CN117801678A - 一种用于玻纤瓦表面涂层沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及建筑材料技术领域，具体公开了一种用于玻纤瓦表面涂层沥青及其制备方法。一种用于玻纤瓦表面涂层沥青，按重量份计，沥青的制备原料包括如下组分：10#沥青40‑80份、70#沥青20‑60份、苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物4‑8份、改性酚醛树脂10‑30份、复合阻燃剂8‑16份和硅藻土16‑40份；改性酚醛树脂为由纳米中空玻璃微珠改性的酚醛树脂；复合阻燃剂包括硼酸锌、聚乙烯醇纤维和甲基亚膦酸二乙酯。本申请在改善玻纤瓦阻燃性的同时使其能够保持良好的矿物粘附性和低温柔韧性。
Description
技术领域
本申请涉及建筑材料领域，尤其是涉及一种用于玻纤瓦表面涂层沥青及其制备方法。
背景技术
玻纤瓦是以玻璃纤维毡为基体，经过浸涂优质石油沥青面后，一面覆盖彩色矿物粒料，另一方面撒以隔离材料而制成的新型片状屋面防水瓦材，广泛应用于各种建筑项目中，其具有柔韧性好、耐压、防水以及美观等特点，能够减少屋面荷载。玻纤瓦能适应任何复杂形状的结构施工，且施工简单。
然而玻纤瓦也存在一些缺点，例如不耐紫外线、易老化、阻燃性差等，为了弥补玻纤瓦的这些缺陷，部分生产厂家会在涂层沥青中加入抗老化剂、紫外线吸收剂或阻燃剂等，以满足建筑对屋面防水材料的要求。
目前市面上的玻纤瓦在加入阻燃剂之后，虽然能够达到屋面防水材料的防火等级要求，但是其它方面的性能会有所下降，如矿物粘附性、低温柔韧性等，因此亟需提供一种阻燃性能和其它性能均优良的玻纤瓦表面涂层沥青。
发明内容
为了改善玻纤瓦表面涂层沥青的阻燃性，且不影响其他性能，本申请提供一种用于玻纤瓦表面涂层沥青及其制备方法。本申请使用硼酸锌、聚乙烯醇纤维和甲基亚膦酸二乙酯三者复配作为复合阻燃剂加入玻纤瓦的涂层沥青中，提升了玻纤瓦的阻燃性能，改善沥青的韧性，另外改性酚醛树脂在提升沥青粘性的同时，还增强了玻纤瓦的抗老化性能。
第一方面，本申请提供一种用于玻纤瓦表面涂层沥青，采用如下技术方案：
一种用于玻纤瓦表面涂层沥青，按重量份计，所述沥青的制备原料包括如下组分：10#沥青40-80份、70#沥青20-60份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物4-8份、改性酚醛树脂10-30份、复合阻燃剂8-16份和硅藻土16-40份；
所述改性酚醛树脂为由纳米中空玻璃微珠改性的酚醛树脂；
所述复合阻燃剂包括硼酸锌、聚乙烯醇纤维和甲基亚膦酸二乙酯。
通过采用上述技术方案，10#沥青具有良好的粘结性、耐候性和防水性，70#沥青具有良好的抗裂性、防水性和耐热性，二者混合使用可以性能互补，提高玻纤瓦的适应性。苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物具有优异的弹性和耐候性，提高沥青的弹性和延展性，使玻纤瓦在受到温度变化、外力作用等情况下仍能保持良好的性能。纳米中空玻璃微珠对酚醛树脂改性后能够提高其抗老化性能，延长其使用寿命，改善其粘结性能，从而提升沥青的抗老化性能和矿物粘附性。复合阻燃剂能够提升沥青的热稳定性，阻止火焰和热量的传播，改善玻纤瓦的防火性能。硅藻土作为填料加入沥青中，能够改善其力学性能，另外，由于硅藻土是一种多孔材料，能够作为复合阻燃剂的载体，提高复合阻燃剂在沥青中的分散性，进一步提升玻纤瓦的阻燃性。
复合阻燃剂中，硼酸锌和甲基亚膦酸二乙酯在高温下可以发生化学反应，生成具有良好阻燃性能的氧化锌和磷化合物，这些产物可以在玻纤瓦表面形成保护层，阻隔氧气，防止火势的进一步扩散。聚乙烯醇纤维可以在沥青中形成网络结构，改善沥青涂层韧性的同时增加沥青涂层的密实性，阻止火焰和热量的传播。另外，聚乙烯醇纤维和甲基亚膦酸二乙酯可以吸收燃烧时释放的热量，降低玻纤瓦表面温度，减缓火焰的蔓延速度，三者复配能够明显改善沥青的阻燃性，从而提升玻纤瓦的防火性能。
