CN113736384A - 一种改性沥青卷材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改性沥青卷材，所述一种改性沥青卷材，结构从上到下分别为上隔离层、上改性沥青层、胎基层、下改性沥青层、下隔离层。本发明还提供一种改性沥青卷材的制备方法，所述制备方法包括无规则聚丙烯颗粒改性、制备无规则聚丙烯改性沥青、制备卷材。本发明的防水卷材在低温极端环境能保持良好的尺寸变化率，‑40℃下，尺寸变化率为‑0.6~0.7%，‑35℃下，尺寸变化率为‑0.5~0.6%，‑30℃下，尺寸变化率为‑0.5~0.6%。

Description

一种改性沥青卷材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性沥青卷材及其制备方法，属于防水卷材领域。
背景技术
沥青防水卷材是目前使用最广泛的防水材料之一，由于传统的沥青防水卷材拉伸强度和延伸率低，温度稳定性差，高温易流淌，低温易脆裂；耐老化性较差，使用年限短逐渐遭到淘汰，目前各种改性沥青卷材性能优异而受到市场青睐。
其中APP改性沥青防水卷材是以聚酯毡或玻纤毡为胎基，无规聚丙烯（APP）或聚烯烃类聚合物（APAO、APO）作改性沥青为浸涂层，两面覆以隔离材料制成的防水卷材，APP改性沥青防水卷材具有更好的耐高温性能，高温环境下不流淌，更适宜用于炎热地区，但是其低温性能不佳，其中I型最低使用温度为-7℃，II型最低使用温度为-15℃，在我国东北地区冬天温度最低可达-40℃，平均气温-20℃左右，长期保持零下，这种极寒条件下，一般的防水卷材无法达到低温柔性要求，严重影响建筑的防水要求。极寒地区的另一特点为温差大。每年春秋两季，上述地区昼夜温差可达30℃以上，这种温差变化极易导致防水建筑产生应力集中，加上雨水冲刷和冰雪融化，这些防水材料容易出现节点破坏和材料过早老化现象，所以现有技术的防水卷材远远无法满足极寒地区的使用要求。
所以传统APP改性沥青防水卷材无法满足极端条件下的使用需求，因此，急需研制一种耐严寒超低温且具有良好耐候性的改性沥青卷材。
CN104927372B公开了一种用于生产APP塑性体改性沥青防水卷材的沥青胶料，制备的APP塑性体改性沥青防水卷材，能够提高低温柔性，但其能够保持性能的最低温度维持在-17℃，仍然不能在极端环境下使用。
综上所述，现有技术存在以下问题：
（1）在极端环境下，APP改性沥青防水卷材最大拉力小，最大拉力下延伸率低；
（2）在极端环境下，APP改性沥青防水卷材柔性差，老化后易开裂；
（3）在极端环境下，APP改性沥青防水卷材尺寸变化率大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，通过添加改性原料对无规则聚丙烯进行改性，添加到沥青中制成改性沥青防水卷材，实现以下发明目的：
（1）在极端环境下，APP改性沥青防水卷材最大拉力大，最大拉力下延伸率高；
（2）在极端环境下，APP改性沥青防水卷材柔性好，老化后不易开裂；
（3）在极端环境下，APP改性沥青防水卷材尺寸变化率小。
为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种改性沥青卷材，所述一种改性沥青卷材，结构从上到下分别为上隔离层、上改性沥青层、胎基层、下改性沥青层、下隔离层。
以下是对上述技术方案的进一步改进：
所述制备方法包括无规则聚丙烯颗粒改性、制备无规则聚丙烯改性沥青、制备卷材。
所述无规则聚丙烯颗粒改性包括二氧化硅改性、无规则聚丙烯改性；
