CN114456612B - 一种改性沥青及其制备方法与改性沥青防水卷材 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及防水材料领域，具体公开了一种改性沥青及其制备方法与改性沥青防水卷材。一种改性沥青包括以下重量份原料：沥青基质70‑115份、苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物4‑10份、苯乙烯‑异戊二烯‑苯乙烯嵌段共聚物10‑25份、丁苯橡胶8‑20份、环氧树脂5‑20份、无机填料8‑28份、交联剂2‑6份，本申请制得改性沥青有较低的针入度与较高的软化点。本申请的改性沥青可用于防水卷材，其制得的防水卷材有优异的高低温性能。

Description

一种改性沥青及其制备方法与改性沥青防水卷材
技术领域
本申请涉及防水材料领域，更具体地说，它涉及一种改性沥青及其制备方法与改性沥青防水卷材。
背景技术
防水卷材主要是用于建筑墙体、屋面、以及隧道、公路、垃圾填埋场等处，起到抵御外界雨水、地下水渗漏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。
改性沥青防水卷材是以改性沥青引为侵渍覆盖层，以聚酯纤维无纺布、黄麻布、玻纤毡等分别制作为胎基，以塑料薄膜为防粘隔离层，经选材、配料、共熔、侵渍、复合成型、卷曲等工序加工制作的防水材料。
目前市面上应用最广泛的改性沥青为SBS改性沥青，沥青层中主要原料除沥青外，采用较多量的SBS作为基本组分，其含量约为10％左右，该种卷材在耐热性方面，100℃左右胎基不燃、沥青无流淌、低落现象；低温柔性方面，在-25℃左右保持低温柔性。
针对上述相关技术，申请人认为，在我国北方一些地区，冬季温度可以达到零下30℃甚至更低，在这种环境中防水卷材容易脆裂，无法达到低温柔性要求，严重影响建筑的防水要求。
发明内容
为了提高防水卷材的低温柔性，本申请提供一种改性沥青及其制备方法与改性沥青防水卷材。
第一方面，本申请提供一种改性沥青，采用如下的技术方案：
一种改性沥青，其包括以下重量份原料：沥青基质70-115份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物4-10份、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物10-25份、丁苯橡胶8-20份、环氧树脂5-20份、无机填料8-28份、交联剂2-6份。
通过采用上述技术方案，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)是苯乙烯与丁二烯的共聚物，丁苯橡胶(SBR)是聚苯乙烯与丁二烯混合物，将SBS与SBR配合作为沥青的改性剂，SSB与SBR能吸收沥青中的轻组分而溶胀，相互间能形成空间网络交联结构，可以增加沥青的撕裂强度，柔韧性，耐弯折，不容易断裂，从而防止卷材开裂，在一定程度上提高防水卷材的高温性能与低温柔性；但是热老化时，SBS与SBR中长分子链断裂，空间网络结构被破坏，内聚力下降；SBR中使得防水卷材在低温尤其是温度低于零下25℃后之后容易发生折断。苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)是苯乙烯与异戊二烯的聚合物，SIS既有聚苯乙烯塑料的热塑性和溶解性，又有聚异戊二烯橡胶的回弹性和柔韧性，模量低，溶液黏度和熔融黏度小，具有很好的内聚力和黏附性能，与SBS、SBR复配作为改性剂，充分利用了聚苯乙烯、聚丁二烯、聚异戊二烯的性能，提高了防水卷材的低温性能。
另外，这是因为环氧树脂和交联剂通过交联反应分散在沥青内部形成交联的三维网状体系，其固化物是热固性材料，具有较好的热稳定性，可以提高改性沥青材料的软化点和稠度，降低针入度，进一步防水卷材的耐高温性能与低温性能。
优选的，其包括以下重量份原料：沥青基质80-100份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物5-8份、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物15-20份、丁苯橡胶10-15份、环氧树脂8-15份、无机填料10-25份、交联剂3-5份。