作为优选：按重量份计，所述沥青的制备原料包括如下组分：10#沥青50-70份、70#沥青30-50份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物4-8份、改性酚醛树脂10-20份、复合阻燃剂8-12份和硅藻土20-30份。
通过采用上述技术方案，对沥青各制备原料的掺量进行优化，使沥青的抗裂性、矿物粘附性和阻燃性均得到改善，从而提升玻纤瓦的整体使用性能。
作为优选：所述复合阻燃剂和所述硅藻土的质量比为1:(2-4)。
通过采用上述技术方案，复合阻燃剂负载在硅藻土上，将复合阻燃剂和所述硅藻土的质量比控制在上述范围内，在尽量不影响硅藻土的性能的基础上，提升复合阻燃剂在沥青中的分散性，从而进一步提升玻纤瓦的阻燃性。
在一些优选的实施方式中，所述复合阻燃剂和所述硅藻土的质量比可以为1:2、1:3或1:4等。
作为优选：所述硼酸锌、聚乙烯醇纤维和甲基亚膦酸二乙酯的质量比为1:(1-5):(2-6)。
通过采用上述技术方案，进一步调整硼酸锌、聚乙烯醇纤维和甲基亚膦酸二乙酯的质量比，使三者复配的协同作用更佳，在提升玻纤瓦阻燃性能的同时保证玻纤瓦仍具有良好的矿物粘附性和低温柔韧性。
在一些优选的实施方式中，所述硼酸锌、聚乙烯醇纤维和甲基亚膦酸二乙酯的质量比可以为1:1:6、1:3:4或1:5:2等。
作为优选：所述改性酚醛树脂通过如下步骤制得：
S1、将硅烷偶联剂与纳米中空玻璃微珠混合，搅拌2-4h，制得预处理纳米中空玻璃微珠；
S2、将所述预处理纳米中空玻璃微珠、酚醛树脂、过氧化二苯甲酰、N-氯代琥珀酰亚胺和丙酮混合，在80-110℃的条件下搅拌3-6h，冷却后制得所述改性酚醛树脂。
通过采用上述技术方案，首先，纳米中空玻璃微珠具有较高的耐热性能，能够增强酚醛树脂的热稳定性，改善其在高温条件下的抗老化性能；其次，纳米中空玻璃微珠可以有效地吸收和散射紫外线，减少紫外线对酚醛树脂的破坏，提高其抗紫外线性能，延缓老化过程；另外，纳米中空玻璃微珠具有较高的化学稳定性和抗氧化性能，可以有效地阻止氧气和其他氧化剂对酚醛树脂的侵蚀，从而延缓其老化过程。
在改性酚醛树脂的制备过程中，过氧化二苯甲酰能够促使酚醛树脂与纳米中空玻璃微珠发生交联反应，形成致密的网络结构，提升沥青涂层的力学性能，而N-氯代琥珀酰亚胺能够与酚醛树脂的活性基团发生反应，从而促进酚醛树脂的交联反应，同时，N-氯代琥珀酰亚胺还能够改善酚醛树脂的热稳定性，二者复配能够增强纳米中空玻璃微珠对酚醛树脂的改性效果，使其具有优异的抗老化性能。
在一些具体的实施例中，步骤S1中搅拌的时间为3h。
在一些具体的实施例中，步骤S2中搅拌时的温度条件为95℃，搅拌时间为4h。
作为优选：所述预处理纳米中空玻璃微珠与酚醛树脂的质量比为1:(4-8)。
通过采用上述技术方案，将预处理纳米中空玻璃微珠与酚醛树脂的质量比控制在上述范围内，有助于在提升改性酚醛树脂耐老化性能的同时保证其仍具有优良的力学性能和粘结性。
在一些优选的实施方式中，所述预处理纳米中空玻璃微珠与酚醛树脂的质量比可以为1:4、1:6或1:8等。
作为优选：所述过氧化二苯甲酰和N-氯代琥珀酰亚胺的质量比为1:(1-3)。
通过采用上述技术方案，进一步调整过氧化二苯甲酰和N-氯代琥珀酰亚胺的掺量，有助于改善酚醛树脂的改性效果，从而提升玻纤瓦的抗老化性能。
在一些优选的实施方式中，所述过氧化二苯甲酰和N-氯代琥珀酰亚胺的质量比可以为1:1、1:2或1:3等。
第二方面，本申请提供一种用于玻纤瓦表面涂层沥青的制备方法，采用如下技术方案：
一种用于玻纤瓦表面涂层沥青的制备方法，包括如下步骤：
T1、将所述复合阻燃剂和硅藻土混合，制得初级混合物；
T2、将所述10#沥青和70#沥青混合并加热至100-120℃，然后加入所述初级混合物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和改性酚醛树脂，升温至130-160℃后搅拌1-2h，制得所述沥青。
