和耐磨耗性测试过程中，表现均优于对比例1-3，说明本发明制备的防水卷材在具有良好的力学性能的同时，还具有优异的耐磨损性能和阻燃性能。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种耐磨沥青防水卷材，其特征在于，包括以下重量份原料：基质沥青80-100份、炭黑2-4份、耐磨粒子2-5份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10-20份、三元乙丙橡胶30-35份、豆油酸2-3份、轻质碳酸钙10-15份、促进剂7.1-7.5份、防老剂5.5-6.5份、抗氧剂1.2-1.4份；

其中，耐磨粒子由以下步骤制成：

步骤1、制备三氧化二铝粉体；

步骤2、将9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、二氧六环和甲基丙烯酸缩水甘油酯加入三口烧瓶中，设置温度为40℃，在氮气保护条件下，滴加甲醇钠甲醇溶液，滴加结束后，将温度升为80℃，搅拌反应5h，反应结束后，冷却结晶，减压抽滤，滤饼干燥，得到助剂；

步骤3、将三氧化二铝粉体置于马弗炉中，温度500℃下煅烧2h，得到纳米γ-Al₂O₃，将纳米γ-Al ₂O₃、无水乙醇、偶联剂KH-550、去离子水加入反应釜中，超声分散20min后，加入助剂，搅拌反应30-50min后，离心5min，过滤，滤饼洗涤、干燥，得到改性粉体；

步骤4、将聚醚酰亚胺和三氯甲烷加入锥形瓶中，室温下搅拌10min，随后加入短切碳纤维，超声2h后室温搅拌1h，将反应产物倒入无水乙醇中，离心5min，沉淀洗涤、干燥，得到改性碳纤维；

步骤5、将改性粉体和无水乙醇加入圆底烧瓶中，搅拌10min后，加入聚醚醚酮和无水乙醇按照2-3g：5-8mL混合而成的溶液b，搅拌20min后，加入改性碳纤维，搅拌1-2h，最后通过挤出机挤出、造粒，得到耐磨粒子。

2.根据权利要求1所述的一种耐磨沥青防水卷材，其特征在于，制备三氧化二铝粉体的步骤如下：

将六水氯化铝和去离子水加入烧瓶中，搅拌30min，加入氢氧化钠溶液调节pH值为9，加入水合肼，搅拌10min后转移至水热釜中，控制温度140℃，搅拌反应2h，反应结束后，离心处理5min，过滤，滤饼洗涤，干燥，即得三氧化二铝粉体。

3.根据权利要求1所述的一种耐磨沥青防水卷材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、将基质沥青、炭黑、耐磨粒子、乙烯-醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶、豆油酸和轻质碳酸钙加入混合机中，温度80-100℃下搅拌混合2h，然后加入促进剂、防老剂和抗氧剂，继续搅拌2h，得到混合料；

第二步、混合料经挤出机熔融后从T型模头挤出，通过三辊压光机压延成片材，再经冷却、裁边、牵引、收卷，即得一种耐磨沥青防水卷材。