高分子改性沥青材料、金刚砂覆面沥青、反粘防水卷材的制作方法

1.本发明涉及c09j，更具体地，本发明涉及高分子改性沥青材料、金刚砂覆面沥青、反粘防水卷材。


背景技术：

2.地下防水工程是建筑施工的一个重要施工环节，采用传统sbs改性沥青防水材料作为防水层在建筑出现渗漏时维修比较困难，往往找不到渗漏源，而且地下室防水工程的成功与否涉及到建筑物是否能完美的投入运用。采用传统sbs改性沥青防水材料铺设于垫层，然后做保护层，再浇筑结构底板。防水层没有与结构底板形成粘接。当防水层受到破环时，地下水就会在防水层与结构层之间发生窜流。由于结构底板采用的是多孔性非均质材料，在浇筑过程中因振捣不实产生蜂窝孔洞，以及地基不均匀沉降造成的结构裂缝等原因，串流于防水层和结构层之间的水分就会沿结构混凝土的缝隙、孔洞等缺陷进入到结构内部，造成渗漏。这种情况即使在内部维修，也很难判定防水层的渗漏处。
3.预铺防水卷材具有能够与浇筑其表面的混凝土结构粘结密实、不窜水,并且施工方便快捷、等优势,因此得到了越来越多专业防水设计人员的认可。目前在国内轨道交通地下防水工程中,预铺防水卷材的用量占所有防水卷材总用量的90％左右。但在设计、施工、防水材料和防水工程质量控制方面也存在一些容易混淆、操作失误之处、及材料不足之处,防水质量也不尽如人意，cn110406187a公开了arf-999金钢甲高分子预铺防水卷材，得到的高分子预铺防水卷材密实度更佳，具有好的防水、粘结性。
4.但是预铺反粘中高分子自粘胶膜在工地上用量最大，问题也比较突出，在高分子自粘胶膜上进行吊运钢筋，绑扎钢筋等工序时很容易把卷材损坏，防水层一旦破坏，水到处窜流，不易找到渗透点，维修十分困难，甚至可能导致防水层整体失效，要解决这一难题，需要开发一种满足预铺反粘要求并且抗穿透能力强等多方面要求的预铺卷材。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了一种高分子改性沥青材料，所述高分子改性沥青材料的制备原料按重量百分数计，包括：
6.余量沥青、5～6wt％高分子聚合物、1～2wt％分散剂、5～6wt％矿物填充剂。
7.在一种实施方式中，所述沥青的原油为中间基原油或环烷基原油。发明人发现，用于防水卷材的沥青需要具有适宜的饱和烃(油分)、较多的树脂和胶质、适量的沥青质组成比例和＜2％的蜡含量，并形成溶－凝胶型的胶体结构，这种结构的沥青胶团之间相互有一定吸引力，这类沥青在常温下具有非常明显的弹性效应，故生产沥青的原油主要是选择环烷基原油和蜡含量较低的中间基原油。优选的，所述沥青中蜡含量小于2wt％。作为沥青的实例，可列举的有，山东金博从委内瑞拉进口的奥利原油加工的90#沥青(25℃的针入度为93 1/10mm，5℃的延伸度为40.5cm)、辽河油田90#(5℃的延伸度为18.7cm)、欢喜岭90#(25℃的针入度为92 1/10mm，5℃的延伸度为36.3cm)、克拉玛依90#(5℃的延伸度为22.7cm)、
兰炼90#(5℃的延伸度为7.8cm)、胜利90#(5℃的延伸度为7.6cm)、茂名90#(5℃的延伸度为11.5cm)。
8.在一种实施方式中，所述沥青在25℃的针入度为80～100 1/10mm，优选为90～100 1/10mm。目前沥青产品多为60#～100#，不同型号的沥青产品针入度不同，本发明通过添加90#的沥青，使其针入度为80～100 1/10mm左右，有利于后续金刚砂覆面和卷材的制备，但是该针入度范围难以实现沥青和高分子聚合物较好的相容，故目前国外一般含有部分缩合度高的芳烃的调和油来提高针入度为180-200 1/10mm，促进和高分子聚合物的相容。
