一种阻燃改性沥青、阻燃型自粘沥青瓦及其制备方法与流程

本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种阻燃改性沥青、阻燃型自粘沥青瓦及其制备方法。

背景技术：

随着现代建筑的发展，大多数建筑屋顶都是坡屋顶，目前充当坡屋面主要的防水材料是沥青瓦。沥青瓦是以玻璃纤维毡为胎体，浸涂改性沥青防水层后，一面覆盖彩色矿物粒料，另一面覆以隔离材料所制成的瓦状屋面防水片材，它具有良好的防水、装饰功能、施工简便等特点。近年来，由于建筑设计的变化和新型建筑构件的使用，对屋面防水材料提出了越来越高的要求。国家要求包括高层建筑等建材的防火等级调至a级。

因此，沥青瓦不仅需要具备优异的防水性能，还应兼具良好的耐火性。而且现有的沥青瓦多采用胶水粘结加钉子的铺盖方法。在木板屋面上粘结沥青瓦再辅以钉子尚能承受一定的风力，但在现浇混凝土屋面上由于钉钉困难主要依靠胶水粘结，往往粘结不牢或胶水失效，一遇较大的风力，就会被吹落。目前市面上的沥青瓦有一个通病，就是矿物粒料层容易掉砂，沥青瓦出现裸露斑，这样即影响了屋顶美观度也降低了沥青瓦的使用年限。传统的阻燃型沥青瓦常采用氢氧化镁作为阻燃剂，是通过分解大量吸热、所产生的不燃物质稀释可燃性气体进而达到阻燃目的。其添加量小达不到较理想的阻燃效果，但提高氢氧化镁的添加量会严重影响改性沥青涂层的耐高温性能、低温弯折性、矿物粘附性与胶水的粘结性能，并增加成本。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种阻燃改性沥青、阻燃型自粘沥青瓦及其制备方法，主要目的是解决沥青瓦阻燃性差和粘结性差的技术问题。

为达到上述目的，本发明主要提供了如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种阻燃改性沥青，所述阻燃改性沥青由以下质量百分含量的组分组成：90#沥青25％-35％，200#沥青15％-25％，丁苯橡胶7％-10％，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物2％-5％，增粘树脂2％-3％，阻燃剂10％-15％，胶粉10％-13％，填料10％-15％；其中，所述阻燃剂为十溴二苯乙烷改性蒙脱土得到的十溴二苯乙烷-有机蒙脱土。

作为优选，所述十溴二苯乙烷-有机蒙脱土的制备方法为：将蒙脱土加入到去离子水中，常温下搅拌30min，加入占蒙脱土总质量5％的nacl晶体形成混合液并继续搅拌，控制所述混合液的温度升至70℃，调节所述混合液的ph值为7；将十溴二苯乙烷作为插层剂倒入ph值为7的混合液中继续搅拌，控制转速300r/min，控制温度升至80℃-90℃，搅拌1-2小时后再静置30min得到絮状沉淀，将所述絮状沉淀在温度为90℃的干燥器中干燥4小时后的产物即为所述十溴二苯乙烷-有机蒙脱土。

作为优选，所述十溴二苯乙烷的粒径为3μm-5μm；所述蒙脱土的目粒度为800目-5000目；所述十溴二苯乙烷与所述蒙脱土按质量比为1:1-4进行有机改性。

作为优选，所述阻燃型改性沥青由以下质量百分含量的组分组成：90#沥青25％-30％，200#沥青20％-25％，丁苯橡胶7％-8％，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物4％-5％，增粘树脂2％，阻燃剂10％-12％，胶粉10％-12％，填料12％-14％。

作为优选，所述90#沥青为道路石油沥青，其软化点为40℃-60℃，针入度为80-100；所述200#沥青为液态石油沥青，其针入度190-210；所述丁苯橡胶的目粒度为40目-80目；所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的嵌段比(s/b)为40/60；所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的分子结构为线性结构。

作为优选，所述增粘树脂为碳五石油树脂；所述增粘树脂的软化点为85℃-115℃；所述胶粉的粒度为60目；所述填料选自滑石粉、碳酸钙及高岭土中的至少一种；所述填料的目粒度为180目-200目。

另一方面，本发明实施例提供了一种阻燃型自粘沥青瓦，从沥青瓦与空气接触的一面至所述沥青瓦与施工基层粘贴的一面依次包括：矿物粒料层、上表面改性沥青层、玻纤胎基层、下表面改性沥青层及黄砂隔离层；