通过采用上述技术方案，进一步优化原料配比，提高改性沥青的整体性能，有利于提高防水卷材的整体性能。
优选的，所述苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物中二嵌段含量为65-71％。
通过采用上述技术方案，SIS结构中的苯乙烯为硬段，表现为塑胶的热塑性，异戊二烯为软段，表现为橡胶的高弹性；将苯乙烯段的含量限定在一个较高的水平，使得SIS与沥青的相容性更好，进一步提高沥青的软化点，降低沥青的针入度，从而提高制得的防水卷材的耐高温性能与低温性能。
优选的，所述沥青基质包括10#沥青，10#沥青占沥青基质的重量百分比为6-8％。
通过采用上述技术方案，10#沥青与70#、90#或100#沥青等相比，明显胶质含量不足、沥青质含量丰富，在本申请限定的10#沥青的添加范围内，可以提高改性沥青的软化点，降低改性沥青的针入度，从而使得制得的的防水卷材的耐高温性能与低温柔性更优。
优选的，所述无机填料为重量比为(3-5)：1的蒙脱土与滑石粉。
通过采用上述技术方案，滑石粉可以增加沥青的厚度与溶度，防止沥青流淌；蒙脱土的刚性片层在SBS、SBR、SIS的交联网络中产生一定的空间位阻，阻碍应SBS、SBR、SIS分子链聚集而产生的离析，提高SBS、SBR、SIS与沥青基质混合物的高温稳定性、温度敏感性，提高改性沥青的软化点，降低改性沥青的针入度，从而提升防水卷材的高低温性能。
优选的，其还包括5-15重量份的C9石油树脂。
通过采用上述技术方案，C9石油树脂是石油分馏的产品，C9石油树脂与沥青基质有较好的相容性，另外，C9石油树脂含有大量的不饱和键和芳香烃，与SBS、SBR、SIS具有较好的相容性，加入C9石油树脂后，提高了SBS、SBR、SIS与沥青基质的相容性，促进了SBS、SBR、SIS与沥青基质产生的交联作用，使得更多的SBS、SBR、SIS与沥青基质相交联产生三维网状结构，从而增加了抗低温开裂性能；另外，C9石油树脂具有高软化点，增加了沥青在高温下弹性成分，从而提高了沥青抗永久变形及变形恢复能力。
第二方面，本申请提供一种改性沥青的制备方法，采用如下的技术方案：
一种改性沥青的制备方法，以下步骤：
1)将沥青基质熔融，得到熔融沥青；
2)将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丁苯橡胶、环氧树脂加入到熔融沥青中，在180-200℃中混合均匀，得到第一混合物；
3)保持温度不变，将交联剂加入到第一混合物中混合均匀，得到第二混合物；
4)保持温度不变，向第二混合物中加入无机填料混合均匀，得到改性沥青。
优选的，在所述步骤2)中随其他原料加入C9石油树脂。
通过采用上述技术方案，改性沥青的制备方法简单，对加工设备没有特殊要求，适合工业化生产。
第三方面，本申请提供一种改性沥青防水卷材，采用如下的技术方案：
一种改性沥青防水卷材，包括隔离层膜、沥青层、胎基层，所述沥青层由权利要求1-7任一所述的改性沥青制得。
通过采用上述技术方案：
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用SBS、SIS、SBR复配作为沥青改性剂，并与环氧树脂配合，降低改性沥青的针入度，提高改性沥青的软化点，改性沥青的针入度可以达到36.9-45.5/0.1mm，软化点可以达到80.2-85.6℃。
2、本申请中制得的防水卷材，有优异的高低温性能，耐热性可以达到128-147℃，低温柔性可以达到(-60)-(-45)℃。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
原料
本申请实施例原料均可用过市售获得；
蒙脱土与滑石粉的粒径为100目。
实施例
实施例1-5
一种改性沥青，其制备方法为：
1)按表1原料配比表，将90#沥青作为沥青基质在200℃下进行熔融，得到熔融沥青；
2)按表1原料配比表，将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丁苯橡胶、环氧树脂加入到熔融沥青中，在200℃中持续搅拌1.5h，得到第一混合物；
3)保持温度不变，按表1原料配比表，将二甲基丙烯酸乙二醇酯交联剂加入到第一混合物中持续搅拌2.5h，得到第二混合物；