9.沥青针入度是沥青的主要质量指标之一。是表示沥青软硬程度和稠度、抵抗剪切破坏的能力。测试方法为：在25℃和5秒时间内，在100克的荷重下，标准圆锥体垂直穿入沥青试样的深度为针入度，以1/10毫米为单位。沥青的延伸度是指沥青在外力作用下产生变形而不破坏，除去外力后仍能保持变形后的形状不变的性质，其中延伸度测试时试验速度为1cm/min。
10.在一种实施方式中，所述沥青在5℃的延伸度大于40cm，优选为30～50cm，更优选为38～45cm。而发明人发现，当控制沥青的低温延伸度较大时，来控制沥青中适宜的饱和烃(油分)和树脂的含量，可在不添加含芳烃油的情况下促进和聚合物的相容性，提高改性沥青的延伸和粘结性能。
11.作为高分子聚合物的实例，包括但不限于，热塑性弹性体，如苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体(sbs)；合成橡胶，如丁苯橡胶(sbr)及其乳液、氯丁橡胶乳液等即有采用；树脂类，如apao等聚烯烃材料，低密度聚乙烯(ldpe)，热塑性聚烯烃(tpo)、高密度聚乙烯等。更优选为热塑性聚烯烃(tpo)，本发明不对tpo作具体限定，可列举的有，埃克森的cmu201、cmu205、美国巴塞尔779p e1750 bk、陶氏杜邦的tpo 8401、tpo 8842、tpo 8411。
12.而发明人发现，选择合适的高分子聚合物，如热塑性聚烯烃tpo，和较高低温延伸率的沥青具有好的适配性，当混合时可以促进在沥青中的溶胀，有利于后续细化，促进形成较好分散的体系，且相比于sbs等聚合物，提高耐高温和耐低温性能的同时，tpo的添加提高耐酸、耐碱和耐盐性，避免sbs等的添加使得在耐化学性能指标根本满足不了地下规范使用年限的要求，且发明人还发现，需要控制高分子聚合物用量，当用量较低时，会影响改性沥青材料的耐腐蚀和盐雾等性能。
13.在一种实施方式中，所述分散剂选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯共聚物中的一种或多种，优选为聚乙烯吡咯烷酮，本发明不对聚乙烯吡咯烷酮做具体限定，可选自k值在15～90的聚乙烯吡咯烷酮，更优选为k值在20～40的聚乙烯吡咯烷酮，可列举的有，pvp k-20、pvp-25、pvp k-30、pvp k-35、pvp k-40。
14.此外，发明人发现，聚合物对沥青的改性效果和溶胀后剪切性能的粒子的粒径和分散均匀性有关，而在剪切过程中，通过添加分散剂，发明人发现，可以和聚合物烯烃长链作用，减少剪切过程中聚合物粒子尺寸增加的同时，其环状基团也有利于促进聚合物随着分散剂的分散，提高粒子分布均匀性，从而进一步促进沥青和聚合物的相容，达到高的耐温和耐化学、粘合作用。
15.本发明提供的矿物填充剂为石粉或煤粉灰，优选为石粉，其中石粉为矿质石料经粉碎加工而成的细微颗粒。本发明所述石粉可为云母粉、碳酸钙、滑石粉、石英粉、白云石粉等，优选为云母粉，更优选为目数为150～250目的矿物填充剂。
16.通过添加矿物填充剂进行补强的同时，发明人发现，使用合适的片状填料，如云母在剪切过程中，可形成插层改性沥青材料，促进和后续覆面中sio2晶体的结合，进一步减少水的渗入或酸碱等的腐蚀，且发明发现，插层结构的形成也有利于促进阻隔聚合物和分散剂复合粒子的结合，进一步促进聚合物粒子的分布均匀性，提高耐温、耐水、耐化学性能，促进和金刚砂覆面和基材的粘结紧密度。
