CN115012536B - 一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材 - Google Patents

一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材，属于防水材料技术领域，包括胎膜层、反应型热熔胶层和防粘隔离膜层，反应型热熔胶层覆设在所述胎膜层的表面上，防粘隔离膜层覆设在反应型热熔胶层的另一表面上。本发明的防水卷材以改性聚乙烯膜作为胎膜层，以反应型热熔胶层作为粘结层；聚乙烯膜经过改性处理后，在聚乙烯分子链上引入了柔性的‑Si‑O‑Si‑链段，能够提升聚乙烯的柔韧性，提高聚乙烯膜表面的疏水性能；反应型热熔胶层中以SIS作为基体，通过改性氧化是石墨烯的掺入，提升耐腐蚀和防水性能；本发明获得的高分子防水卷材不仅具备优良的防水效果，而且柔韧性高、具备抗腐蚀性能，具有更广泛的使用范围。

Description

一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材
技术领域
本发明属于防水材料技术领域，具体地，涉及一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材。
背景技术
防水卷材是指将沥青类或高分子类防水材料浸渍在载体上，制作成的防水材料产品，以卷材形式提供，称为防水卷材。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。
目前,市场上高分子自粘防水卷材的自粘层大多为改性沥青自粘层,其在粘接卷材与混凝土基面方面主要依靠物理吸附(粘接可逆),故其粘接不够牢固；同时沥青的耐候性和耐久性较差，致使卷材与混凝土基面易出现粘接失效，进而导致窜水、漏水等现象发生。因此，要提高自粘防水卷材的防水性能，自粘层应具有与混凝土基面发生化学交联的功能；同时应采用非沥青基料，以提高自粘防水卷材的耐候性、耐久性。
申请号为CN201010191736.3的中国发明专利公开了一种反应型高分子防水卷材，该防水卷材包括包括胎膜层、反应型复合胶层和防粘隔离膜层，反应型复合胶层覆设在胎膜层的表面上，而防粘隔离膜层覆设在反应型复合胶层的另一表面上；所述的反应型复合胶按重量百分比包括：SIS型热熔胶85.0%-92.0%、滑石粉3.0%-5.0%、复合矿粉2.0%-3.5%、气相二氧化硅1.0%-2.5%、硅烷偶联剂0.5%-2.0%、纳米碳酸钙0.5%-2.0%。本防水卷材在施工中能够与现浇的混凝土基体发生化学交联并一同固化，从根本上杜绝“窜水”现象，此外还具有高强度、高韧性、耐老化和使用寿命长等优点。在该专利中，采用的胎膜层为常用的聚乙烯膜，在柔韧性方面有所欠缺，此外，复合胶中加入了过多的无机填料，会降低复合胶的柔韧性；获得的卷材在防水性能上仍能进一步提升。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材，包括胎膜层、反应型热熔胶层和防粘隔离膜层，所述的反应型热熔胶层覆设在所述胎膜层的表面上，所述的防粘隔离膜层覆设在所述反应型热熔胶层的另一表面上。
进一步地，所述防粘隔离膜层为聚乙烯薄膜或经硅油处理的牛皮纸。
进一步地，所述胎膜层为改性聚乙烯膜，所述胎膜层的厚度为0.8-1mm。
进一步地，改性聚乙烯膜通过如下步骤制备：
S1、将丙烯酸与二氯甲烷加入烧瓶中，再加入EDCI（1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，缩合剂），搅拌均匀后，加入1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，常温搅拌反应2h，旋转蒸发除去溶剂后，乙酸乙酯萃取，最后将产物于60℃真空干燥3h以上，获得改性剂；丙烯酸、二氯甲烷、EDCI和1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的用量比为0.1mol:300mL:18g:0.1mol；