通过采用上述技术方案，本申请中沥青的制备方法简单，易于操作，无需特定的生产设备和生产环境，制得的沥青具有优良的矿物粘附性、柔韧性和阻燃性。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1、本申请中选用硼酸锌、聚乙烯醇纤维和甲基亚膦酸二乙酯复配作为复合阻燃剂，其中，聚乙烯醇纤维能够在沥青中形成网络结构，改善沥青的韧性，降低复合阻燃剂的添加对沥青抗开裂性能造成的影响，硼酸锌和甲基亚膦酸二乙酯在高温条件下生成的反应产物能够形成一层阻燃保护层，阻隔氧气，同时，聚乙烯醇纤维和甲基亚膦酸二乙酯可以吸收燃烧时释放的热量，降低玻纤瓦表面温度，从而显著提升玻纤瓦的阻燃性；
2、本申请将10#沥青和70#沥青混合使用，10#沥青具有良好的粘结性、耐候性和防水性，70#沥青具有良好的抗裂性、防水性和耐热性，二者性能互补，改善了玻纤瓦的适应性；
3、本申请使用纳米中空玻璃微珠对酚醛树脂进行改性，使其抗老化性能增强，改性酚醛树脂与10#沥青和70#沥青混合，在玻纤瓦表面形成均匀的粘性涂层，改善其矿物粘附性。
附图说明
图1是本申请沥青中改性酚醛树脂的制备流程图；
图2是本申请沥青的制备流程图。
具体实施方式
为使本申请更加容易理解，下面将结合实施例来进一步详细说明本申请，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本申请的应用范围。本申请中所使用的原料或组分若无特殊说明均可以通过商业途径或常规方法制得。
原料来源
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，有效成分含量99.99％，货号为SBS3206-1；纳米中空玻璃微珠，密度为0.15-0.6g/cm3，SiO2>67.9％，含水率＜0.32％；酚醛树脂，有效成分含量为99％，密度为1.7g/cm3，CAS号为9003-35-4；聚乙烯醇纤维，有效成分含量为99％，长度为6mm，纤维直径15±3μm；甲基亚膦酸二乙酯，CAS号为15715-41-0，有效成分含量为99％；硅藻土，SiO2含量≥89％，Fe2O3含量≤0.1％，烧失量≤0.1％；过氧化二苯甲酰，CAS号为94-36-0，有效成分含量为75％，等级为优级品；N-氯代琥珀酰亚胺，CAS号为128-09-6，有效成分含量为99％，分子量为133.53。
制备例1：
参照图1，制备例1改性酚醛树脂的制备方法如下：S1、将5kg纳米中空玻璃微珠和100g硅烷偶联剂KH570混合，600rpm搅拌3h，制得预处理纳米中空玻璃微珠；S2、将4kg预处理纳米中空玻璃微珠、24kg改性酚醛树脂、0.12kg过氧化二苯甲酰、0.24kg N-氯代琥珀酰亚胺和20L丙酮混合，在95℃的条件下500rpm搅拌4h，冷却后制得改性酚醛树脂。其中，预处理纳米中空玻璃微珠与酚醛树脂的质量比为1:6，过氧化二苯甲酰和N-氯代琥珀酰亚胺的质量比为1:2。
制备例2-3：
制备例2-3与制备例1的区别之处在于步骤S2中，预处理纳米中空玻璃微珠的掺量分别为6kg和3kg，其余同制备例1。制备例2-3中，预处理纳米中空玻璃微珠与酚醛树脂的质量比分别为1:4和1:8。
制备例4-5：
制备例4-5与制备例1的区别之处在于步骤S2中，N-氯代琥珀酰亚胺的掺量分别为0.12kg和0.36kg，其余同制备例1。制备例4-5中，过氧化二苯甲酰和N-氯代琥珀酰亚胺的质量比分别为1:1和1:3。
对比制备例1：
对比制备例1与制备例1的区别之处在于纳米中空玻璃微珠未经硅烷偶联剂KH570预处理，其余同制备例1。
对比制备例2：
对比制备例2与制备例1的区别之处在于步骤S2中，过氧化二苯甲酰的掺量为0，N-氯代琥珀酰亚胺的掺量为0.36kg，其余同制备例1。
对比制备例3：
对比制备例3与制备例1的区别之处在于步骤S2中，过氧化二苯甲酰的掺量为0.36kg，N-氯代琥珀酰亚胺的掺量为0，其余同制备例1。
实施例1-3：
实施例1-3中沥青的制备原料及其掺量如表1所示，其中，改性酚醛树脂选自制备例1制备的改性酚醛树脂，复合阻燃剂和所述硅藻土的质量比分别为1:3、1:5和1:1，复合阻燃剂中硼酸锌、聚乙烯醇纤维和甲基亚膦酸二乙酯的质量比均为1:3:4。
