CN116714327A - 一种屋面用节碳阻燃防水卷材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及防水卷材的技术领域，具体公开了一种屋面用节碳阻燃防水卷材及其制备方法。一种屋面用节碳阻燃防水卷材包括由上而下依次设置的保护层、胎基层和隔离层，所述胎基层的两侧均设置有沥青改性层，所述沥青改性层为沥青改性料，所述沥青改性料包括以下重量份数的原料：沥青40‑60份，SBS弹性体5‑10份，环烷油10‑20份，功能助剂1.6‑4.8份，所述功能助剂包括以下重量份数的原料：石墨烯0.1‑0.3份，芳烃油1‑3份，石英粉0.5‑1.5份；本申请的阻燃防水卷材可用于屋面防水工程，其具有防水、阻燃性好、耐拉伸性能好的优点。
Description
技术领域
本申请涉及防水卷材的技术领域，更具体地说，它涉及一种屋面用节碳阻燃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材料，是建筑工程防水材料中的重要品种之一，在屋面防水工程中，随着有关政策和《建筑与市政防水通用技术规范》强制性标准出台，防水系统工程也将面临改革，防水工作年限提到了新的高度，节能降耗、阻燃、耐久，施工便捷、便于维护等都是屋面用材料研究新方向。
目前，相关的高聚物改性沥青防水卷材通常包括保护材料层、改性沥青层、胎基布层和隔离层，改性沥青防水卷材用于屋面外露使用时，通常使用页岩面做保护材料，然而，页岩材料随风吹日晒，易发生脱落，使改性沥青层暴露在阳光下，并且由于改性沥青层基本是由易燃材料组成，使防水卷材在室外环境应用时吸收热量，从而容易导致防水卷材发生燃烧的情况。
发明内容
为了提高防水卷材的阻燃性，本申请提供一种屋面用节碳阻燃防水卷材及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种屋面用节碳阻燃防水卷材，采用如下的技术方案：一种屋面用节碳阻燃防水卷材，包括由上而下依次设置的保护层、胎基层和隔离层，所述胎基层的两侧均设置有沥青改性层，所述沥青改性层为沥青改性料组成，所述沥青改性料包括以下重量份数的原料：
沥青40-60份，
SBS弹性体5-10份，
环烷油10-20份，
功能助剂1.6-4.8份，
所述功能助剂包括以下重量份数的原料：
石墨烯0.1-0.3份，
芳烃油1-3份，
石英粉0.5-1.5份。
通过采用上述技术方案，环烷油与SBS弹性体与沥青具有良好的相容性，有利于SBS弹性体与沥青进行交联形成稳定的网状结构，增强了沥青改性层的结构稳定性、耐低温性、耐高温性和防水性能。
加入功能助剂能够有效提高防水卷材的阻燃性和耐拉伸性能，利用石墨烯的高导热系数、高熔点和稳定性，能够有效提升防水卷材的隔热性、耐久性和阻燃性，并且石墨烯内部的碳原子之间的连接非常柔韧，有利于保证防水卷材在屋面工程中应用的稳定性；但是石墨烯自身具有比表面积大，极易团聚的特点，使其在加工过程中分散性差。
功能助剂中加入芳烃油与石墨烯混合，形成油包粉的结构，芳烃油起到润滑剂的作用，芳烃油包裹在石墨烯表面，减少石墨烯出现团聚的情况，同时芳烃油的苯环结构与石墨烯的二维层状结构协同作用，进一步增强防水卷材的阻燃性和隔热性。