4)保持温度不变，按表1原料配比表，向第二混合物中加入无机填料混合均匀，得到改性沥青。
表1实施例1-5原料配比表(kg)
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
沥青基质 70 80 90 100 110
SBS 10 8 6 5 4
SIS 10 15 18 20 25
SBR 20 15 12 10 8
环氧树脂 5 8 10 15 20
无机填料 28 25 12 10 8
交联剂 2 3 4 5 6
其中无机填料为滑石粉，环氧树脂为水性环氧树脂，SIS中二嵌段含量为65％，SBS与SIS为线性结构。
实施例6
与实施例3不同的是，实施例6中SIS中二嵌段含量为71％。
实施例7
与实施例3不同的是，实施例7中SIS中二嵌段含量为60％。
实施例8
与实施例3不同的是，实施例8中SIS中二嵌段含量为75％。
实施例9-12
与实施例3不同的是，实施例9-12中沥青基质的不同，详见表2。
表2实施例3与实施例9-12中沥青基质配比表(kg)
实施例3 实施例9 实施例10 实施例11 实施例12
10#沥青 0 4.5 5.4 7.2 8.1
90#沥青 90 85.5 84.6 82.8 81.9
实施例13-15
与实施例10不同的是，实施例13-15中无机填料的不同，详见表3。
表3实施例10与实施例13-15中无机填料配比表(kg)
实施例10 实施例13 实施例14 实施例15
滑石粉 12 0 3 2
蒙脱土 0 12 9 10
其中蒙脱土为无机蒙脱土。
实施例16
与实施例15不同的是，实施例16中蒙脱土为有机蒙脱土。
实施例17
与实施例16不同的是，实施例17中的原料中还包括5kgC9石油树脂，其在步骤2)中随其他原料一起加入。
实施例18-19
与实施例17不同的是，实施例18-19中C9石油树脂的含量分别为10kg、15kg。
对比例
对比例1
与实施例1不同的是，对比例1中用等量SBS替换SBR与SIS。
对比例2
与实施例1不同的是，对比例2中用等量SBS替换SBR。
对比例3
与实施例1不同的是，对比例3中用等量SBS替换SIS。
对比例4
与实施例1不同的是，对比例4中用等量SBS替换环氧树脂。
性能检测试验
检测方法
针入度检测：按《沥青针入度测定方法》GB/T4509-2010对实施例1-19与对比例1-4中的改性沥青进行检测，检测结果见表4。
软化点检测：按《沥青软化点测定法环球法》GB/T 4507—2014对实施例1-19与对比例1-4中的改性沥青进行检测，检测结果见表4。
表4性能检测结果
Figure GDA0004073913430000061
Figure GDA0004073913430000071
结合实施例1-19与对比例1-4，并结合表4可以看出，实施例1-19中改性沥青的针入度低于对比例1-4、软化点高于对比例1-4，这说明本申请制得的改性沥青的综合性能更好。
结合实施例1与对比例1-3，并结合表4可以看出，对比例1中用单一SBS作为沥青改性剂，对比例2-3中用SBS分别为SBR或SIS复配作为沥青改性剂，虽然沥青改性剂总量不变，但对比例1-3中制得的改性沥青的针入度高于实施例1，软化点低于实施例1，这可能是因为三种沥青改性剂复配，使得聚苯乙烯、聚丁二烯、聚异戊二烯的性能充分结合互补，降低了改性沥青针入度，提高软化点。
结合实施例1与对比例4，并结合表4可以看出，对比例4中不含环氧树脂，则对比例4中的改性沥青的针入度低于实施例1，软化点高于实施例1，这可能是因为因为环氧树脂和交联剂通过交联反应分散在沥青内部形成交联的三维网状体系，其固化物是热固性材料，具有较好的热稳定性，可以提高改性沥青材料的软化点和稠度，降低针入度。
结合实施例3与实施例6-8，并结合表4可以看出，SIS中二嵌段的含量对沥青的性能有一定的影响，这可能是因为SIS结构中的苯乙烯为硬段，表现为塑胶的热塑性，异戊二烯为软段，表现为橡胶的高弹性；将苯乙烯段的含量限定在一个较高的水平，使得SIS与沥青的相容性更好，提高沥青的软化点，降低沥青的针入度；但是本乙烯段含量过高，这种作用会减弱，因此将SIS中苯乙烯段的含量限定在本申请范围内，可以达到更优的效果。
结合实施例3与实施例9-12，并结合表4可以看出，10#沥青的加入会影响改性沥青的性能，将10#沥青的添加量限定在本申请范围内，可以使得改性沥青的针入度与软化点达到更优的效果，提升改性沥青整体性能。