参照图2，沥青的制备方法如下：T1、将复合阻燃剂与硅藻土混合，500rpm搅拌30min，制得初级混合物；T2、将10#沥青和70#沥青混合均匀，加热至110℃，然后加入初级混合物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和改性酚醛树脂，升温至140℃后搅拌1.5h，制得沥青。
实施例4-5：
实施例4-5中沥青的制备原料及其掺量如表1所示，其与实施例1的区别之处在于复合阻燃剂和所述硅藻土的质量比分别为1:2和1:4，其余同实施例1。
实施例6-7：
实施例6-7中沥青的制备原料及其掺量如表1所示，其与实施例1的区别之处在于复合阻燃剂中硼酸锌、聚乙烯醇纤维和甲基亚膦酸二乙酯的质量比分别为1:1:6和1:5:2，其余同实施例1。
表1.实施例1-7沥青的制备原料及其掺量(kg)
实施例8-11：
实施例8-11与实施例1的区别之处在于改性酚醛树脂分别选自制备例2-5制备的改性酚醛树脂，其余同实施例1。
对比例1：
对比例1与实施例1的区别之处在于复合阻燃剂的添加量为0，其余同实施例1。
对比例2：
对比例2与实施例1的区别之处在于复合阻燃剂中，硼酸锌的掺量为0，聚乙烯醇纤维的掺量为4.25kg，甲基亚膦酸二乙酯的掺量为5.75kg，其余同实施例1。
对比例3：
对比例3与实施例1的区别之处在于复合阻燃剂中，硼酸锌的掺量为2kg，聚乙烯醇纤维的掺量为0kg，甲基亚膦酸二乙酯的掺量为8kg，其余同实施例1。
对比例4：
对比例4与实施例1的区别之处在于复合阻燃剂中，硼酸锌的掺量为2.5kg，聚乙烯醇纤维的掺量为7.5kg，甲基亚膦酸二乙酯的掺量为0kg，其余同实施例1。
对比例5：
对比例5与实施例1的区别之处在于使用酚醛树脂等量替代改性酚醛树脂，其余同实施例1。
对比例6-8：
对比例6-8与实施例1的区别之处在于改性酚醛树脂分别选自对比制备例1-3制备的改性酚醛树脂，其余同实施例1。
应用例1-11：
应用例1-11玻纤瓦的制备方法如下：使用实施例1-11制备的沥青分别对玻纤胎进行浸涂，使用涂覆装置在浸透的玻纤胎一侧表面覆上LDPE隔离材料，在另一侧表面覆上矿物粒料并压实，最后切割、包装，制得玻纤瓦。
对比应用例1-8：
对比应用例1-8与应用例1的区别之处在于使用对比例1-8制备的沥青对玻纤胎进行浸涂，其余同应用例1。
测试例：
对应用例1-11和对比应用例1-8制备的玻纤瓦进行性能检测，具体包括矿物料粘附性、柔度、不透水性和阻燃等级，其中，矿物料粘附性和柔度参照GB/T 20474-2006《玻纤胎沥青瓦》进行检测，不透水性参照GB/T 328《建筑防水卷材试验方法》进行检测，阻燃等级参照ASTM E108《屋顶覆盖物防火试验标准试验方法》进行检测，检测结果如表2所示。
表2
从表2的检测结果可以看出，应用例1-11和对比应用例1-8制备的玻纤瓦的矿物料粘附性为0.21-1.06g，应用例1-11、对比应用例1、2和4在10℃弯折无裂纹，对比应用例3、5-8在10℃弯折有裂纹，应用例1-11和对比应用例1-8均不透水，应用例1-11和对比应用例5-8的防火等级均为A级，对比应用例1的防火等级为C级，对比应用例2-4的防火等级为B级。
由应用例1-5和对比应用例1的检测数据可知，根据实施例1中各制备原料的掺量制备的沥青矿物料粘附性更好，且具有优良的抗开裂性能和防水性能。沥青的制备原料中加入了复合阻燃剂之后，能够明显提升玻纤瓦的阻燃性能，尤其是当复合阻燃剂和硅藻土的质量比为1:3时，玻纤瓦各方面性能更优。
由应用例1、6-7和对比应用例2-4的检测数据可知，由硼酸锌、聚乙烯醇纤维和甲基亚膦酸二乙酯复配的复合阻燃剂能够在提高玻纤瓦阻燃性能的基础上，尽量降低对玻纤瓦其它方面性能的影响，尤其是添加聚乙烯醇纤维后，沥青的低温柔韧性得到了明显改善。