所述矿物粒料层的长度或宽度对应小于所述上表面改性沥青层的长度或宽度以在所述上表面改性沥青层的一侧形成一条上自粘带，所述上自粘带的表面覆有上隔离边膜；

所述黄砂隔离层的长度或宽度对应小于所述下表面改性沥青层的长度或宽度以在所述下表面改性沥青层的两侧形成两条相对的下自粘带，两条下自粘带的表面均覆有下隔离边膜；

所述上表面改性沥青层和所述下表面改性沥青层的材料均为上述阻燃改性沥青。

作为优选，所述玻纤胎基层的克重为90g/m²-300g/m²；所述玻纤胎基层的材料为无碱玻纤毡或低碱玻纤毡，所述玻纤胎基层的厚度为0.7mm-1.5mm。

作为优选，所述矿物粒料层的材料为片状玄武页岩，所述片状玄武页岩的粒度为10目-30目；所述上表面改性沥青层和所述下表面改性沥青层的厚度均为1.2mm-2.1mm；所述矿物粒料层的厚度为1.5mm-2.0mm；所述上隔离边膜和所述下隔离边膜的材料均为pet(pet为聚对苯二甲酸乙二酯)单硅膜，所述上隔离边膜和所述下隔离边膜的厚度均为0.01mm-0.03mm；所述黄砂隔离层上的黄砂粒度为30目-60目。

又一方面，本发明实施例提供了上述一种阻燃型自粘沥青瓦的制备方法，包括以下步骤：

(1)按原料配方准备各原料；

(2)向反应釜中依次打入90#沥青和200#沥青，升温至120℃-140℃，在120℃-140℃的条件下加入丁苯橡胶，搅拌30min-40min后加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，再升温至170℃-180℃溶胀1h-2h，溶胀结束后用胶体磨研磨1h-2h，研磨接收后升温至180℃-185℃，再加入增粘树脂并搅拌20min-40min，搅拌结束后加入胶粉，温度控制在180℃-185℃，继续搅拌45min-60min，搅拌结束后，最后加入阻燃剂和填料，高速搅拌60min-90min后的产物为阻燃改性沥青；

(3)将成卷的玻纤胎基展开，送入装有所述阻燃改性沥青的涂油装置中浸涂形成上表面改性沥青层和下表面改性沥青层，浸透的玻纤胎通过涂覆装置后进入覆有pet单硅膜装置，形成覆有上隔离边膜的上自粘带，再在未覆盖pet单硅膜的上表面改性沥青层的表面覆上矿物粒料并压实形成矿物粒料层；

(4)在下表面改性沥青层表面上相对的两侧先覆盖pet单硅膜形成覆有下隔离边膜的相对的两条下自粘带，再在未覆盖pet单硅膜的下表面改性沥青层的表面覆上黄砂形成黄砂隔离层；

(5)对步骤(4)所得产物切割成型即得阻燃型自粘沥青瓦。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过使用蒙脱土和十溴二苯乙烷按照一定配比预制，具体为采用十溴二苯乙烷作为有机插层剂对蒙脱土进行了有机改性，制成十溴二苯乙烷-有机蒙脱土作为该沥青瓦的阻燃剂，具有较强的气体阻隔性能、成膜阻隔性能及成碳阻隔性能，当着火时既能吸收周围热量，打断热量传递链，又能捕捉自由基，阻止自由基链式反应，可阻隔氧气与可燃物的接触，可有效防止改性沥青产生熔融滴落，避免沥青滴落到建筑内引发二次复燃，保证了建筑的防火安全，达到阻燃极佳的效果；

本发明的沥青瓦的防水层采用自粘改性沥青涂层，拥有极佳的粘接性能，上表面改性沥青层的表面可以与覆于其上的矿物粒料层紧密粘接，确保矿物粒料的粘附性能合格；下表面改性沥青层的表面使用黄砂隔离层附着，应用时方便施工；

本发明的沥青瓦的上表面的一个侧边和下表面的两个侧边均设计了改性沥青自粘带，下表面改性沥青层的自粘带与基层之间的粘结性优异，强度大于3n/mm，确保了极好的抗风揭能力，抗风揭性能97km/h测试通过；施工铺贴沥青瓦时上一个沥青瓦的下自粘带与下一个沥青瓦的上自粘带之间的粘接性能比较优异，上自粘带与下自粘带之间的剥离强度大于2.0n/mm；

本发明的沥青瓦低温柔性好，克服了以往沥青瓦易老化开裂以及易破碎的缺点；

本发明的改性沥青与矿物粒料的粘附性较好，不会出现矿物粒料脱落的情况，保证了美观和抗老化性能，衰减小达到较长的防水寿命。

附图说明

图1为本发明实施例提供的阻燃型自粘改性沥青瓦在厚度方向的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的阻燃型自粘改性沥青瓦的俯视示意图；