结合实施例15与16，并结合表4可以看出，有机蒙脱土相对无机蒙脱土而言，可以进一步提升改性沥青的整体性能，这可能是因为有机蒙脱土与沥青基质之间的界面效应更好。
结合实施例16-19，并结合表4可以看出，C9石油树脂的加入对优化改性沥青的整体性能，这可能是因为，C9石油树脂的加入，提高了沥青改性剂与沥青基质的相容性，促进了交联作用。
应用例
应用例1
一种改性沥青防水卷材，包括隔离层膜、沥青层、胎基层，其制备方法为：
将实施例3中的改性沥青于200℃条件下，涂盖在浸渍挤干的聚酯胎基层的上、下表面上，在胎基层上形成沥青层，然后再覆面聚乙烯膜作为隔离层，冷却定型、收卷，制得改性沥青防水卷材。
应用例2-5
与应用例1不同的是，应用例2-5中的改性沥青分别来自于实施例10、实施例15、实施例16、实施例18。
对比应用例
对比应用例1-4
与应用例1不同的是，对比应用例1-4中的改性沥青分别来自于对比例1-4。
性能检测试验
检测方法
按照《弹性体改性沥青防水卷材》GB 18242—2008中的方法对应用例1-5以及对比应用例1-4中的防水卷材的低温柔性、耐热性进行检测，检测结果见表5。
表5性能检测结果
耐热性/℃ 低温柔性/℃
应用例1 128 -45
应用例2 135 -49
应用例3 139 -54
应用例4 143 -58
应用例5 147 -60
对比应用例1 105 -25
对比应用例2 108 -32
对比应用例3 112 -36
对比应用例4 118 -39
结合应用例1与对比应用例1-4，并结合表5可以看出，应用例1-5中的防水卷材的高温性能与低温性能均优于对比应用例1-4，这说明使用本申请制得的改性沥青制备的防水卷材的高低温性能更优，这可能是因为本申请制得的改性沥青的针入度更低，软化点更高，使得制得的防水卷材的低温柔性、耐高温性更优。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种改性沥青，其特征在于，其包括以下重量份原料：沥青基质70-115份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物4-10份、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物10-25份、丁苯橡胶8-20份、环氧树脂5-20份、无机填料8-28份、交联剂2-6份；
所述苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物中二嵌段含量为65-71%；
其还包括5-15重量份的C9石油树脂；
所述沥青基质包括10#沥青，10#沥青占沥青基质的重量百分比为6-8%；
所述无机填料为重量比为（3-5）：1的蒙脱土与滑石粉。
2.根据权利要求1所述的一种改性沥青，其特征在于：其包括以下重量份原料：沥青基质80-100份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物5-8份、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物15-20份、丁苯橡胶10-15份、环氧树脂8-15份、无机填料10-25份、交联剂3-5份。
3.一种权利要求1-2任一所述改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将沥青基质熔融，得到熔融沥青；
2）将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丁苯橡胶、环氧树脂加入到熔融沥青中，在180-200℃中混合均匀，得到第一混合物；
3）保持温度不变，将交联剂加入到第一混合物中混合均匀，得到第二混合物；
4）保持温度不变，向第二混合物中加入无机填料混合均匀，得到改性沥青。
4.根据权利要求3所述一种改性沥青的制备方法，其特征在于：在所述步骤2）中随其他原料加入C9石油树脂。
5.一种改性沥青防水卷材，包括隔离层膜、沥青层、胎基层，其特征在于：所述沥青层由权利要求1-2任一所述的改性沥青制得。
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