丙烯酸上的-COOH与1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷分子上的-NH2具有较高的反应活性，在缩合剂作用下，常温下发生缩聚反应，制得改性剂，改性剂分子上含有C=C以及未参与反应的-NH2；通过控制丙烯酸与1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的摩尔比，使1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷分子上只有一端的-NH2与丙烯酸反应，获得目标产物，反应方程式如下所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
S2、将聚乙烯树脂放入80℃真空干燥箱中干燥6h去除水分；干燥完成后置于反应釜中，将DCP（过氧化二异丙苯）与改性剂混合后，在氮气保护下，滴入反应釜中，再加入抗氧剂1010，充分混合后置于130℃油浴锅中，边搅拌边升温到180℃，再继续反应10-12min，将产物放入平板硫化机上15MPa、140℃模压3min，制得改性聚乙烯；聚乙烯树脂、DCP、改性剂和抗氧剂1010的用量比为100g:0.2g:4-5g:0.1g；
S3、将改性聚乙烯、硅烷偶联剂与纳米碳化硅按照10:0.3:0.2的重量比投入双螺杆挤出机中，经熔融共混、挤压、吹塑成型，获得改性聚乙烯膜。
在DCP的引发作用下，改性剂分子上的C=C会受到其攻击，然后与聚乙烯树脂发生自由基聚合反应，使改性剂通过化学键合作用接枝于聚乙烯分子链上；从而在聚乙烯分子链上引入柔性的柔性-Si-O-Si-链段，柔性的-Si-O-Si-链段的存在更有利于分子链的微观运动变形，从而使得聚乙烯膜的延展性或韧性有明显的提高，从而提高胎膜层的柔性；此外，在成膜过程中硅氧烷链段会向膜表面迁移，不仅能增大膜表面的疏水性能，提高防水效果，而且使链端的-NH2迁移至膜表面，提高与热熔胶的结合力；
在熔融共混过程中，通过硅烷偶联剂的作用使纳米碳化硅颗粒均匀分散于聚乙烯膜层中，均匀分散的纳米碳化硅颗粒能够发挥无机纳米粒子对于聚乙烯膜的增韧增强效果，进一步提升胎膜层的柔性和力学强度。
进一步地，所述反应型热熔胶按重量份计包括如下组分：SIS型热熔胶60-70份、功能助剂3-4份、改性氧化石墨烯0.9-1.5份、气相二氧化硅0.8-1份；
所采用的SIS型热熔胶是一种与胎膜层（聚乙烯膜）有极强粘结力的柔韧性热熔胶。
进一步地，功能助剂为硅烷偶联剂；一部分硅烷偶联剂是起到表面活性剂的作用，促进无机粒子（气相二氧化硅）在热熔胶中的分散；另外一部分硅烷偶联剂能与水泥或混凝土（水化硅酸钙）中Si-OH基团上的羟基反应生成醚键，故混凝土表层与卷材表层形成了化学键(即两者能牢固粘接)，并能形成满粘结构，从而防止了漏水、窜水等现象，提高卷材的防水性能。
进一步地，改性氧化石墨烯通过如下步骤制备：
A1、将氧化石墨烯超声分散于N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，加入马来酸酐，升温至80℃，并于80℃恒温条件下回流反应3h，产物冷却至室温，抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤3次，最后置于60℃烘箱中干燥12h，获得预改性氧化石墨烯；氧化石墨烯、N，N-二甲基甲酰胺、马来酸酐的用量比为0.5g:100mL:15g；
氧化石墨烯上的酚羟基和羧基等供电子基团及层状的物理结构，能够与具有吸电子效应的马来酸酐小分子发生化学反应并且插入层间，获得预改性氧化石墨烯；
A2、将预改性氧化石墨烯分散于DMF中后，加入氯化亚砜，升温至60℃，超声下反应2h，抽滤、无水乙醇洗涤3次，最后置于60℃烘箱中干燥12h，获得改性氧化石墨烯；预改性氧化石墨烯、DMF和氯化亚砜的用量比为0.5g:100mL:6.5g；
预改性氧化石墨烯与氯化亚砜作用，表面引入的-COOH发生酰氯化作用，使羧基转化为酰氯基；
氧化石墨烯经过马来酸酐反应后，由于在其表面引入了有机分子链，故能提高其与SIS基体的相互作用，促进氧化石墨烯的分散，片层状的氧化石墨烯均匀分散于热熔胶内，能够形成水分子、氯离子等小分子腐蚀介质难以通过的致密隔绝层，进而提高热熔胶的防水效果和抗腐蚀性能；
此外，氧化石墨烯表面通过马来酸酐引入了酰氯基，分散于热熔胶中，将热熔胶涂覆于胎膜层表面时，酰氯基能够与胎膜层表面的-NH2基团发生化学作用，进而提高胎膜层与热熔胶层的相互作用力，提升卷材的耐剥离性能。
本发明的有益效果：