图3为本发明实施例提供的十溴二苯乙烷插层改性蒙脱土的分子模型示意图。

附图标记说明：

1、矿物粒料层，101、上自粘带，2、上表面改性沥青层，3、玻纤胎基层，4、下表面改性沥青层，5、黄砂隔离层，501、第一下自粘带，502、第二下自粘带，6、十溴二苯乙烷分子，7、蒙脱土分子。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下以较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、技术方案、特征及其功效，详细说明如后。下述说明中的多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

下述实施例选用的原材料为：

90#沥青为中燃油道路石油沥青，软化点为40℃-60℃，针入度为80-100；

200#沥青为中燃油液态石油沥青，其针入度190-210；

丁苯橡胶(简称sbr)；

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(简称sbs)，分子结构为线型，选购于岳阳巴陵石化的sbs1401。

实施例1

十溴二苯乙烷-有机蒙脱土的制备方法为：以质量比为1:1准备蒙脱土和十溴二苯乙烷；将蒙脱土(1000目)加入到去离子水中，常温下搅拌30min，加入占蒙脱土总质量5％的nacl晶体形成混合液并继续搅拌，控制上述混合液的温度升至70℃，调节上述混合液的ph值为7；将十溴二苯乙烷(粒径为4μm)作为插层剂倒入ph值为7的混合液中继续搅拌，控制转速300r/min，控制温度升至80℃，搅拌1.5小时后再静置30min得到絮状沉淀，将上述絮状沉淀在温度为90℃的干燥器中干燥4小时后的产物即为上述十溴二苯乙烷-有机蒙脱土。

实施例2

十溴二苯乙烷-有机蒙脱土的制备方法为：以质量比为1:2准备蒙脱土和十溴二苯乙烷；将蒙脱土(2000目)加入到去离子水中，常温下搅拌30min，加入占蒙脱土总质量5％的nacl晶体形成混合液并继续搅拌，控制上述混合液的温度升至70℃，调节上述混合液的ph值为7；将十溴二苯乙烷(粒径为3μm)作为插层剂倒入ph值为7的混合液中继续搅拌，控制转速300r/min，控制温度升至85℃，搅拌1.5小时后再静置30min得到絮状沉淀，将上述絮状沉淀在温度为90℃的干燥器中干燥4小时后的产物即为上述十溴二苯乙烷-有机蒙脱土。

实施例3

十溴二苯乙烷-有机蒙脱土的制备方法为：以质量比为1:3准备蒙脱土和十溴二苯乙烷；将蒙脱土(3000目)加入到去离子水中，常温下搅拌30min，加入占蒙脱土总质量5％的nacl晶体形成混合液并继续搅拌，控制上述混合液的温度升至70℃，调节上述混合液的ph值为7；将十溴二苯乙烷(粒径为5μm)作为插层剂倒入ph值为7的混合液中继续搅拌，控制转速300r/min，控制温度升至85℃，搅拌2小时后再静置30min得到絮状沉淀，将上述絮状沉淀在温度为90℃的干燥器中干燥4小时后的产物即为上述十溴二苯乙烷-有机蒙脱土。

实施例4

(1)按照以下配方准备各原料：以质量百分含量计，90#沥青35％，200#沥青15％，80目sbr粉末10％，sbs4％，碳五石油树脂3％，阻燃剂10％(实施例1制备的十溴二苯乙烷-有机蒙脱土)，60目胶粉13％，滑石粉10％；

(2)向反应釜中依次打入90#沥青和200#沥青，升温至120℃，在120℃的条件下加入sbr，搅拌30min后加入sbs，再升温至170℃溶胀1h，溶胀结束后用胶体磨研磨1.5h，研磨结束后升温至180℃，再加入碳五石油树脂并搅拌20min，搅拌结束后加入胶粉，温度控制在180℃，继续搅拌60min，搅拌结束后，最后加入阻燃剂和滑石粉，高速搅拌60min后的产物为阻燃型改性沥青；

(3)将成卷的克重为130g/m²无碱玻纤胎展开，送入装有上述阻燃型改性沥青的涂油装置中浸涂形成上表面改性沥青层2和下表面改性沥青层4，浸透的玻纤胎通过涂覆装置后进入覆有pet单硅膜装置，形成一条覆有上隔离边膜的上自粘带101，再在未覆盖pet单硅膜的上表面改性沥青层的表面覆上矿物粒料并压实形成矿物粒料层1；