石英粉具有良好的机械性能和热学性能，能够起到的阻燃的作用。加入石英粉与石墨烯进行混合的过程中，一方面，石英粉起到研磨石墨烯的作用，使石墨烯的表面更加光滑，减少石墨烯的团聚，增强石墨烯的分散性；另一方面，由于石墨烯自身存在密度小、重量轻的特点，使石墨烯在分散过程中经常漂浮在分散体系的上表面，造成石墨烯在整个体系中的分散均匀度不佳，利用石墨烯的吸附性使芳烃油和石英粉包裹在其表面后，石英粉相对于石墨烯相比具有密度大和重量大的特点，使石墨烯能够在体系中均匀分散，不仅有助于沥青改性层的阻燃效果和耐久性，还增加了防水卷材的隔热性，减少沥青制品在阳光下容易出现吸收大量热量的情况，起到了节碳作用。
优选的，所述石墨烯的粒径为50-60微米。
通过采用上述技术方案，石墨烯的粒径在此范围内时能够有效增强防水卷材的阻燃性和结构稳定性，延长防水卷材的使用寿命，当石墨烯的粒径过小时，石墨烯的团聚效应更大，不利于石墨烯的分散，当石墨烯的粒径过大时，不利于石墨烯与改性沥青层中的其他原料结合，从而不利于延长防水卷材的阻燃性和耐久性。
优选的，所述石英粉的粒径为40-50微米。
通过采用上述技术方案，石英粉的粒径在范围内取值时，使石英粉与石墨烯混合时能充分发挥对石墨烯的研磨效果，同时借助石英粉密度大的特点，石英粉包裹在石墨烯表面后与其他沥青改性料混合时，克服了石墨烯漂浮性强的缺点，能够使石墨烯均匀分散整个体系中，进一步增强防水卷材的阻燃性和耐久性。
优选的，所述沥青改性料还包括滑石粉10-15份。
通过采用上述技术方案，滑石粉作为无机的耐高温填料，能够进一步增强防水卷材的阻燃性，另外，由于滑石粉具有吸附力强的优点，能够自动吸附部分环烷油，由于环烷油既有芳香烃的部分性质又具有直链烃的部分性质，环烷油进一步增强滑石粉与其他有机组分之间的相容性，在SBS弹性体对沥青进行交联改性的过程中，滑石粉一同被交联在改性沥青的网状结构中，增强改性沥青层的阻燃性能和拉伸强度。
优选的，所述沥青改性料还包括胶粉10-15份。
通过采用上述技术方案，胶粉的加入有利于改性沥青料形成更稳定的交联网状结构，同时增强改性沥青料与保护层、胎基层的粘结强度，减少保护层出现脱离的情况。
优选的，所述保护层为不锈钢膜或金属铝膜。
通过采用上述技术方案，不锈钢膜和金属铝膜作为保护层能够进一步增强与改性沥青层的结合强度，同时由于改性沥青料中的胶粉富含氨基酸，有利于提高金属铝膜的缓蚀性和隔热性，进一步延长保护层的使用寿命。
优选的，所述胎基层为聚酯胎基布。
通过采用上述技术方案，将改性沥青料涂覆在聚酯胎基布上，保证了防水卷材的拉伸性能，且改性沥青料与聚酯胎基布之间的由于相似相容原理具有良好的结合强度，进一步提高防水卷材的拉伸性能和阻燃性能。
第二方面，本申请提供一种屋面用节碳阻燃防水卷材的制备方法，采用如下的技术方案：
一种屋面用节碳阻燃防水卷材的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备功能助剂：将芳烃油与石墨烯进行混合，形成油包粉结构，再加入石英粉混匀，得到功能助剂；
S2、制备沥青改性料：将沥青、环烷油、SBS弹性体、滑石粉和胶粉按照配比进行混合，升温至180-190℃进行交联反应，然后加入功能助剂，恒温搅拌25-35min，出料；
S3、将S2中制得的沥青改性料涂在胎基层的两侧，形成改性沥青层，所述改性沥青层的厚度为2-3mm，然后再分别覆盖保护层和隔离层，冷却，得到防水卷材。
通过采用上述技术方案，功能助剂起到提高改性沥青料的阻燃性和拉伸强度的作用，在制备功能助剂的过程中，实现了对石墨烯的预分散，使石墨烯与改性沥青料再混合时具有良好的分散性，在改性沥青交联过程中，功能助剂均匀分散并一同形成均匀的交联体系，提升了防水卷材的阻燃性、耐久性和隔热性。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用石墨烯、芳烃油和石英粉作功能助剂，能够有效提高防水卷材的阻燃性和耐拉伸性能。