本发明的防水卷材以改性聚乙烯膜作为胎膜层，以反应型热熔胶层作为粘结层；聚乙烯膜经过改性处理后，在聚乙烯分子链上引入了柔性的-Si-O-Si-链段，能够提升聚乙烯的柔韧性，提高聚乙烯膜表面的疏水性能；反应型热熔胶层中以SIS作为基体，基体与胎膜层具有较强的粘结性能和柔韧性，并且通过改性氧化是石墨烯的掺入，能够均匀分散于热熔胶内，不仅形成水分子、氯离子等小分子腐蚀介质难以通过的致密隔绝层，提高热熔胶的防水效果和抗腐蚀性能，而且能够与胎膜层发生化学作用，进一步提高胎膜层与热熔胶层的相互作用力，提升卷材的耐剥离性能；此外，热熔胶中加入了功能助剂，功能助剂在固化过程中能够与水泥或混凝土表面发生化学作用，进而提高卷材的耐剥离以及防水性能；综上，本发明获得的高分子防水卷材不仅具备优良的防水效果，而且柔韧性高、具备抗腐蚀性能，具有更广泛的使用范围。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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
制备改性聚乙烯膜：
S1、将0.1mol丙烯酸与300mL二氯甲烷加入烧瓶中，再加入18g的EDCI（1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，缩合剂），搅拌均匀后，加入0.1mol的1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，常温搅拌反应2h，旋转蒸发除去溶剂后，乙酸乙酯萃取，最后将产物于60℃真空干燥3h以上，获得改性剂；
S2、将100g聚乙烯树脂放入80℃真空干燥箱中干燥6h去除水分；干燥完成后置于反应釜中，将0.2g的DCP（过氧化二异丙苯）与4g改性剂混合后，在氮气保护下，滴入反应釜中，再加入0.1g抗氧剂1010，充分混合后置于130℃油浴锅中，边搅拌边升温到180℃，再继续反应10min，将产物放入平板硫化机上15MPa、140℃模压3min，制得改性聚乙烯；
S3、将100g改性聚乙烯、3g硅烷偶联剂-KH560与2g纳米碳化硅投入双螺杆挤出机中，经熔融共混、挤压、吹塑成型，获得改性聚乙烯膜。
实施例2
制备改性聚乙烯膜：
S1、将0.1mol丙烯酸与300mL二氯甲烷加入烧瓶中，再加入18g的EDCI（1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，缩合剂），搅拌均匀后，加入0.1mol的1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，常温搅拌反应2h，旋转蒸发除去溶剂后，乙酸乙酯萃取，最后将产物于60℃真空干燥3h以上，获得改性剂；
S2、将100g聚乙烯树脂放入80℃真空干燥箱中干燥6h去除水分；干燥完成后置于反应釜中，将0.2g的DCP（过氧化二异丙苯）与5g改性剂混合后，在氮气保护下，滴入反应釜中，再加入0.1g抗氧剂1010，充分混合后置于130℃油浴锅中，边搅拌边升温到180℃，再继续反应12min，将产物放入平板硫化机上15MPa、140℃模压3min，制得改性聚乙烯；
S3、将100g改性聚乙烯、3g硅烷偶联剂-A151与2g纳米碳化硅投入双螺杆挤出机中，经熔融共混、挤压、吹塑成型，获得改性聚乙烯膜。
对比例1
将实施例1中的改性聚乙烯换成普通聚乙烯树脂，其余原料及制备过程不变。
实施例3
制备改性氧化石墨烯：
A1、将0.5g氧化石墨烯超声分散于100mL的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，加入15g马来酸酐，升温至80℃，并于80℃恒温条件下回流反应3h，产物冷却至室温，抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤3次，最后置于60℃烘箱中干燥12h，获得预改性氧化石墨烯；
A2、将0.5g预改性氧化石墨烯分散于100mL的DMF中后，加入6.5g氯化亚砜，升温至60℃，超声下反应2h，抽滤、无水乙醇洗涤3次，最后置于60℃烘箱中干燥12h，获得改性氧化石墨烯。
实施例4
制备改性氧化石墨烯：
