CN101694114A - 与混凝土进行化学交联和物理卯榫协同粘结的防水卷材 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湿铺预铺防水卷材，是将改性沥青复合物在胎体上进行浸涂、控厚定型、覆膜、收卷等工艺制成的，所述的改性沥青复合物为改性沥青、增塑剂、抗氧化剂、功能性助剂和填充剂，制备方法是将基质沥青置于反应罐内，加入增粘剂、无规则聚乙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，混和均匀，升温，搅拌1.5-2h，接着把温度降到180℃左右，再将填料、增塑剂、抗氧化剂、功能助剂加到反应罐，搅拌0.5-1h，进行充分混合改性，然后输送到胶体磨，对物料进行反复研磨，再将改性好的沥青在胎体上进行浸涂、控厚定型、覆膜、收卷，便制备成性能优异的与混凝土进行化学交联及物理卯榫协同粘结(Chemical Bonding and Physical Crosslinking Synergism)的防水卷材，简称CPS防水卷材。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种防水卷材，特别是能与混凝土进行物理吸附卯榫作用还同时起到化学交联作用并牢固粘结在混凝土上的湿铺预铺防水卷材及其生产方法。
背景技术
常见的防水材料主要有涂料类和卷材类以及密封膏、止水条类，防水涂料用量较多的是聚氨酯、氯丁胶乳、聚合物水泥防水涂料，它们都有涂料使用的通病：如施工厚度不易控制；与基面牢固结合，易受基面裂缝而产生“0”伸缩开裂；大部分涂料不易在长期受水浸的环境中使用，也不易在阳光暴露的地方使用；特别是像聚氨酯类固化使用的防水涂料，对施工环境要求较高，如基面要求平整、干净、干燥，且要多次涂刷，施工周期长，在施工过程中易产生溶剂，污染环境。而卷材类的防水材料使用过程中最大的障碍是与基面的粘结问题，如价格昂贵性能优异的三元乙丙橡胶防水卷材是通过涂胶与基面粘结，胶黏剂的使用寿命较短，造成卷材与基面粘结失效产生串水、漏水等现象；SBS、APP改性沥青类防水卷材采用热熔施工与基层粘结，由于火焰温度不均匀，难以保证卷材与基面的粘结效果，而且热熔施工易受环境影响，基面潮湿或粉尘过多，会使粘结失效，产生串水现象；普通湿铺/预铺卷材通过水泥砂浆可以与基面进行粘结，形成满粘结构，但这种满粘结构是由物理吸附和卯榫作用形成，粘接可逆，当受到环境湿热循环、水汽溶胀、基层运动等因素影响时，满粘也会逐步失效，最终还是会产生串水漏水问题；复合织物的高分子片材采用水泥砂浆粘结，在粘结的过程中水泥砂浆难以浸透片材表面织物，且织物易受水泥砂浆的腐蚀使片材脱离基层，失去防水功效。涂料和普通卷材的这些在应用过程中产生的缺陷，是有材料自身结构特点决定的，是它们固有的缺陷，是难以解决的。近年来一些公开文献报道了一些能够改进粘结性能的卷材，例如：
1、中国专利申请号：01227536.0名称：反铺式防水卷材，公开(公告)号：CN2487802申请(专利权)人：王慧蓉，地址：台湾台北市龙江路243巷7号2楼，发明(设计)人：王慧蓉，进入国家日期：2000.01.01，摘要：一种反铺式防水卷材，主要包括一高密度聚乙烯膜层及一离型纸，其特征是该硬质的高密度聚乙烯膜层上复合一受压可自动黏合的树脂黏着层，在树脂黏着层上复合一保护涂料的覆盖层，于覆盖层上设有具保护作用的离型纸，施工时只要将硬质高密度聚乙烯膜层反贴铺设在单面模外缘或地坪外缘上，在撕开离型纸、并浇筑混凝土后，树脂黏着层即因与混凝土产生化学反应作用，而强力附着于结构混凝土面，使水气无孔隙可渗入，而达到防水功效。
2、中国专利申请号：200610036336.9，名称：一种自粘胶、高分子自粘防水卷材及制造工艺，公开(公告)号：CN1900207，申请(专利权)人：秦雪辰，地址：广东省珠海市吉大海湾花园8幢6C发明(设计)人：秦雪辰，摘要：一种自粘胶，该自粘胶包括重交沥青、SBS橡胶、增粘剂，其特征是还包括SIS橡胶、顺酐、三氯化铝、秋兰姆、氯化镁、硅酸钙。该自粘胶采用化学反应改性沥青技术路线进行配制，配胶温度为150℃～170℃，污染少，能耗少。不仅会很好地与经等离子体表面改性的高分子材料粘结，还可以与湿混凝土粘结牢固。该发明还公开了由该自粘胶制成的高分子自粘防水卷材及其制造工艺。该种制造工艺使自粘胶与主体材料层粘结牢固，人为方法无法剥离。