所述二氧化硅改性，将氧化铜粉末、纳米二氧化硅粉末加水混合，然后加入0.5-1.5mol/L浓度的氢氧化钠溶液混合，再加入棕榈酸得到混合液，然后在250-350r/min的转速下搅拌15-25min，以90-120W的功率超声8-15min得到纳米羟基硅酸铜-棕榈酸复合物的超声后混合液。
所述混合液按质量份计，包括以下组分：氧化铜粉末0.5-1.5份、纳米二氧化硅粉末0.5-1.5份、1mol/L浓度氢氧化钠溶液2-5份、水55-65份、棕榈酸0.3-0.8份。
所述无规则聚丙烯改性，将纳米硫酸钡均匀分散在乙醇溶液中，加入丙烯酸混合，83-90℃下加热0.8-1.5h，然后3-6min内加入过硫酸钠、18-25min内匀速加入无规则聚丙烯，加入完毕后在185-195℃下加热1-2h，得到初步改性无规则聚丙烯；
将超声后混合液和初步改性无规则聚丙烯加热至190-200℃下混合得到混合物，将混合物在205-215℃下挤出造粒，得到改性无规则聚丙烯颗粒。
所述乙醇溶液质量浓度为90-97%；
所述初步改性无规则聚丙烯按质量份计，包括以下组分：纳米硫酸钡2.5-3.5份、乙醇溶液4.5-5.5份、丙烯酸0.5-1.5份、过硫酸钠0.5-1.5份、聚丙烯1.5-2.5份、无规则聚丙烯75-85份；
所述超声后混合液与初步改性无规则聚丙烯质量比为2-3:1。
所述制备无规则聚丙烯改性沥青包括混合基质沥青、制备改性沥青；
所述混合基质沥青，将岩页沥青破碎至粒径为4-6mm，在175-185℃下脱水，至含水量为4.5-5.5%，然后在175-185℃下以1300-1600r/min的剪切速度剪切磨碎；
石油沥青加热至175-185℃软化，然后经过50-80目网过滤除去杂质，将石油沥青与岩页沥青在175-185℃下胶合为沥青混合料，胶合时间15-25min；
所述沥青混合料按质量份计，包括以下组分：石油沥青1-3份、岩页沥青1-3份。
所述制备改性沥青，将沥青混合料升温至155-165℃加入10#芳烃油，然后继续升温至175-185℃，加入改性无规则聚丙烯颗粒搅拌均匀后研磨45-55min，然后再将微晶石蜡、纳米氧化钴、过氧化二异丙苯加入再研磨45-55min，保持175-185℃温度25-35min得到改性沥青。
所述改性沥青按质量份计，包括以下组分：沥青混合料45-55份、10#芳烃油6-8份、改性无规则聚丙烯颗粒3-5份、微晶石蜡1.5-2.5份、纳米氧化钴1.5-2.5份、过氧化二异丙苯0.5-1.5份。
所述制备卷材，将聚酯胎胎基层浸渍改性沥青，使其两面均匀附着改性沥青，得到两面有改性沥青层的胎基层，将两面有改性沥青层的胎基层上下表面涂覆保护隔离膜，得到上下隔离层，冷却成型得到改性沥青防水卷材。
与现有技术相比，本发明取得以下有益效果：
本发明的防水卷材在低温极端环境能保持良好的拉力及延伸率，-40℃时，横向最大拉力1021-1034N，最大拉力下横向延伸率为44-45%，纵向最大拉力977-987N，最大拉力下纵向延伸率为43-44%；-35℃时，横向最大拉力947-952N，最大拉力下横向延伸率为45-46%，纵向最大拉力929-938N，最大拉力下纵向延伸率为44-45%；-30℃时，横向最大拉力921-927N，最大拉力下横向延伸率为46-48%，纵向最大拉力895-902N，最大拉力下纵向延伸率为45-46%（GB18243—2008）；
本发明的防水卷材在低温极端环境能保持良好的低温柔性，人工气候加速老化，-40℃下，无裂缝（GB18243—2008）；