A1、将1g氧化石墨烯超声分散于200mL的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，加入30g马来酸酐，升温至80℃，并于80℃恒温条件下回流反应3h，产物冷却至室温，抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤3次，最后置于60℃烘箱中干燥12h，获得预改性氧化石墨烯；
A2、将1g预改性氧化石墨烯分散于200mL的DMF中后，加入13g氯化亚砜，升温至60℃，超声下反应2h，抽滤、无水乙醇洗涤3次，最后置于60℃烘箱中干燥12h，获得改性氧化石墨烯。
实施例5
制备反应型热熔胶：
包括如下组分：SIS型热熔胶60g、硅烷偶联剂3g、实施例3制得的改性氧化石墨烯0.9g、气相二氧化硅0.8g；
将各组分混合均匀，获得反应型热熔胶。
实施例6
制备反应型热熔胶：
包括如下组分：SIS型热熔胶65g、硅烷偶联剂3.5g、实施例4制得的改性氧化石墨烯1.3g、气相二氧化硅0.9g；
将各组分混合均匀，获得反应型热熔胶。
实施例7
制备反应型热熔胶：
包括如下组分：SIS型热熔胶70g、硅烷偶联剂4g、实施例3制得的改性氧化石墨烯1.5g、气相二氧化硅1g；
将各组分混合均匀，获得反应型热熔胶。
对比例2
与实施例5相比，将改性氧化石墨烯原料换为普通氧化石墨烯，其余原料及制备过程不变，所获得的反应型热熔胶。
实施例8
一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材，包括胎膜层、反应型热熔胶层和防粘隔离膜层，实施例5获得的反应型热熔胶覆设在胎膜层的表面上，防粘隔离膜层覆设在反应型热熔胶层的另一表面上；
胎膜层为实施例1获得的改性聚乙烯膜，厚度为0.8mm；
防粘隔离膜层为聚乙烯薄膜。
实施例9
一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材，包括胎膜层、反应型热熔胶层和防粘隔离膜层，实施例6获得的反应型热熔胶覆设在胎膜层的表面上，防粘隔离膜层覆设在反应型热熔胶层的另一表面上；
胎膜层为实施例2获得的改性聚乙烯膜，厚度为0.9mm；
防粘隔离膜层为经硅油处理的牛皮纸。
实施例10
一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材，包括胎膜层、反应型热熔胶层和防粘隔离膜层，实施例7获得的反应型热熔胶覆设在胎膜层的表面上，防粘隔离膜层覆设在反应型热熔胶层的另一表面上；
胎膜层为实施例1获得的改性聚乙烯膜，厚度为1mm；
防粘隔离膜层为经硅油处理的牛皮纸。
对比例3
一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材，包括胎膜层、反应型热熔胶层和防粘隔离膜层，对比例2获得的反应型热熔胶覆设在胎膜层的表面上，防粘隔离膜层覆设在反应型热熔胶层的另一表面上；
胎膜层为实施例1获得的改性聚乙烯膜，厚度为0.8mm；
防粘隔离膜层为聚乙烯薄膜。
对比例4
一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材，包括胎膜层、反应型热熔胶层和防粘隔离膜层，实施例5获得的反应型热熔胶覆设在胎膜层的表面上，防粘隔离膜层覆设在反应型热熔胶层的另一表面上；
胎膜层为对比例1获得的改性聚乙烯膜，厚度为0.8mm；
防粘隔离膜层为聚乙烯薄膜。
对比例5
一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材，包括胎膜层、反应型热熔胶层和防粘隔离膜层，对比例2获得的反应型热熔胶覆设在胎膜层的表面上，防粘隔离膜层覆设在反应型热熔胶层的另一表面上；
胎膜层为对比例1获得的聚乙烯膜，厚度为0.8mm；
防粘隔离膜层为经硅油处理的牛皮纸。
对实施例8-10和对比例3-5获得的高分子防水卷材，进行性能测试，测试方法参考GB/T328-2007；
测得的结果如下表所示：
实施例8 实施例9 实施例10 对比例3 对比例4 对比例5
拉伸强度/MPa 60.5 62.9 61.2 56.9 50.6 35.7
断裂伸长率/% 660 645 650 590 520 388
抗撕裂强度/N·mm<sup>-1</sup> 78.9 80.2 79.6 70.3 61.5 45.2
透水性/0.5MPa，8h 不透水 不透水 不透水 轻微透水 轻微透水 透水