上述公开文献1报道的防水卷材在某些方面改进了与湿混凝土粘结性能，也提到了树脂黏着层即因与混凝土产生化学反应作用达到防水功效，但是使用高密度聚乙烯膜层卷材受到高温时强度低；文献2报道的自粘胶、高分子自粘防水卷材的组合物与混凝土基面粘结力不够大，粘结力不持久，操作不容易掌握。
发明内容
本发明的目的是提供能够克服现有技术的不足之处、研究一种除了与现浇混凝土发生物理作用、粘和性能好、还可以在现浇混凝土发生化学反应的湿铺预铺防水卷材及其生产方法，使它能彻底解决与基层粘结的问题和湿面施工的难题。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明的湿铺预铺防水卷材是将改性沥青复合物在胎体上进行浸涂、控厚定型、覆膜、收卷等工艺制成的，其改性沥青复合物的成分和重量份数含量如下：
改性沥青 30-50份；
增塑剂 1-3份；
抗氧化剂 0.2-1份；
功能性助剂 0.5-3份；
填充剂 30-70份。
以上所述的改性沥青是沥青加入增粘剂、无规则聚丙烯(APP)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)进行改性得到，所述的增粘剂是普通橡胶粉或丁苯橡胶(SBR)在180-230℃的高温下炼制得到，增粘剂的重量百分含量占改性沥青总重量的2-5％；无规则聚丙烯(APP)的重量百分含量占改性沥青总重量的2-5％；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)的重量百分含量占改性沥青总重量的2-10％。
以上所述的增塑剂是环烷酸丁酯。
以上所述的抗氧化剂是亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯。
以上所述的功能性助剂是聚甲基乙氧基硅烷或聚萘甲醛磺酸钠盐，或者两者的混合物。
以上所述的填充剂是重钙粉、滑石粉或石棉粉。
所述的胎体与现有卷材的胎体相同，如化学纤维织品、天然植物织品或复合纤维等。
本发明湿铺/预铺防水卷材的生产方法是：
将基质沥青置于反应罐内，加入增粘剂、无规则聚乙烯(APP)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)，混和均匀，再把温度升到200-210℃，搅拌1.5-2h，温度降至180℃左右，再将填料、增塑剂、抗氧化剂、功能助剂加到反应罐，搅拌0.5-1h，进行充分混合改性，然后输送到胶体磨，对物料进行反复研磨，再将改性沥青复合物在胎体上进行浸涂、控厚定型、覆膜、收卷等工艺，便制备成性能优异的CPS湿铺/预铺防水卷材。
本发明与现有沥青卷材相比，其突出的实质性特点和显著的进步是：
1、采用特殊的改性剂使得改性沥青具有较好的稳定性和耐久性，不容易开裂，延长使用寿命，成本较低。改性剂内的SBS苯乙烯类热塑性弹性体是成本最低、应用较广的一个品种，是以苯乙烯、丁二烯为单体的三嵌段共聚物，兼有塑料和橡胶的特性，被称为“第三代合成橡胶”，与丁苯橡胶相似，SBS可以和水、弱酸、碱等接触，具有优良的拉伸强度，表面摩擦系数大，低温性能好，电性能优良，加工性能好等特性，成为目前消费量最大的热塑性弹性体。
2、采用抗氧化剂亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯以及功能性助剂：聚甲基乙氧基硅烷或聚萘甲醛磺酸钠盐，或者两者的混合物，能够与现浇混凝土发生化学反应，两者之间在催化体系作用下形成化学键，使卷材牢固地与混凝土或水泥界面结合；同时水泥在固化过程中，消耗大量的水，导致在水泥与自粘卷材间形成局部封闭的体系中产生负压，以及水泥的固化放热，促进自粘胶的蠕变，使其深入到混凝土的毛细管或孔隙中，形成物理卯榫作用，达到可靠的粘结效果；自粘胶层渗透到混凝土的毛细管或孔隙中的同时，增大了自粘胶与混凝土接触的面积，促进自粘胶层与混凝土形成更多的离子键，而起到“化学交联-物理卯榫的协同效应”(Chemical Bonding and Physical Crosslinking Synergism，简称CPS)，使基面与自粘层形成“互穿网络式”界面结构，从而使粘接更为牢靠，使它能彻底解决与基层粘结的问题和湿面施工的难题。