本发明的防水卷材在低温极端环境能保持良好的尺寸变化率，-40℃下，尺寸变化率为-0.6~0.7%，-35℃下，尺寸变化率为-0.5~0.6%，-30℃下，尺寸变化率为-0.5~0.6%（GB18243—2008）。
具体实施方式
一种改性沥青卷材，结构从上到下分别为上隔离层、上改性沥青层、胎基层、下改性沥青层、下隔离层。
实施例1
（1）无规则聚丙烯颗粒改性
a、二氧化硅改性
取一定量的氧化铜粉末、纳米二氧化硅粉末加水混合，然后加入1mol/L浓度的氢氧化钠溶液混合均匀，再加入棕榈酸得到混合液，然后在300r/min的转速下搅拌20min，以100W的功率超声10min得到纳米羟基硅酸铜-棕榈酸复合物的超声后混合液；
所述混合液按质量份计，包括以下组分：氧化铜粉末1份、纳米二氧化硅粉末1份、1mol/L浓度氢氧化钠溶液3份、水60份、棕榈酸0.5份；
b、无规则聚丙烯改性
将纳米硫酸钡均匀分散在乙醇溶液中，加入丙烯酸混合均匀，85℃下加热1h，然后加入过硫酸钠、无规则聚丙烯，其中过硫酸钠5min内加入，无规则聚丙烯20min内匀速加入，加入完毕后在190℃下加热1.5h，得到初步改性无规则聚丙烯；
所述乙醇溶液质量浓度为95%；
所述初步改性无规则聚丙烯按质量份计，包括以下组分：纳米硫酸钡3份、乙醇溶液5份、丙烯酸1份、过硫酸钠1份、聚丙烯2份、无规则聚丙烯80份；
将超声后混合液和初步改性无规则聚丙烯加热至195℃下混合得到混合物，将混合物在210℃下通过双螺杆挤出机造粒，得到改性无规则聚丙烯颗粒；
所述超声后混合液与初步改性无规则聚丙烯质量比为2.5:1。
（2）制备无规则聚丙烯改性沥青
a、混合基质沥青
将岩页沥青破碎至粒径为5mm，在180℃下脱水，至岩页沥青含水量为5%，然后继续在180℃下以1500r/min的剪切速度剪切磨碎；
石油沥青加热至180℃软化，然后经过60目网过滤除去杂质，将石油沥青与岩页沥青在180℃下胶合为沥青混合料，胶合时间20min；
所述沥青混合料按质量份计，包括以下组分：石油沥青3份、岩页沥青1份；
b、制备改性沥青
将沥青混合料升温至160℃加入10#芳烃油，然后继续升温至180℃，加入改性无规则聚丙烯颗粒搅拌均匀后研磨50min，然后再将微晶石蜡、纳米氧化钴、过氧化二异丙苯加入再研磨50min至均匀细腻，保持180℃温度30min得到改性沥青；
所述改性沥青按质量份计，包括以下组分：沥青混合料50份、10#芳烃油7份、改性无规则聚丙烯颗粒4份、微晶石蜡2份、纳米氧化钴2份、过氧化二异丙苯1份。
（3）制备卷材
将聚酯胎胎基层浸渍改性沥青，使其两面均匀附着改性沥青，得到两面有改性沥青层的胎基层，将两面有改性沥青层的胎基层上下表面涂覆保护隔离膜，得到上下隔离层，冷却成型得到改性沥青防水卷材。
实施例1的防水卷材在低温极端环境能保持良好的拉力及延伸率，-40℃时，横向最大拉力1034N，最大拉力下横向延伸率为45%，纵向最大拉力987N，最大拉力下纵向延伸率为44%；-35℃时，横向最大拉力952N，最大拉力下横向延伸率为46%，纵向最大拉力938N，最大拉力下纵向延伸率为45%；-30℃时，横向最大拉力927N，最大拉力下横向延伸率为48%，纵向最大拉力902N，最大拉力下纵向延伸率为46%（GB18243—2008）；
实施例1的防水卷材在低温极端环境能保持良好的低温柔性，人工气候加速老化，-40℃下，无裂缝（GB18243—2008）；
实施例1的防水卷材在低温极端环境能保持良好的尺寸变化率，-40℃下，尺寸变化率为-0.6%，-35℃下，尺寸变化率为-0.6%，-30℃下，尺寸变化率为-0.5%（GB18243—2008）。