2、本申请中优选采用石英粉的粒径为40-50微米，使石英粉与石墨烯混合时能充分发挥对石墨烯的研磨效果，同时借助石英粉密度大的特点，石英粉包裹在石墨烯表面后与其他沥青改性料混合时，克服了石墨烯漂浮性强的缺点。
3、本申请的方法，通过先制备功能助剂再制备沥青改性料，将制得的沥青改性料涂在胎基层的两侧，形成改性沥青层，所述改性沥青层的厚度为2-3mm，然后再分别覆盖保护层和隔离层，冷却，得到防水卷材，因此获得了阻燃性好、耐久性高的防水卷材。
附图说明
图1为实施例5.2的温度测试结果图。
图2为对照组1的温度测试结果图。
图3为对照组2的温度测试结果图。
具体实施方式
原料来源：
本申请实施例和制备例的所有原料均可通过市售获得，以下原料来源公开仅起到公开清楚的作用，不应对保护范围起到限制作用。
环烷油CAS号：8562-95-1；
沥青CAS号：8052-42-4；
芳烃油，100℃测粘度为20-50mm2/s，闪点为180-210℃，凝点为10-15℃，芳烃含量为75-80％；
滑石粉CAS：14807-96-6；
胶粉，目数为60目，外观呈白色，半透明，无不适气味，无肉眼可见杂质，其分子量为1-10万，含18种氨基酸，水分和无机盐含量在16％以下，蛋白质含量在82％以上；
石墨烯CAS：1034343-98-0；
SBS弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。
制备例(功能助剂的制备)
制备例1.1-1.3
一种功能助剂，其制备方法如下：
先将1kg的芳烃油与0.1kg的石墨烯进行混合，形成油包粉结构，再加入0.5kg的石英粉进行机械混合，混合转速为1600r/min，混合时间30min，得到功能助剂。
其中，石墨烯的粒径为55微米，石英粉的粒径为45微米。
制备例1.1-1.3的功能助剂中各原料用量如表1。
表1制备例1.1-1.3的分散微球的原料用量(单位：kg)
| 制备例1.1 | 制备例1.2 | 制备例1.3 | |
| 芳烃油 | 1 | 2 | 3 |
| 石墨烯 | 0.1 | 0.2 | 0.3 |
| 石英粉 | 0.5 | 1 | 1.5 |
制备例2.1-2.4
一种功能助剂，与制备例1.2的不同之处在于，石墨烯的粒径不同。
其中，制备例2.1的石墨烯的粒径为50微米；
制备例2.2的石墨烯的粒径为60微米；
制备例2.3的石墨烯的粒径为20微米；
制备例2.4的石墨烯的粒径为80微米。
制备例3.1-3.4
一种功能助剂，与制备例1.2的不同之处在于，石英粉的粒径不同。
其中，制备例3.1的石英粉的粒径为40微米；
制备例3.2的石英粉的粒径为50微米；
制备例3.3的石英粉的粒径为25微米；
制备例3.4的石英粉的粒径为70微米。
对比制备例1
一种功能助剂，与制备例1.2的不同之处在于，以等量的环烷油替换芳烃油。
对比制备例2
一种功能助剂，与制备例1.2的不同之处在于，以等量的石蜡油替换芳烃油。
对比制备例3
一种功能助剂，与制备例1.2的不同之处在于，以等量的氧化石墨烯替换石墨烯。
对比制备例4
一种功能助剂，与制备例1.2的不同之处在于，以等量的滑石粉替换石英粉。
对比制备例5
一种功能助剂，与制备例1.2的不同之处在于，芳烃油的用量为0kg。
