CN115958859A - 一种高性能高分子防水卷材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于防水卷材制备领域，公开了一种高性能高分子防水卷材及其制备方法。该防水卷材包括依次设置的防水层、粘结层和防粘层；防水层包括以下组分：高密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、聚乙烯、热塑性聚酰亚胺、硫磺硫化体系助剂、纳米颗粒、钛白粒和分散剂。本发明提高了防水卷材的强度、韧性以及耐热性，避免了在实际施工使用中因外界环境问题而导致的卷材破损，使得出现卷材防水效果很差的情况，提升了影响产品的质量，也扩大了高分子防水卷材的实际适用范围。

Description

一种高性能高分子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领域，更具体地，涉及一种高性能高分子防水卷材及其制备方法。

背景技术

高分子防水卷材是以聚乙烯树脂(PE)为原材料制备而成的一种新型环保建筑材料。因为高分子材料的使用温度高、隔绝性好和环保等优点，而且加工比较简单、安全环保，所以高分子材料在防水卷材领域中被广泛应用。高分子防水卷材主要是用于建筑物结构如屋面、地下、隧道、公路、垃圾填埋场等领域的防水、防渗、防漏。但是，由于现有高分子材料，如PE材料，本身的性质缺陷导致防水卷材具有韧性较低、硬度低、耐环境应力开裂、抗紫外性能差、易被植物根系刺穿和易腐蚀等缺点，这些缺陷就导致了现有的高分子防水卷材在实际使用中容易因为外界环境影响到其本身的防水效果。限制了高分子防水卷材的应用范围，影响了产品的使用和推广。

因此，目前亟待提出一种新的高性能高分子防水卷材及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种高性能高分子防水卷材及其制备方法。本发明提高了防水卷材的强度、韧性以及耐热性，避免了在实际施工使用中因外界环境问题而导致的卷材破损，使得出现卷材防水效果很差的情况，提升了影响产品的质量，也扩大了高分子防水卷材的实际适用范围。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种高性能高分子防水卷材，该防水卷材包括依次设置的防水层、粘结层和防粘层；

所述防水层包括以下组分：高密度聚乙烯(HDPE)、茂金属聚乙烯(mPE)、聚乙烯(pp)、热塑性聚酰亚胺(TPI)、硫磺硫化体系助剂、纳米颗粒、钛白粒和分散剂。

根据本发明，优选地，所述防水层包括以重量份计的以下组分：高密度聚乙烯60-70份、茂金属聚乙烯10-30份、聚乙烯10-30份、热塑性聚酰亚胺8-20份、硫磺硫化体系助剂0.5-5份、纳米颗粒1-10份、钛白粒1-2份和分散剂1-2份；进一步优选地，所述防水层包括以重量份计的以下组分：高密度聚乙烯60-70份、茂金属聚乙烯10-30份、聚乙烯10-30份、热塑性聚酰亚胺14-16份、硫磺硫化体系助剂0.5-5份、纳米颗粒3-5份、钛白粒1-2份和分散剂1-2份。

根据本发明，优选地，所述硫磺硫化体系助剂包括以重量份计的以下组分：硫磺硫化剂1-2份、促进剂0.5-1份和抗氧剂0.5-1份。

根据本发明，优选地，所述硫磺硫化剂为纯度为99％以上的硫磺颗粒。

根据本发明，优选地，所述促进剂为ZnO和/或N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺。

根据本发明，优选地，所述抗氧剂为四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸]季戊醇酯。

根据本发明，优选地，所述纳米颗粒为纳米碳酸钙和/或有机蒙脱土。

根据本发明，优选地，所述粘结层的材料为热熔胶。

根据本发明，优选地，所述防粘层的材料为机制砂和/或莫来砂。

根据本发明，优选地，所述防水层通过包括如下步骤的方法制得：

S1：将所述热塑性聚酰亚胺、硫磺硫化体系助剂和纳米颗粒经开炼共混、挤出和造粒，得到共混物；

S2：将所述共混物、高密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、聚乙烯、钛白粒和分散剂进行熔融共混挤出，得到所述防水层。

根据本发明，优选地，步骤S1在开炼机中进行；所述开炼共混的温度为65-75℃。

根据本发明，优选地，步骤S2在二次双螺杆挤出机中进行；所述熔融共混挤出的温度为50-75℃，螺杆转速为150-250rpm，挤出温度为180-220℃。

本发明第二方面提供了所述的高性能高分子防水卷材的制备方法，该方法包括如下步骤：

S1：将所述热塑性聚酰亚胺、硫磺硫化体系助剂和纳米颗粒经开炼共混、挤出和造粒，得到共混物；

S2：将所述共混物、高密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、聚乙烯、钛白粒和分散剂进行熔融共混挤出，得到所述防水层；