实施例2
（1）无规则聚丙烯颗粒改性
a、二氧化硅改性
取一定量的氧化铜粉末、纳米二氧化硅粉末加水混合，然后加入0.5mol/L浓度的氢氧化钠溶液混合均匀，再加入棕榈酸得到混合液，然后在250r/min的转速下搅拌25min，以90W的功率超声15min得到纳米羟基硅酸铜-棕榈酸复合物的超声后混合液；
所述混合液按质量份计，包括以下组分：氧化铜粉末0.5份、纳米二氧化硅粉末0.5份、0.5mol/L浓度氢氧化钠溶液5份、水55份、棕榈酸0.3份；
b、无规则聚丙烯改性
将纳米硫酸钡均匀分散在乙醇溶液中，加入丙烯酸混合均匀，83℃下加热1.5h，然后加入过硫酸钠、无规则聚丙烯，其中过硫酸钠3min内加入，无规则聚丙烯18min内匀速加入，加入完毕后在185℃下加热2h，得到初步改性无规则聚丙烯；
所述乙醇溶液质量浓度为90%；
所述初步改性无规则聚丙烯按质量份计，包括以下组分：纳米硫酸钡2.5份、乙醇溶液4.5份、丙烯酸0.5份、过硫酸钠0.5份、聚丙烯1.5份、无规则聚丙烯75份；
将超声后混合液和初步改性无规则聚丙烯加热至190℃下混合得到混合物，将混合物在205℃下通过双螺杆挤出机造粒，得到改性无规则聚丙烯颗粒；
所述超声后混合液与初步改性无规则聚丙烯质量比为2:1。
（2）制备无规则聚丙烯改性沥青
a、混合基质沥青
将岩页沥青破碎至粒径为4mm，在175℃下脱水，至岩页沥青含水量为4.5%，然后继续在175℃下以1300r/min的剪切速度剪切磨碎；
石油沥青加热至175℃软化，然后经过50目网过滤除去杂质，将石油沥青与岩页沥青在175℃下胶合为沥青混合料，胶合时间25min；
所述沥青混合料按质量份计，包括以下组分：石油沥青2份、岩页沥青2份；
b、制备改性沥青
将沥青混合料升温至155℃加入10#芳烃油，然后继续升温至175℃，加入改性无规则聚丙烯颗粒搅拌均匀后研磨45min，然后再将微晶石蜡、纳米氧化钴、过氧化二异丙苯加入再研磨45min至均匀细腻，保持175℃温度35min得到改性沥青；
所述改性沥青按质量份计，包括以下组分：沥青混合料45份、10#芳烃油6份、改性无规则聚丙烯颗粒3份、微晶石蜡1.5份、纳米氧化钴1.5份、过氧化二异丙苯0.5份。
（3）制备卷材
将聚酯胎胎基层浸渍改性沥青，使其两面均匀附着改性沥青，得到两面有改性沥青层的胎基层，将两面有改性沥青层的胎基层上下表面涂覆保护隔离膜，得到上下隔离层，冷却成型得到改性沥青防水卷材。
实施例2的防水卷材在低温极端环境能保持良好的拉力及延伸率，-40℃时，横向最大拉力1027N，最大拉力下横向延伸率为44%，纵向最大拉力977N，最大拉力下纵向延伸率为43%；-35℃时，横向最大拉力947N，最大拉力下横向延伸率为46%，纵向最大拉力934N，最大拉力下纵向延伸率为45%；-30℃时，横向最大拉力921N，最大拉力下横向延伸率为47%，纵向最大拉力897N，最大拉力下纵向延伸率为45%（GB18243—2008）；
实施例2的防水卷材在低温极端环境能保持良好的低温柔性，人工气候加速老化，-40℃下，无裂缝（GB18243—2008）；
实施例2的防水卷材在低温极端环境能保持良好的尺寸变化率，-40℃下，尺寸变化率为-0.7%，-35℃下，尺寸变化率为-0.6%，-30℃下，尺寸变化率为-0.6%（GB18243—2008）。
实施例3
（1）无规则聚丙烯颗粒改性
a、二氧化硅改性