对比制备例6
一种功能助剂，与制备例1.2的不同之处在于，石英粉的用量为0kg。
实施例
实施例1.1-1.3
一种屋面用节碳阻燃防水卷材，包括由上而下依次设置的保护层、胎基层和隔离层，胎基层的两侧均设置有沥青改性层，沥青改性层为沥青改性料，所述沥青改性料包括以下重量的原料：
沥青40kg，
SBS弹性体5kg，
环烷油10kg，
功能助剂4.8kg，
功能助剂由制备例1.2制备获得；
一种屋面用节碳阻燃防水卷材的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备功能助剂：按照制备例1.2的制备方法制备得到功能助剂；
S2、制备沥青改性料：将沥青、环烷油、SBS弹性体按照上述配比进行混合，升温至185℃进行搅拌，然后加入功能助剂，恒温搅拌30min，出料；
S3、将S2中制得的沥青改性料涂在胎基层的两侧，形成改性沥青层，涂覆得到的改性沥青层的厚度为3mm，然后再分别覆盖保护层和隔离层，通入冷却水进行冷却，得到防水卷材。
其中，保护层为金属铝膜，胎基层为聚酯胎基布，隔离层为聚乙烯膜。
实施例1.1-1.3的沥青改性料的制备参数如表2.
表2实施例1.1-1.3的沥青改性料的制备参数
| 实施例1.1 | 实施例1.2 | 实施例1.3 | |
| 功能助剂 | 制备例1.2 | 制备例1.2 | 制备例1.2 |
| 沥青/kg | 40 | 50 | 60 |
| SBS弹性体/kg | 5 | 8 | 10 |
| 环烷油/kg | 10 | 15 | 20 |
实施例2.1-2.4
一种屋面用节碳阻燃防水卷材，基于实施例1.2的基础上，其区别在于，功能助剂由制备例2.1-2.4制备获得。
实施例3.1-3.4
一种屋面用节碳阻燃防水卷材，基于实施例1.2的基础上，其区别在于，功能助剂由制备例3.1-3.4制备获得。
实施例4.1-4.3
一种屋面用节碳阻燃防水卷材，基于实施例1.2的基础上，其区别在于，沥青改性料中还加入有滑石粉。
其中，实施例4.1的滑石粉的添加量为10kg；
实施例4.2的滑石粉的添加量为11.8kg；
实施例4.3的滑石粉的添加量为15kg。
实施例5.1-5.3
一种屋面用节碳阻燃防水卷材，基于实施例4.2的基础上，其区别在于，沥青改性料中还加入有胶粉。
其中，实施例5.1的胶粉的添加量为10kg；
实施例5.2的胶粉的添加量为12kg；
实施例5.3的胶粉的添加量为15kg。
对比例
对比例1-6
一种屋面用节碳阻燃防水卷材，与实施例1.2的不同之处在于，功能助剂由对比制备例1-6制备获得。
对比例7
一种屋面用节碳阻燃防水卷材，与实施例4.2的不同之处在于，以等量的云母粉替换滑石粉。
对比例8
一种屋面用节碳阻燃防水卷材，与实施例5.2的不同之处在于，以等量的硅橡胶替换胶粉。
性能检测试验
测试包括：
1.燃烧性能测试
参照GB8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》中规定的方法对实施例1-实施例5和对比例1-对比例8进行测试，测试结果如表3。
2.拉伸性能测试
参照GB18242-2008《弹性体改性沥青防水卷材》中规定的方法对实施例1-实施例5和对比例1-对比例8进行测试，测试结果如表3。
表3燃烧性能和拉伸性能测试