(4)在下表面改性沥青层表面上相对的两侧先覆盖pet单硅膜形成覆有下隔离边膜的相对的两条下自粘带，即第一自粘带501和第二自粘带502，再在未覆盖pet单硅膜的下表面改性沥青层的表面覆上黄砂形成黄砂隔离层5；

(5)对步骤(4)所得产物切割成固定尺寸，即得阻燃型自粘沥青瓦，其结构示意图如图1和图2所示；

通过对上述沥青瓦进行性能测试得到其测试结果：耐热105℃，低温-20℃弯折无裂纹，叠层剥离强度170n，抗风揭性能97km/h测试通过，矿物粘附性0.3g，燃烧等级为a级不燃。人工气候加速老化各项性能无变化。

实施例5

(1)按照以下配方准备各原料：以质量百分含量计，90#沥青25％，200#沥青25％，80目sbr粉末7％，sbs5％，碳五石油树脂2％，阻燃剂12％(实施例2制备的十溴二苯乙烷-有机蒙脱土)，60目胶粉10％，碳酸钙14％；

(2)向反应釜中依次打入90#沥青和200#沥青，升温至140℃，在120℃的条件下加入sbr，搅拌35min后加入sbs，再升温至170℃溶胀2h，溶胀结束后用胶体磨研磨1h，研磨结束后升温至185℃，再加入碳五石油树脂并搅拌40min，搅拌结束后加入胶粉，温度控制在185℃，继续搅拌60min，搅拌结束后，最后加入阻燃剂和碳酸钙，高速搅拌90min后的产物为阻燃型改性沥青；

(3)将成卷的克重为150g/m²无碱玻纤胎展开，送入装有上述阻燃型改性沥青的涂油装置中浸涂形成上表面改性沥青层2和下表面改性沥青层4，浸透的玻纤胎通过涂覆装置后进入覆有pet单硅膜装置，形成一条覆有上隔离边膜的上自粘带101，再在未覆盖pet单硅膜的上表面改性沥青层的表面覆上矿物粒料并压实形成矿物粒料层1；

(4)在下表面改性沥青层表面上相对的两侧先覆盖pet单硅膜形成覆有下隔离边膜的相对的两条下自粘带，即第一自粘带501和第二自粘带502，再在未覆盖pet单硅膜的下表面改性沥青层的表面覆上黄砂形成黄砂隔离层5；

(5)对步骤(4)所得产物切割成固定尺寸，即得阻燃型自粘沥青瓦，其结构示意图如图1和图2所示；

通过对上述沥青瓦进行性能测试得到其测试结果：耐热102℃，低温-22℃弯折无裂纹，叠层剥离强度166n，抗风揭性能97km/h测试通过，矿物粘附性0.3g，燃烧等级为a级不燃。人工气候加速老化各项性能无变化。

实施例6

(1)按照以下配方准备各原料：以质量百分含量计，90#沥青30％，200#沥青20％，80目sbr粉末8％，sbs4％，碳五石油树脂3％，阻燃剂15％(实施例3制备的十溴二苯乙烷-有机蒙脱土)，60目胶粉10％，高岭土10％；

(2)向反应釜中依次打入90#沥青和200#沥青，升温至130℃，在130℃的条件下加入sbr，搅拌30min后加入sbs，再升温至175℃溶胀1.5h，溶胀结束后用胶体磨研磨1.5h，研磨结束后升温至182℃，再加入碳五石油树脂并搅拌30min，搅拌结束后加入胶粉，温度控制在184℃，继续搅拌60min，搅拌结束后，最后加入阻燃剂和高岭土，高速搅拌70min后的产物为阻燃型改性沥青；

(3)将成卷的克重为300g/m²无碱玻纤胎展开，送入装有上述阻燃型改性沥青的涂油装置中浸涂形成上表面改性沥青层2和下表面改性沥青层4，浸透的玻纤胎通过涂覆装置后进入覆有pet单硅膜装置，形成一条覆有上隔离边膜的上自粘带101，再在未覆盖pet单硅膜的上表面改性沥青层的表面覆上矿物粒料并压实形成矿物粒料层1；

(4)在下表面改性沥青层表面上相对的两侧先覆盖pet单硅膜形成覆有下隔离边膜的相对的两条下自粘带，即第一自粘带501和第二自粘带502，再在未覆盖pet单硅膜的下表面改性沥青层的表面覆上黄砂形成黄砂隔离层5；