17.在一种实施方式中，所述改性沥青材料的制备原料按重量百分数计，还包括1～2wt％微胶囊自修复填料；微胶囊自修复填料是微量物质包裹在聚合物薄膜中形成的填料。
18.在一种实施方式中，所述微胶囊自修复填料的粒径为0.25～1000μm，优选为5～300μm。当微胶囊粒径小于5μm时，因布朗运动加剧而不容易收集；当粒径大于300μm时，其表面摩擦系数会突然下降而失去微胶囊作用。在一种实施方式中，所述微胶囊自修复填料的胶囊膜壁厚为1-30μm，不做具体限定。
19.微胶囊自修复法是一类模拟生物体内自愈合机理，以物质补给方式进行的自修复手段。这是采取囊壁包覆囊芯的手段，在材料产生微裂纹时，对微胶囊产生刺激，囊壁破裂，释放出囊芯材料，囊芯材料遇到分散在体系内的催化剂(固化剂)，在微裂纹出发生反应，改善基体性能、延缓材料损伤、延长材料寿命。本发明不对微胶囊自修复填料做具体限定，只要适用于沥青自修复即可。
20.所述高分子改性沥青材料的制备方法不做具体限定，包括：将沥青加热至130～170℃后，加入高分子聚合物，搅拌1～4h，升温至190～195℃，分2～3次加入分散剂，加入间隔时间为0.5～1.5h后，得到的胶体经研磨后，加入矿物填充剂和微胶囊自修复填料，在180～185℃出料。所述研磨中，研磨时间为50～60min，研磨的温度为175～190℃。
21.本发明提供的改性沥青材料的制备原料还可包括抗氧剂、热稳定剂、增韧剂、粘结剂等多种加工助剂，不做具体限定。
22.本发明第二个方面提供一种金刚砂覆面沥青，所述高分子改性沥青材料上表面设有二氧化硅晶体层，所述二氧化硅上方设有纳米氟碳材料层，所述二氧化硅晶体的目数为20～120目，二氧化硅晶体经过纳米氟碳材料处理，本发明使用的二氧化硅晶体层和纳米氟碳材料层均为阿尔法新材料江苏有限公司市售的arf防水卷材中的二氧化硅晶体层和纳米氟碳材料层，不做具体限定。
23.本发明所述纳米氟碳材料是指以氟树脂为主要成膜物质的涂料。作为纳米氟碳材料的实例，可列举的有，聚四氟乙烯(ptfe)、聚全氟丙烯(fep)、聚偏二氟乙烯树脂(pvdf)、三氟氯乙烯共聚物(feve)，优选为pvdf、feve，本发明纳米氟碳材料可为固体涂料，如feve粉体氟碳涂料，也可为液体涂料，如pvdf液体氟碳涂料，不做具体限定。
24.发明人发现，通过在改性沥青材料表面二氧化硅晶体上覆有碳氟材料，可提高二氧化硅和改性沥青材料的粘结力，此外通过金刚砂覆面，在施工过程中与混凝土水化过程中，吸收晶体中的活性分子，与混凝土中的硅酸三钙、硅酸二钙反应生成硅酸盐晶状物质，深度结合，使防水层与混凝土达到高强稳定的满粘效果，有效的防止自由水侵入结构层，保护和延长建筑物的寿命。
25.本发明第三个方面提供一种反粘防水卷材，从上到下包括金刚砂覆面沥青、胎基。所述金刚砂覆面沥青远离二氧化硅的面和胎基粘结。
26.作为胎基的实例，可列举的有，长纤聚酯无纺布、聚乙烯膜、玻璃纤维毡，优选为聚
酯加密胎基，如250克(横向拉力为875n/50mm、纵向拉力为1020n/50mm、横向延伸率为45％、纵向延伸率为48％)、300克(横向拉力为973n/50mm、纵向拉力为1120n/50mm、横向延伸率为45％、纵向延伸率为51％)、350克(横向拉力为1120n/50mm、纵向拉力为1360n/50mm、横向延伸率为52％、纵向延伸率为53％)、320克(横向拉力为1320n/50mm、纵向拉力为1570n/50mm、横向延伸率为58％、纵向延伸率为62％)加密胎，优选为纵横向拉力大于等于1000n/50mm的聚酯加密胎基。