取一定量的氧化铜粉末、纳米二氧化硅粉末加水混合，然后加入1.5mol/L浓度的氢氧化钠溶液混合均匀，再加入棕榈酸得到混合液，然后在350r/min的转速下搅拌15min，以120W的功率超声8min得到纳米羟基硅酸铜-棕榈酸复合物的超声后混合液；
所述混合液按质量份计，包括以下组分：氧化铜粉末1.5份、纳米二氧化硅粉末1.5份、1.5mol/L浓度氢氧化钠溶液2份、水65份、棕榈酸0.8份；
b、无规则聚丙烯改性
将纳米硫酸钡均匀分散在乙醇溶液中，加入丙烯酸混合均匀，90℃下加热0.8h，然后加入过硫酸钠、无规则聚丙烯，其中过硫酸钠6min内加入，无规则聚丙烯25min内匀速加入，加入完毕后在195℃下加热1h，得到初步改性无规则聚丙烯；
所述乙醇溶液质量浓度为97%；
所述初步改性无规则聚丙烯按质量份计，包括以下组分：纳米硫酸钡3.5份、乙醇溶液5.5份、丙烯酸1.5份、过硫酸钠1.5份、聚丙烯2.5份、无规则聚丙烯85份；
将超声后混合液和初步改性无规则聚丙烯加热至200℃下混合得到混合物，将混合物在215℃下通过双螺杆挤出机造粒，得到改性无规则聚丙烯颗粒；
所述超声后混合液与初步改性无规则聚丙烯质量比为3:1。
（2）制备无规则聚丙烯改性沥青
a、混合基质沥青
将岩页沥青破碎至粒径为6mm，在185℃下脱水，至岩页沥青含水量为5.5%，然后继续在185℃下以1600r/min的剪切速度剪切磨碎；
石油沥青加热至185℃软化，然后经过80目网过滤除去杂质，将石油沥青与岩页沥青在185℃下胶合为沥青混合料，胶合时间15min；
所述沥青混合料按质量份计，包括以下组分：石油沥青1份、岩页沥青3份；
b、制备改性沥青
将沥青混合料升温至165℃加入10#芳烃油，然后继续升温至185℃，加入改性无规则聚丙烯颗粒搅拌均匀后研磨55min，然后再将微晶石蜡、纳米氧化钴、过氧化二异丙苯加入再研磨55min至均匀细腻，保持185℃温度25min得到改性沥青；
所述改性沥青按质量份计，包括以下组分：沥青混合料55份、10#芳烃油8份、改性无规则聚丙烯颗粒5份、微晶石蜡2.5份、纳米氧化钴2.5份、过氧化二异丙苯1.5份。
（3）制备卷材
将聚酯胎胎基层浸渍改性沥青，使其两面均匀附着改性沥青，得到两面有改性沥青层的胎基层，将两面有改性沥青层的胎基层上下表面涂覆保护隔离膜，得到上下隔离层，冷却成型得到改性沥青防水卷材。
实施例3的防水卷材在低温极端环境能保持良好的拉力及延伸率，-40℃时，横向最大拉力1021N，最大拉力下横向延伸率为44%，纵向最大拉力981N，最大拉力下纵向延伸率为44%；-35℃时，横向最大拉力950N，最大拉力下横向延伸率为45%，纵向最大拉力929N，最大拉力下纵向延伸率为44%；-30℃时，横向最大拉力924N，最大拉力下横向延伸率为46%，纵向最大拉力895N，最大拉力下纵向延伸率为45%（GB18243—2008）；
实施例3的防水卷材在低温极端环境能保持良好的低温柔性，人工气候加速老化，-40℃下，无裂缝（GB18243—2008）；
实施例3的防水卷材在低温极端环境能保持良好的尺寸变化率，-40℃下，尺寸变化率为-0.7%，-35℃下，尺寸变化率为-0.5%，-30℃下，尺寸变化率为-0.5%（GB18243—2008）。

Claims (10)

1.一种改性沥青卷材，其特征在于，所述一种改性沥青卷材，结构从上到下分别为上隔离层、上改性沥青层、胎基层、下改性沥青层、下隔离层。
2.一种改性沥青卷材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括无规则聚丙烯颗粒改性、制备无规则聚丙烯改性沥青、制备卷材。