S3：将所述防水层进行冷却定型处理，并在经所述冷却定型处理的防水层上依次覆盖所述粘结层和防粘层，切边收卷，得到所述高性能高分子防水卷材。

根据本发明，优选地，步骤S1在开炼机中进行；所述开炼共混的温度为65-75℃。

根据本发明，优选地，步骤S2在二次双螺杆挤出机中进行；所述熔融共混挤出的温度为50-75℃，螺杆转速为150-250rpm，挤出温度为180-220℃。

根据本发明，优选地，所述冷却定型处理的温度为35-60℃。

本发明的技术方案的有益效果如下：

(1)本发明解决了现有的高分子防水卷材韧性不够高、强度低、不耐高温的问题，本发明加入热塑性聚酰亚胺做增韧剂，能够显著提升防水卷材的韧性和强度。但对于热塑性聚酰亚胺而言，在其未被硫化前，是一种结晶型的热塑性塑料，与PE共混后的增韧增强效果有限，但是当其被低度硫化后，整体交联度升高，热塑性聚酰亚胺便不再结晶，而是成为一种弹性体，低度硫化后的热塑性聚酰亚胺加入PE体系后形成的PE/热塑性聚酰亚胺共混材料相较于单独的PE体系韧性与强度有较大提升。

(2)本发明在PE体系中加入硫化热塑性聚酰亚胺后，虽然对于其韧性与强度有较大提升，但是却降低了PE材料本身的拉伸强度和刚性。因此，本发明向体系加入纳米颗粒可大幅度减少在PE中因加入硫化热塑性聚酰亚胺引起的拉伸强度和刚性的下降幅度，且纳米颗粒的加入也可以使整个体系的耐热性增加。

(3)本发明在PE体系中加入纳米颗粒材料后，纳米颗粒容易与PE基体共混时发生团聚现象，所以本发明先将纳米颗粒材料与热塑性聚酰亚胺、硫磺硫化体系助剂经过开炼共混后再添加在PE体系中，相较于直接将热塑性聚酰亚胺硫化后与纳米颗粒、聚乙烯、PE体系进行熔融共混挤出，能够使其在共混物中分散的更加均匀，更好的改善共混材料的综合性能。

(3)本发明在PE体系中添加一定量的聚乙烯橡胶，可以使得整个体系的耐酸、碱环境腐蚀的能力得到提升。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

以下实施例中：

所述高密度聚乙烯(HDPE)：牌号为DGDB2480，山东齐鲁石化公司；

所述茂金属聚乙烯(mPE)：牌号为3518CB，埃克森美孚公司；

所述聚乙烯(pp)：牌号为K8003，茂名石化公司；

所述热塑性聚酰亚胺(TPI)：青岛第派新材有限公司；

所述硫磺硫化剂：牌号为IS-7020，广州市力大橡胶原料贸易有限公司；

所述促进剂：型号为促进剂DM，石家庄晟鹏化工有限公司；

所述抗氧剂：牌号为1010，临沂市三丰化工有限公司；

所述纳米碳酸钙(Nano-CaCO₃)：牌号为MJ-NM90，苏州明匠精细化工有限公司；所述有机蒙脱土(OMMT)：牌号为DK4，浙江丰虹新材料股份有限公司；

所述钛白粒：型号为钛白粉粒-7000RGF纯白-宁波色母-PE-色号10007，宁波色母股份有限公司；

所述分散剂：牌号为EBS，淄博南韩化工有限公司。

实施例1-5和对比例1-3

实施例1-5和对比例1-3分别提供了一种高性能高分子防水卷材，防水卷材包括依次设置的防水层、粘结层和防粘层；

所述粘结层的材料为热熔胶；

所述防粘层的材料为机制砂；

实施例1-5和对比例1-3的防水层的配方如表1所示。

表1

上述高性能高分子防水卷材的制备方法包括如下步骤：

S1：一次开炼机共混造粒：将所述热塑性聚酰亚胺、硫磺硫化体系助剂和纳米颗粒在开炼机中经开炼共混(温度为70℃)、挤出和造粒，得到共混物；

S2：二次双螺杆挤出机混料：将所述共混物、高密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、聚乙烯、钛白粒和分散剂在搅拌斗，于50℃下搅拌30分钟，得到混合料；将混合料经双螺杆挤出机的螺杆段分段加热后塑化，所述螺杆段分为10段，各区温度从1段到10段依次为50℃、180℃、190℃、190℃、190℃、190℃、190℃、195℃、195℃、195℃，螺杆转速为200rpm；将塑化后的混合料经所述双螺杆挤出机的挤出段挤出到模具中，挤出段的温度设定为200℃，得到所述防水层；

S3：将所述防水层牵引至成型辊，成型辊有3辊压光和冷却辊，下辊的温度设定为35℃，中辊的温度设定为60℃，上辊的温度设定为45℃，冷却辊的温度设定为35℃，完成冷却定型处理；在经所述冷却定型处理后的防水层上进行涂胶洒砂操作，其胶为防水用热熔胶，砂为机制砂，并按照所需规格，较准宽度，启动切边机进行切边，然后设定计米器，计长收卷，得到所述高性能高分子防水卷材。