27.在一种实施方式中，所述胎基的下方依次设有沥青粘结料、隔离材料。
28.作为沥青粘结料的实例，可以和改性沥青材料的制备原料相同或不同，其中沥青粘结料相比于改性沥青材料，可不添加矿物填充剂。
29.作为隔离材料的实例，可列举的有，粉状材料和塑料薄膜作为隔离材料，如滑石粉、pe膜、矿物颗粒或片料、金属箔，优选为0.01mm厚pe防护膜。
30.本发明所述防水卷材成型方法包括胎基展开和搭接、胎基烘干、胎基浸渍和涂盖改性沥青材料、冷却、覆二氧化硅晶体、卷曲等工艺，其中二氧化硅晶体需要在沥青材料冷却后添加，避免二氧化硅渗入沥青材料，本发明不对冷却温度做具体限定，可根据二氧化硅目数和沥青材料原料的选择进行调控。
31.本发明通过提供一种防水卷材，主要性能均超过标准《gb/t23457-2017》p类、py类的主要指标，特别是在抗窜水性达到1.2mpa，抗穿刺性、拉伸性能、钉杆撕裂强度均超过标准要求2倍以上，与后浇混凝土的剥离强度性能中无处理、抗紫外线处理超越标准要求2-3倍以上，并且卷材的搭接边粘接强度是标准的5倍以上，适用于预铺防水卷材标准《gb/t23457-2017》p类、py类的应用性能，在施工应用耐磨损、防刮、防划、防戳、防烧、耐水、抗破坏等方面具有极高性能，免做附加层、施工简捷，适应复杂环境、与后浇混凝土粘结强度高，免设保护层。单层铺设即可达到一二级防水工程使用要求，成为预铺卷材技术领先水平。
32.且相较于目前防水卷材中充油的沥青材料，本发明提供的沥青材料通过以高分子为主的改性剂、分散剂、填充剂的添加，可在不添加芳烃油的情况下提高各组分的相容性和改性剂的溶胀、研磨剪切粒子的分散和混合，从而促进沥青材料和金刚砂覆面以及胎基的相互作用，仍可达到高的耐磨损、防刮、防划、防戳、防烧、耐水、抗破坏性能的同时，提高耐化性能，可用于预铺防水。
33.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
34.(1)本发明提供一种高分子改性沥青材料，通过添加热塑性聚烯烃等聚烯烃作为改性高分子，来提高改性理清材料耐高温性能的同时，可促进耐化性能的提高，促进在预铺防水卷材上的使用，提高卷材的粘结性。
35.(2)且通过添加分散剂和填料等，可促进高分子在沥青中研磨过程中分散效果，尤其是使用合适的分散剂，并控制高分子和沥青的选择，可在不添加油剂提高针入度的同时，促进分散效果，形成的沥青材料用在防水卷材中，满足预铺反粘要求的同时，具有高的抗穿透能力、抗撕裂能力和热、化学稳定性。
36.(3)且本发明提供的卷材具有很强的抵抗外界破坏能力：耐磨性能，防划性能，抵抗液体浸泡的能力等均有稳定良好的表现，卷材与卷材、卷材与基层有良好的搭结性能。
37.发明内容
38.图1～5为实施例3-7的检测报告。
39.图6～9为实施例3-8的检测报告。
具体实施方式
40.实施例
41.实施例1-1～1-2提供不同沥青制备得到的改性沥青材料
42.实施例1-1～1-2提供的改性沥青材料的制备原料按重量百分数计，包括：余量沥青、5.5wt％热塑性聚烯烃、1.5wt％分散剂、5.5wt％矿物填充剂、1.5wt％微胶囊自修复填料，所述热塑性聚烯烃购自陶氏杜邦的tpo 8401，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮pvp-25，矿物填充剂为200目的云母粉，微胶囊自修复填料购自basf巴斯夫型号msds。其中实施例1提供的沥青购自山东金博90#，实施例2提供的沥青购自辽河90#。