3.根据权利要求2所述的一种改性沥青卷材的制备方法，其特征在于：
所述无规则聚丙烯颗粒改性包括二氧化硅改性、无规则聚丙烯改性；
所述二氧化硅改性，将氧化铜粉末、纳米二氧化硅粉末加水混合，然后加入0.5-1.5mol/L浓度的氢氧化钠溶液混合，再加入棕榈酸得到混合液，然后在250-350r/min的转速下搅拌15-25min，以90-120W的功率超声8-15min得到纳米羟基硅酸铜-棕榈酸复合物的超声后混合液。
4.根据权利要求3所述的一种改性沥青卷材的制备方法，其特征在于：
所述混合液按质量份计，包括以下组分：氧化铜粉末0.5-1.5份、纳米二氧化硅粉末0.5-1.5份、1mol/L浓度氢氧化钠溶液2-5份、水55-65份、棕榈酸0.3-0.8份。
5.根据权利要求3所述的一种改性沥青卷材的制备方法，其特征在于：
所述无规则聚丙烯改性，将纳米硫酸钡均匀分散在乙醇溶液中，加入丙烯酸混合，83-90℃下加热0.8-1.5h，然后3-6min内加入过硫酸钠、18-25min内匀速加入无规则聚丙烯，加入完毕后在185-195℃下加热1-2h，得到初步改性无规则聚丙烯；
将超声后混合液和初步改性无规则聚丙烯加热至190-200℃下混合得到混合物，将混合物在205-215℃下挤出造粒，得到改性无规则聚丙烯颗粒。
6.根据权利要求5所述的一种改性沥青卷材的制备方法，其特征在于：
所述乙醇溶液质量浓度为90-97%；
所述初步改性无规则聚丙烯按质量份计，包括以下组分：纳米硫酸钡2.5-3.5份、乙醇溶液4.5-5.5份、丙烯酸0.5-1.5份、过硫酸钠0.5-1.5份、聚丙烯1.5-2.5份、无规则聚丙烯75-85份；
所述超声后混合液与初步改性无规则聚丙烯质量比为2-3:1。
7.根据权利要求2所述的一种改性沥青卷材的制备方法，其特征在于：
所述制备无规则聚丙烯改性沥青包括混合基质沥青、制备改性沥青；
所述混合基质沥青，将岩页沥青破碎至粒径为4-6mm，在175-185℃下脱水，至含水量为4.5-5.5%，然后在175-185℃下以1300-1600r/min的剪切速度剪切磨碎；
石油沥青加热至175-185℃软化，然后经过50-80目网过滤除去杂质，将石油沥青与岩页沥青在175-185℃下胶合为沥青混合料，胶合时间15-25min；
所述沥青混合料按质量份计，包括以下组分：石油沥青1-3份、岩页沥青1-3份。
8.根据权利要求7所述的一种改性沥青卷材的制备方法，其特征在于：
所述制备改性沥青，将沥青混合料升温至155-165℃加入10#芳烃油，然后继续升温至175-185℃，加入改性无规则聚丙烯颗粒搅拌均匀后研磨45-55min，然后再将微晶石蜡、纳米氧化钴、过氧化二异丙苯加入再研磨45-55min，保持175-185℃温度25-35min得到改性沥青。
9.根据权利要求8所述的一种改性沥青卷材的制备方法，其特征在于：
所述改性沥青按质量份计，包括以下组分：沥青混合料45-55份、10#芳烃油6-8份、改性无规则聚丙烯颗粒3-5份、微晶石蜡1.5-2.5份、纳米氧化钴1.5-2.5份、过氧化二异丙苯0.5-1.5份。
10.根据权利要求2所述的一种改性沥青卷材的制备方法，其特征在于：
所述制备卷材，将聚酯胎胎基层浸渍改性沥青，使其两面均匀附着改性沥青，得到两面有改性沥青层的胎基层，将两面有改性沥青层的胎基层上下表面涂覆保护隔离膜，得到上下隔离层，冷却成型得到改性沥青防水卷材。
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