耐热性/100℃,2h 无移位、流淌和滴落 无移位、流淌和滴落 无移位、流淌和滴落 出现移位、流淌和滴落现象 出现移位、流淌和滴落现象 出现移位、流淌和滴落现象
由上表数据可知，本发明制得的高分子防水卷材具备优良的力学性能和防水性能；由对比例1和对比例2的数据可知，聚乙烯经过改性、热熔胶通过氧化石墨烯的加入都能提升卷材的力学性能和防水性能，且二者具有相互协同和促进作用，共同提升卷材的综合性能。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，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 (8)

1.一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材，其特征在于，包括胎膜层、反应型热熔胶层和防粘隔离膜层，所述的反应型热熔胶层覆设在所述胎膜层的表面上，所述的防粘隔离膜层覆设在所述反应型热熔胶层的另一表面上；
其中，所述胎膜层为改性聚乙烯膜，所述改性聚乙烯膜通过如下步骤制备：
S1、将丙烯酸与二氯甲烷加入烧瓶中，再加入EDCI，搅拌均匀后，加入1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，常温搅拌反应2h，旋转蒸发除去溶剂后，乙酸乙酯萃取，最后将产物于60℃真空干燥3h以上，获得改性剂；
S2、将聚乙烯树脂真空干燥后置于反应釜中，将DCP与改性剂混合后，在氮气保护下，滴入反应釜中，再加入抗氧剂1010，充分混合后置于130℃油浴锅中，边搅拌边升温到180℃，再继续反应10-12min，将产物放入平板硫化机上15MPa、140℃模压3min，制得改性聚乙烯；
S3、将改性聚乙烯、硅烷偶联剂与纳米碳化硅按照10:0.3:0.2的重量比投入双螺杆挤出机中，经熔融共混、挤压、吹塑成型，获得改性聚乙烯膜。
2.根据权利要求1所述的一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材，其特征在于，所述防粘隔离膜层为聚乙烯薄膜或经硅油处理的牛皮纸。
3.根据权利要求1所述的一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材，其特征在于，所述胎膜层的厚度为0.8-1mm。
4.根据权利要求1所述的一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材，其特征在于，步骤S1中丙烯酸、二氯甲烷、EDCI和1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的用量比为0.1mol:300mL:18g:0.1mol。
5.根据权利要求1所述的一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材，其特征在于，步骤S2中聚乙烯树脂、DCP、改性剂和抗氧剂1010的用量比为100g:0.2g:4-5g:0.1g。
6.根据权利要求1所述的一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材，其特征在于，所述反应型热熔胶按重量份计包括如下组分：SIS型热熔胶60-70份、功能助剂3-4份、改性氧化石墨烯0.9-1.5份、气相二氧化硅0.8-1份。
7.根据权利要求6所述的一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材，其特征在于，所述功能助剂为硅烷偶联剂。
8.根据权利要求6所述的一种固化反应型柔性防水抗腐蚀性高分子防水卷材，其特征在于，所述改性氧化石墨烯通过如下步骤制备：
A1、将氧化石墨烯超声分散于N,N-二甲基甲酰胺中，加入马来酸酐，升温至80℃，并于80℃恒温条件下回流反应3h，产物冷却至室温，抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤3次，最后置于60℃烘箱中干燥12h，获得预改性氧化石墨烯；
A2、将预改性氧化石墨烯分散于DMF中后，加入氯化亚砜，升温至60℃，超声下反应2h，抽滤、无水乙醇洗涤3次，最后置于60℃烘箱中干燥12h，获得改性氧化石墨烯。
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