43.实施例1-1～1-2还提供改性沥青材料的制备方法，包括：将沥青加热至165℃后，加入高分子聚合物，搅拌1h，升温至190-195℃，分3次加入分散剂，加入间隔时间为1h后，得到的胶体经研磨后，加入矿物填充剂，在180～185℃出料。所述研磨中，研磨时间为60min，研磨的温度为175～190℃之间。
44.实施例1-1～1-2提供的改性沥青材料的性能如表1所示：
45.表1
[0046][0047]
从表1可知，采用低温针入度更高的沥青时，当采用高分子改性时，可得到更好性能的沥青材料。
[0048]
实施例1-1、1-3～1-6提供不同热塑性聚烯烃用量的改性沥青材料
[0049]
实施例1-3～1-6提供的改性沥青材料的制备原料和方法同实施例1，不同之处在于，实施例1-3～1-6中不同热塑性聚烯烃的重量百分数为4wt％、4.5wt％、5.0wt％、6.0wt％。
[0050]
实施例1-7、1-8提供不同沥青、热塑性聚烯烃种类的改性沥青材料
[0051]
实施例1-7提供的改性沥青材料的制备原料按重量百分数计，包括：余量沥青、5.5wt％热塑性聚烯烃、1.5wt％分散剂、5.5wt％矿物填充剂、1.5wt％微胶囊自修复填料，所述沥青购自山东金博90#，所述热塑性聚烯烃购自陶氏杜邦的tpo 8401，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮pvp-25，矿物填充剂为200目的云母粉，微胶囊自修复填料购自basf巴斯夫型号msds。
[0052]
实施例1-8提供的改性沥青材料的制备原料按重量百分数计，包括：余量沥青、5wt％热塑性聚烯烃、1wt％分散剂、5wt％矿物填充剂、1wt％微胶囊自修复填料，所述沥青
购自欢喜岭90#，所述热塑性聚烯烃购自陶氏杜邦的tpo 8842，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮pvp k-35，矿物填充剂为150目的云母粉，微胶囊自修复填料购自basf巴斯夫型号msds。
[0053]
实施例1-7、1-8还提供改性沥青材料的制备方法，包括：将沥青加热至165℃后，加入高分子聚合物，搅拌1h，升温至190-195℃，分3次加入分散剂，加入间隔时间为1h后，得到的胶体经研磨后，加入矿物填充剂和微胶囊自修复填料，在180～185℃出料。所述研磨中，研磨时间为60min，研磨的温度为175～190℃之间。
[0054]
实施例2-1、2-3～2-8提供分别包括实施例1-1、1-2～1-8改性沥青材料的金刚砂覆面沥青
[0055]
实施例2-1、2-3～2-8提供一种金刚砂覆面沥青，所述高分子改性沥青材料上表面设有二氧化硅晶体层，所述二氧化硅上方设有纳米氟碳材料层，所述实施例2-1、2-3～2-7的二氧化硅晶体层的二氧化硅目数为30目，所述纳米氟碳材料层为粉体氟碳涂料(feve)经200-220℃固化15-12min制备得到，实施例2-8的二氧化硅晶体层的二氧化硅目数为60目，所述纳米氟碳材料层为液体氟碳涂料(pvdf)经涂覆、232-249℃固化15-10min制备得到。
[0056]
实施例3-1、3-3～3-8提供分别包括实施例2-1、2-2～2-8金刚砂覆面沥青的反粘防水卷材