结合实施例1.1-1.3和对比例1-4并结合表3可以看出，实施例1.1-1.3的阻燃性和拉伸性能均优于对比例1-4，加入功能助剂能够有效提高防水卷材的阻燃性和耐拉伸性能，利用石墨烯的高导热系数、高熔点和稳定性，能够有效提升防水卷材的隔热性、耐久性和阻燃性，并且石墨烯内部的碳原子之间的连接非常柔韧，有利于保证防水卷材在屋面工程中应用的稳定性；但是石墨烯自身具有比表面积大，极易团聚的特点，使其在加工过程中分散性差。
功能助剂中加入芳烃油与石墨烯混合，形成油包粉的结构，芳烃油起到润滑剂的作用，芳烃油包裹在石墨烯表面，减少石墨烯出现团聚的情况，同时芳烃油的苯环结构与石墨烯的二维层状结构协同作用，进一步增强防水卷材的阻燃性和结构稳定性。
石英粉具有良好的机械性能和热学性能，能够起到的阻燃的作用。加入石英粉与石墨烯进行混合的过程中，一方面，石英粉起到研磨石墨烯的作用，使石墨烯的表面更加光滑，减少石墨烯的团聚，增强石墨烯的分散性；另一方面，由于石墨烯自身存在密度小、重量轻的特点，使石墨烯在分散过程中经常漂浮在分散体系的上表面，造成石墨烯在整个体系中的分散均匀度不佳，利用石墨烯的吸附性使芳烃油和石英粉包裹在其表面后，石英粉相对于石墨烯相比具有密度大和重量大的特点，使石墨烯能够在体系中均匀分散，增强功能助剂对沥青改性层的阻燃效果和耐久性。
结合实施例2.1-2.4和实施例1.2并结合表3可以看出，实施例2.1-2.2和实施例1.2均优于实施例2.3-2.4，说明石墨烯的粒径在50-60微米范围内时能够有效增强防水卷材的阻燃性和结构稳定性，延长防水卷材的使用寿命。
结合实施例3.1-3.4并结合表3可以看出，实施例3.1-3.2均优于实施例3.3-3.4，说明石英粉的粒径在40-50微米范围内取值时，使石英粉与石墨烯混合时能充分发挥对石墨烯的研磨效果，同时借助石英粉密度大的特点，石英粉包裹在石墨烯表面后与其他沥青改性料混合时，克服了石墨烯漂浮性强的缺点，能够使石墨烯均匀分散整个体系中，进一步增强防水卷材的阻燃性和耐久性。
结合实施例4.1-4.3、对比例7和实施例1.2并结合表3可以看出，实施例4.1-4.3、对比例7均优于实施例1.2，说明由于滑石粉具有吸附力强的优点，能够自动吸附部分环烷油，由于环烷油既有芳香烃的部分性质又具有直链烃的部分性质，环烷油进一步增强滑石粉与其他有机组分之间的相容性，在SBS弹性体对沥青进行交联改性的过程中，滑石粉一同被交联在改性沥青的网状结构中，增强改性沥青层的阻燃性能和拉伸强度。
结合实施例5.1-5.3、对比例8和实施例4.2并结合表3可以看出，胶粉的加入有利于改性沥青料形成更稳定的交联网状结构，同时增强改性沥青料与保护层、胎基层的粘结强度，减少保护层出现脱离的情况。
3.节碳隔热性能测试
将市售的SBS防水卷材作为对照组1，将市售的交叉膜高分子防水卷材作为对照组2，将对照组1、对照组2和实施例1.2、实施例2.3-2.4、实施例3.3-3.4、实施例4.2、实施例5.2、对比例1-8的防水卷材在室外温度25℃的环境进行曝晒60min后，分别测试其表面温度，测试结果如表4；表面温度越低，说明防水卷材反射隔热的效果越好。
实施例5.2、对照组1和对照组2的测试结果如图1。
表4节碳隔热性能测试结果
| 曝晒后表面温度/℃ | |
| 实施例1.2 | 16.8 |
| 实施例2.3 | 20.1 |
| 实施例2.4 | 19.8 |
| 实施例3.3 | 20.2 |
| 实施例3.4 | 19.8 |
| 实施例4.2 | 15.9 |
| 实施例5.2 | 13.0 |
| 对比例1 | 25.6 |
| 对比例2 | 25.9 |