由应用例1、8-9和对比应用例5-6的检测数据可知，酚醛树脂经过纳米中空玻璃微珠改性后，其粘性和韧性均有所提升，可能是由于纳米中空玻璃微珠改性酚醛树脂能够改善其粘附性和抗老化性能，尤其是经过硅烷偶联剂预处理的纳米中空玻璃微珠与酚醛树脂的相容性更好，改性效果更优。
由应用例1、10-11和对比应用例7-8的检测数据可知，在纳米中空玻璃微珠改性酚醛树脂的过程中，过氧化二苯甲酰和N-氯代琥珀酰亚胺的质量比为1:2时，能够提升酚醛树脂的改性效果，使其能够发生交联反应，形成致密的网络结构，改善玻纤瓦的矿料粘附性、低温柔韧性和阻燃性。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本申请，并不构成对本申请的任何限制。通过参照典型实施例对本申请进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本申请权利要求的范围内对本申请作出修改，以及在不背离本申请的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本申请涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本申请限于其中公开的特定例，相反，本申请可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (8)
1.一种用于玻纤瓦表面涂层沥青，其特征在于：按重量份计，所述沥青的制备原料包括如下组分：10#沥青40-80份、70#沥青20-60份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物4-8份、改性酚醛树脂10-30份、复合阻燃剂8-16份和硅藻土16-40份；
所述改性酚醛树脂为由纳米中空玻璃微珠改性的酚醛树脂；
所述复合阻燃剂包括硼酸锌、聚乙烯醇纤维和甲基亚膦酸二乙酯。
2.根据权利要求1所述的用于玻纤瓦表面涂层沥青，其特征在于：按重量份计，所述沥青的制备原料包括如下组分：10#沥青50-70份、70#沥青30-50份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物4-8份、改性酚醛树脂10-20份、复合阻燃剂8-12份和硅藻土20-30份。
3.根据权利要求1所述的用于玻纤瓦表面涂层沥青，其特征在于：所述复合阻燃剂和所述硅藻土的质量比为1:（2-4）。
4.根据权利要求1所述的用于玻纤瓦表面涂层沥青，其特征在于：所述硼酸锌、聚乙烯醇纤维和甲基亚膦酸二乙酯的质量比为1:（1-5）:（2-6）。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于玻纤瓦表面涂层沥青，其特征在于：所述改性酚醛树脂通过如下步骤制得：
S1、将硅烷偶联剂与纳米中空玻璃微珠混合，搅拌2-4h，制得预处理纳米中空玻璃微珠；
S2、将所述预处理纳米中空玻璃微珠、酚醛树脂、过氧化二苯甲酰、N-氯代琥珀酰亚胺和丙酮混合，在80-110℃的条件下搅拌3-6h，冷却后制得所述改性酚醛树脂。
6.根据权利要求5所述的用于玻纤瓦表面涂层沥青，其特征在于：所述预处理纳米中空玻璃微珠与酚醛树脂的质量比为1:（4-8）。
7.根据权利要求5所述的用于玻纤瓦表面涂层沥青，其特征在于：所述过氧化二苯甲酰和N-氯代琥珀酰亚胺的质量比为1:（1-3）。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的用于玻纤瓦表面涂层沥青的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
T1、将所述复合阻燃剂和硅藻土混合，制得初级混合物；
T2、将所述10#沥青和70#沥青混合并加热至100-120℃，然后加入所述初级混合物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和改性酚醛树脂，升温至130-160℃后搅拌1-2h，制得所述沥青。
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