以下我们阐述本发明湿铺/预铺防水卷材与水泥或混凝土的反应和粘结机理：
带改性胶料层的卷材在进行湿铺或预铺时与水泥砂浆或混凝土的粘结的机理主要包含两个方面：
1.卷材与水泥浆料发生化学反应形成交联结构而产生粘结。
当卷材铺贴于水泥浆料的表面后，水泥的主要成分硅酸三钙在常温下开始水化反应生成水化硅酸钙(C-S-H凝胶)和氢氧化钙，化学反应方程式如下：
3CaO·SiO2+nH2O＝xCaO·SiO2·yH2O+(3-x)Ca(OH)2
在水泥水化反应形成的CSH凝胶中存在Si-OH基团，与水泥浆料接触的下表面胶层中含有聚甲基乙氧基硅烷，它与水接触后发生水解反应，生成具有反应活性的羟基(带*的基团表示可以反应的活性羟基)，
此活性羟基与CSH凝胶中有Si-OH基团中的羟基发生反应，生成醚键，使水化硅酸钙凝胶与卷材表层形成化学键而牢固链接在一起。这两种基团发生的化学反应如下(圆圈中的部分表示与CSH凝胶形成的醚键)：
在水泥固化形成水化硅酸钙的过程中，卷材中的另一种改性剂聚萘甲醛磺酸钠盐，可以通过极性基团-SO3 2-与Ca2+键结，而Ca2+的另一端与-O-Si-O-键连接，最后形成一个离子型交联结构。
胶料中由于存在功能活性助剂，它们的活性基团能与水泥在水化过程中形成交联，使卷材与水泥浆料或混凝土牢固粘结，这种粘结作用非常牢固，受卷材的使用环境因素较小，因而它能较持久地粘结在基面上，并与基面形成满粘结构，胶料中的两种改性剂因而与水化硅酸钙键合形成的交联结构。
2.卷材胶料层在水泥固化过程中产生物理吸附和卯榫作用而与基面形成粘结。
水泥浆料遇水发生水化反应，生成的水化产物聚集在水泥颗粒的表面形成凝聚薄膜。表面形成可塑性的凝胶薄膜式水泥浆料，保证其具有良好的流动性，能填补界面层微观上凹凸不平的缺陷，通过挤压使卷材和水泥浆料之间形成微观上的完全润湿。胶层和水泥浆料充分润湿后，使胶层表面张力与水泥浆料表面张力接近，从而使两者紧密结合，产生物理吸附作用。
与此同时，水分不断深入凝胶薄膜层进行化学反应，使薄膜层向内增厚；通过薄膜层向外扩散的水化物聚集在膜层外侧使膜层向外增厚。由于水分渗入膜层内部的速度大于水化物向外扩散的速度，因而产生渗透压力，膜层内部水化物的饱和溶液向外突出造成膜层破裂。膜层的破裂使水化物与水迅速而广泛地接触，反应又加速，生成较多量的水化硅酸盐凝胶、氢氧化钙和水化硫酸钙等水化物，它们之间相互接触生长到一定程度后，浆体会完全失去可塑性，建立起相互缠绕的网状结构，并在网状结构内不断产生水化物，之后浆体逐渐产生强度而进入硬化形成硬化水泥石。在这个过程中，水泥固化消耗大量的水，导致在水泥与自粘卷材间形成局部封闭的体系中产生负压，以及水泥的固化放热，促进自粘胶的蠕变，使其深入到混凝土的毛细管或孔隙中，形成物理卯榫结构，达到可靠的粘结效果；自粘胶层渗透到混凝土的毛细管或孔隙中的同时，增大了自粘胶与混凝土接触的面积，促进自粘胶层与混凝土形成的卯榫结构上生成更多的化学键，而起到“化学交联-物理卯榫的协同效应”，使基面与自粘层形成“互穿网络式”界面结构，从而达到结合紧密、牢固、不可逆的“皮肤式”粘结效果技术。彻底解决改性沥青卷材与基面粘结力不够大，粘结力不持久，易受环境影响的问题，实现了卷材与基面形成粘结不可逆、不受损一体式的防水结构层。
与现有技术相比，本发明除了具有自粘·普通湿铺/预铺卷材“蠕变抗裂性、自愈合性、湿粘接性、防串水性、施工便宜性”等优点外，更凸显了它在混凝土界面粘结方面独特的优势：
①粘接力更大：它不仅有物理吸附和卯榫作用，而且在深入基层的卯榫部位产生化学键合作用，使卯榫和化学交联两种作用协同进行，让粘结更为牢靠。即使卷材表层发生破坏，粘结基面的界面也不会受损而产生串水漏水现象。
②粘结不可逆：由于相关部位存在化学键合作用，这种粘结是不可逆的。要想取走或剥离防水层，是不可能做到的。除非破坏卷材，铲平卷材与基层粘结的界面。