(5)对步骤(4)所得产物切割成固定尺寸，即得阻燃型自粘沥青瓦，其结构示意图如图1和图2所示；

通过对上述沥青瓦进行性能测试得到其测试结果：耐热104℃，低温-21℃弯折无裂纹，叠层剥离强度173n，抗风揭性能97km/h测试通过，矿物粘附性0.3g，燃烧等级为a级不燃。人工气候加速老化各项性能无变化。

本发明制备的阻燃型自粘改性沥青瓦的结构如图1和图2所示，从沥青瓦与空气接触的一面至上述沥青瓦与施工基层粘贴的一面依次包括：矿物粒料层1、上表面改性沥青层2、玻纤胎基层3、下表面改性沥青层4及黄砂隔离层5；上述矿物粒料层1的长度或宽度对应小于上述上表面改性沥青层2的长度或宽度以在上述上表面改性沥青层2的一侧形成一条上自粘带101，上述上自粘带的表面覆有上隔离边膜；上述黄砂隔离层5的长度或宽度对应小于上述下表面改性沥青层4的长度或宽度以在上述下表面改性沥青层的两侧形成两条相对的下自粘带，即第一下自粘带501(施工时与其他沥青瓦的上自粘带粘接)和第二下自粘带502(施工时与基层粘接)，两条下自粘带的表面均覆有下隔离边膜；上述上表面改性沥青层和上述下表面改性沥青层的材料均为实施例1-实施例3制备的阻燃改性沥青。

本发明沥青瓦通过添加十溴二苯乙烷-有机蒙脱土阻燃剂具有优异的阻燃性，该阻燃剂的十溴二苯乙烷的粒径为3μm-5μm，蒙脱土的目粒度为800目-5000目，上述十溴二苯乙烷作为有机插层剂与上述蒙脱土以1:1-4的质量比进行有机改性；上述十溴二苯乙烷插层改性蒙脱土示意图如图3所示。上述十溴二苯乙烷-有机蒙脱土阻燃剂能于最佳时刻在气相及凝聚相同时起到阻燃效果，可有效防止改性沥青产生熔融滴落，避免沥青滴落到建筑内引发二次复燃。真正解决目前沥青瓦防火性能差的现状，保证了建筑的防火安全，具有较大的社会效益。其中，十溴二苯乙烷单体由于其本身的c-br键的键能较低，分解温度在300℃左右，在燃烧时分子开始分解，能捕捉燃烧产生的自由基，从而延缓或抑制燃烧链的反应，同时释放出的hbr气体难燃，可以覆盖在材料的表面形成气相阻隔层，起到阻隔与稀释氧气浓度的作用。其中涉及到的反应：

o·+hbr＝ho·-+br·链转移

ho·+hbr＝h2o+br·链终止具有高度反应性的ho·自由基在燃烧过程中起关键作用；当ho·被反应性较差的br·取代时，自由基链式反应就发生终止。

蒙脱土mmt(其化学通式为[(al2-y,mgy)2][si4o10(oh)2]·nh20,)自有的无机硅酸盐片层对气体及小分子的扩散阻隔性能较好，受热时可在可燃物表面形成不可燃的碳化膜，隔绝氧气与可燃物的接触。

本发明的沥青瓦的防水层采用自粘改性沥青涂层，拥有极佳的粘接性能，上表面改性沥青层的表面可以与覆于其上的矿物粒料层紧密粘接，确保矿物粒料的粘附性能合格；下表面改性沥青层的表面使用黄砂隔离层附着，应用时方便施工。

本发明的沥青瓦的上表面的一个侧边和下表面的两个侧边均设计了改性沥青自粘带，下表面改性沥青层的自粘带与基层之间的粘结性优异，强度大于3n/mm，确保了极好的抗风揭能力，抗风揭性能97km/h测试通过；施工铺贴沥青瓦时上一个沥青瓦的下自粘带与下一个沥青瓦的上自粘带之间的粘接性能比较优异，上自粘带与下自粘带之间的剥离强度大于2.0n/mm。

本发明的沥青瓦低温柔性好，克服了以往沥青瓦易老化开裂以及易破碎的缺点。

本发明的改性沥青与矿物粒料的粘附性较好，不会出现矿物粒料脱落的情况，保证了美观和抗老化性能，衰减小达到较长的防水寿命。

本发明使用的主要原材料皆为生产改性沥青防水卷材的普通原材料，材料来源方便且成本较低；而配方中阻燃剂的添加比例也较少，不会对改性沥青自粘层性能产生影响。

本发明实施例未尽之处，本领域技术人员可根据需要从现有技术选用。

以上公开的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以上述权利要求的保护范围为准。