将实施例1-5和对比例1-3中制得的防水卷材，在相同测试条件下进行测试，测试结果如下表2所示：

表2

其中，“拉不断”是指防水卷材在夹具中的滑移超过规定的极限值依然未曾断裂。

由表2可知：

(1)从实施例1-5对比可知，纳米颗粒的使用量增加会使得体系的延伸性能(断裂伸长率)增加但突破一个值后，尽管也增加了分散剂的使用，但是防水卷材还是出现结团现象，导致性能较低。可知，纳米颗粒太多会造成其在体系中分散不均匀，从而会出现结团现象。如：实施例3使用了10份的纳米颗粒，尽管也增加了分散剂的使用，但是防水卷材还是出现结团现象，导致性能较低。

(2)从实施例1与实施例4的对比、实施例2与实施例5的对比可以看出，TPI的用量的增加会使得体系的拉伸强度有所上升。

(3)从实施例2与对比例2的对比可以看出：“在整个PE/PP体系中加入步骤S1的共混物”相比“单纯的PE/PP体系”，在强度韧性(拉伸强度以及钉杆撕裂强度、抗穿刺强度)以及耐热性(尺寸变化率)方面都有较大提升。

(4)从对比例1可以看出：“未硫化的TPI与PE/PP进行共混材料”，虽然对于体系的强度韧性(拉伸强度以及钉杆撕裂强度、抗穿刺强度)以及耐热性(尺寸变化率)都有提升，但是提升不明显，只是微乎其微的改变。

(5)从实施例2与对比例2和对比例3的对比可以看出：在PE/PP/TPI体系中加入纳米颗粒形成的复合材料相对于不加，体系的耐热性变好。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种高性能高分子防水卷材，其特征在于，该防水卷材包括依次设置的防水层、粘结层和防粘层；

所述防水层包括以下组分：高密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、聚乙烯、热塑性聚酰亚胺、硫磺硫化体系助剂、纳米颗粒、钛白粒和分散剂。

2.根据权利要求1所述的高性能高分子防水卷材，其中，所述防水层包括以重量份计的以下组分：高密度聚乙烯60-70份、茂金属聚乙烯10-30份、聚乙烯10-30份、热塑性聚酰亚胺8-20份、硫磺硫化体系助剂0.5-5份、纳米颗粒1-10份、钛白粒1-2份和分散剂1-2份；

优选地，所述防水层包括以重量份计的以下组分：高密度聚乙烯60-70份、茂金属聚乙烯10-30份、聚乙烯10-30份、热塑性聚酰亚胺14-16份、硫磺硫化体系助剂0.5-5份、纳米颗粒3-5份、钛白粒1-2份和分散剂1-2份。

3.根据权利要求1或2所述的高性能高分子防水卷材，其中，所述硫磺硫化体系助剂包括以重量份计的以下组分：硫磺硫化剂1-2份、促进剂0.5-1份和抗氧剂0.5-1份。

4.根据权利要求3所述的高性能高分子防水卷材，其中，

所述硫磺硫化剂为纯度为99％以上的硫磺颗粒；

所述促进剂为ZnO和/或N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺；

所述抗氧剂为四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸]季戊醇酯。

5.根据权利要求1或2所述的高性能高分子防水卷材，其中，所述纳米颗粒为纳米碳酸钙和/或有机蒙脱土。

6.根据权利要求1或2所述的高性能高分子防水卷材，其中，

所述粘结层的材料为热熔胶；

所述防粘层的材料为机制砂和/或莫来砂；

所述防水层通过包括如下步骤的方法制得：

S1：将所述热塑性聚酰亚胺、硫磺硫化体系助剂和纳米颗粒经开炼共混、挤出和造粒，得到共混物；

S2：将所述共混物、高密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、聚乙烯、钛白粒和分散剂进行熔融共混挤出，得到所述防水层。

7.根据权利要求6所述的高性能高分子防水卷材，其中，

步骤S1在开炼机中进行；所述开炼共混的温度为65-75℃；

步骤S2在二次双螺杆挤出机中进行；所述熔融共混挤出的温度为50-75℃，螺杆转速为150-250rpm，挤出温度为180-220℃。

8.权利要求1-7中任意一项所述的高性能高分子防水卷材的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1：将所述热塑性聚酰亚胺、硫磺硫化体系助剂和纳米颗粒经开炼共混、挤出和造粒，得到共混物；

S2：将所述共混物、高密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、聚乙烯、钛白粒和分散剂进行熔融共混挤出，得到所述防水层；

S3：将所述防水层进行冷却定型处理，并在经所述冷却定型处理的防水层上依次覆盖所述粘结层和防粘层，切边收卷，得到所述高性能高分子防水卷材。

9.根据权利要求8所述的高性能高分子防水卷材的制备方法，其中，

步骤S1在开炼机中进行；所述开炼共混的温度为65-75℃；

步骤S2在二次双螺杆挤出机中进行；所述熔融共混挤出的温度为50-75℃，螺杆转速为150-250rpm，挤出温度为180-220℃。

10.根据权利要求8所述的高性能高分子防水卷材的制备方法，其中，所述冷却定型处理的温度为35-60℃。