| 对比例3 | 24.7 |
| 对比例4 | 25.7 |
| 对比例5 | 28.6 |
| 对比例6 | 28.9 |
| 对比例7 | 25.8 |
| 对比例8 | 26.7 |
| 对照组1 | 34.1 |
| 对照组2 | 30.4 |
结合实施例1.2和实施例2.3-2.4、实施例3.3-3.4并结合表4可以看出，石墨烯和石英粉的粒径在本申请的粒径范围内，能够更好的对石墨烯起到均匀分散的作用，使改性沥青料在交联过程中，石墨烯能够均匀分散在整个体系中一同形成网状结构，提高阻燃性能和耐拉伸性能的同时，还增加了防水卷材的反光隔热性，具有显著的节碳效果。
结合实施例1.2和对比例1-4并结合表4可以看出，实施例1.2和对比例1.4，石英粉、石墨烯和芳烃油三者协同配合，提高阻燃性能和耐拉伸性能的同时，还增加了防水卷材的反光隔热性，具有显著的节碳效果。
结合实施例1.2、实施例4.2、对比例7并结合表4可以看出，滑石粉的加入进一步增强了防水卷材的阻燃隔热性。
结合实施例1.2、实施例5.2、对比例8并结合表4可以看出，胶粉的加入有利于减少保护层的脱离，进一步保证防水卷材的耐久性和节碳隔热性。
结合实施例5.2和对照组1-2并结合表4和图1-3可以看出，在相同的室外温度下，不同的防水卷材对热量的吸收程度不同，本申请的防水卷材具有更好的节碳隔热效果。
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 (8)
1.一种屋面用节碳阻燃防水卷材，其特征在于，包括由上而下依次设置的保护层、胎基层和隔离层，所述胎基层的两侧均设置有沥青改性层，所述沥青改性层为沥青改性料组成，所述沥青改性料包括以下重量份数的原料：
沥青40-60份，
SBS弹性体5-10份，
环烷油10-20份，
功能助剂1.6-4.8份，
所述功能助剂包括以下重量份数的原料：
石墨烯0.1-0.3份，
芳烃油1-3份，
石英粉0.5-1.5份。
2.根据权利要求1所述的一种屋面用节碳阻燃防水卷材，其特征在于：所述石墨烯的粒径为50-60微米。
3.根据权利要求1所述的一种屋面用节碳阻燃防水卷材，其特征在于：所述石英粉的粒径为40-50微米。
4.根据权利要求1所述的一种屋面用节碳阻燃防水卷材，其特征在于：所述沥青改性料还包括滑石粉10-15份。
5.根据权利要求1所述的一种屋面用节碳阻燃防水卷材，其特征在于：所述沥青改性料还包括胶粉10-15份。
6.根据权利要求1所述的一种屋面用节碳阻燃防水卷材，其特征在于：所述保护层为不锈钢膜或金属铝膜。
7.根据权利要求1所述的一种屋面用节碳阻燃防水卷材，其特征在于：所述胎基层为聚酯胎基布。
8.一种权利要求1-7任意一项所述的屋面用阻燃防水卷材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备功能助剂：将芳烃油与石墨烯进行混合，形成油包粉结构，再加入石英粉混匀，得到功能助剂；
S2、制备沥青改性料：将沥青、环烷油、SBS弹性体、滑石粉和胶粉按照配比进行混合，升温至180-190℃进行交联反应，然后加入功能助剂，恒温搅拌25-35min，出料；
S3、将S2中制得的沥青改性料涂在胎基层的两侧，形成改性沥青层，所述改性沥青层的厚度为2-3mm，然后再分别覆盖保护层和隔离层，冷却，得到防水卷材。
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