[0057]
实施例3-1、3-3～3-8提供的反粘防水卷材从上到下包括金刚砂覆面沥青、胎基、沥青粘结料、隔离材料，所述金刚砂覆面沥青中，纳米氟碳材料层的厚度为0.3mm、改性沥青材料层厚度为1.1mm，胎基为350克聚酯加密胎基，厚度为1.3mm、沥青粘结料厚度为1.3mm，隔离材料为pe防护膜，厚度为0.01mm。
[0058]
实施例3-1、3-3～3-8提供的所述防水卷材成型方法包括：胎基展开和搭接、胎基烘干、胎基浸渍和涂盖改性沥青材料后，冷却覆二氧化硅晶体、胎基卷曲等工艺，其中沥青粘结料和隔离材料依次涂盖在胎基远离改性沥青材料一面。
[0059]
所述3-1、3-3～3-7提供的沥青粘结料的制备原料和制备方法同实施例1-7，不同之处在于不包括矿物填充剂，实施例3-8提供的沥青粘结料的制备原料和制备方法同实施例1-8，不同之处在于不包括矿物填充剂。
[0060]
实施例3-1、3-3～3-6包含不同热塑性聚烯烃用量的改性沥青材料的防水卷材耐化性能测试
[0061]
实施例3-1、3-3～3-6提供防水卷材放在温度为(23
±
2)℃，相对湿度为(50
±
5)％的养护室内调节24h。将卷材裁切成300*50mm试件，分别进行耐酸、耐碱、耐盐测试，测试条件如表2所示，测试时间为168h，到期后将样品用清水冲洗干净、擦干，在(23
±
2)℃的环境中放置24h后进行试验。
[0062]
表2
[0063][0064]
分别测试每个实施例横向和纵向拉伸性能变化率，每个方向测试5个样品，取测试
前后的纵向伸长率保持率平均值作为测试结果，其中拉伸测试方法为：将试件夹在微机控制电子万能试验机上，夹具间距离为(200
±
2)mm，恒定速度为(100
±
10)mm/min测试，测试结果见表3。
[0065]
表3
[0066]
实施例热塑性聚烯烃(tpo)添加量耐酸性耐碱性耐盐性3-34.0％78％76％81％3-44.5％86％83％86％3-55.0％91％95％93％3-15.5％95％97％98％3-66.0％97％98％98％
[0067]
发现通过增加tpo用量，可提高改性沥青材料的耐化学性能，且当tpo用量大于等于4％，尤其是大于等于4.5％时，以满足企标中80％耐化学性的要求，其耐化性能已经很高，且随着tpo用量进一步增加，耐化性能增加幅度减缓，故从成本考虑，tpo加入量适量即可。
[0068]
实施例3-1、3-5～3-8提供的防水卷材物理性能
[0069]
实施例3-1、3-5～3-8提供的防水卷材满足预铺防水卷材的物理性能指标，其中性能指标如表4所示。
[0070]
表4
[0071]
[0072][0073]
其中实施例3-7、3-8分别率委保托持国率家建筑材料工业建筑维护材料及管道产品质量监督检验实验中心，和国家建筑装修材料质量安全监督检测中心检测，检测结果如图1～9所示。
[0074]
从上述测试结果可知，本发明提供的改性沥青材料可用在防水卷材中，主要性能均超过标准《gb/t23457-2017》的p类、py类的主要指标，特别是在抗窜水性达到1.2mpa，抗穿刺性、拉伸性能、钉杆撕裂强度均超过标准要求2倍以上，与后浇混凝土的剥离强度性能中无处理、抗紫外线处理超越标准要求2-3倍以上，并且卷材的搭接边粘接强度是标准的5倍以上，具有高的耐磨损、防刮、防划、防戳、防烧、耐水、抗破坏等性能方面具有极高性能，施工简捷、适应复杂环境，即便在一二级防水工程单层使用时也可达到防水要求。