③粘结刚柔相济：通过物理吸附和卯榫作用形成柔性粘结，以消除由于基层变化产生的应力，而通过化学键产生的刚性粘结，使界面层有足够的粘结强度，能有效抵抗外界应力的破坏。
④粘接更持久：物理吸附和卯榫往往在溶剂、水汽或基面热胀冷缩的作用下，产生解吸附和脱卯榫的过程，从而使粘结力下降，失去永久封闭的防水效果。而通过“CPS”技术产生的粘结，由于在卯榫部位存在化学键合作用，不受湿热循环、水汽溶胀、基层运动影响，而持久地产生粘附效果，使卷材的防水寿命与主体层相同。
⑤接边更可靠：湿铺时可以直接采用湿接边，施工便捷，接边牢固。
本新发明产品可广泛应用于建筑物的屋面、地下室等防水，强度高、耐久，特别适用于隧道、人防工程的防水。
具体实施方式
实施例1
将3000公斤基质沥青置于反应罐内，加入200公斤增粘剂普通橡胶粉、200公斤无规则聚丙烯(APP)和300公斤苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)，混和均匀，再把温度升到200-210℃，搅拌1.5-2h，接着把温度降到180℃左右，再将3000公斤填料重碳酸钙粉、100公斤增塑剂环烷酸丁酯、50公斤抗氧化剂亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、60公斤功能助剂聚甲基乙氧基硅烷加到反应罐，搅拌0.5-1h，进行充分混合改性，然后输送到胶体磨，对物料进行反复研磨，再将改性沥青复合物在聚酯胎体上进行浸涂、控厚定型、覆膜、收卷等工艺，便制备成性能优异的CPS湿铺/预铺防水卷材。
实施例2
将5000公斤基质沥青置于反应罐内，加入150公斤增粘剂丁苯橡胶和普通橡胶粉的混合物、300公斤无规则聚丙烯(APP)和500公斤苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)，混和均匀，再把温度升到200-210℃，搅拌1.5-2h，接着把温度降到180℃左右，再将2000公斤填料重碳酸钙粉和2000公斤滑石粉、300公斤增塑剂环烷酸丁酯、80公斤抗氧化剂亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、80公斤功能助剂聚萘甲醛磺酸钠盐加到反应罐，搅拌0.5-1h，进行充分混合改性，然后输送到胶体磨，对物料进行反复研磨，再将改性沥青复合物在玻璃纤维胎体上进行浸涂、控厚定型、覆膜、收卷等工艺，便制备成性能优异的CPS湿铺/预铺防水卷材。
实施例3
将2000公斤基质沥青置于反应罐内，加入100公斤增粘剂普通橡胶粉、150公斤无规则聚丙烯(APP)和200公斤苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)，混和均匀，再把温度升到200-210℃，搅拌1.5-2h，接着把温度降到180℃左右，再将1000公斤填料重碳酸钙粉和1000公斤石棉粉、200公斤增塑剂环烷酸丁酯、50公斤抗氧化剂亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、70公斤功能助剂聚萘甲醛磺酸钠盐加到反应罐，搅拌0.5-1h，进行充分混合改性，然后输送到胶体磨，对物料进行反复研磨，再将改性沥青复合物在复合纤维胎体上进行浸涂、控厚定型、覆膜、收卷等工艺，便制备成性能优异的CPS湿铺/预铺防水卷材。
实施例4
将4000公斤基质沥青置于反应罐内，加入400公斤增粘剂普通橡胶粉、300公斤无规则聚丙烯(APP)和200公斤苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)，混和均匀，再把温度升到200-210℃，搅拌1.5-2h，接着把温度降到180℃左右，再将3000公斤填料重碳酸钙粉、100公斤增塑剂环烷酸丁酯、50公斤抗氧化剂亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、30公斤功能助剂聚甲基乙氧基硅烷和30公斤聚萘甲醛磺酸钠盐聚甲基乙氧基硅烷加到反应罐，搅拌0.5-1h，进行充分混合改性，然后输送到胶体磨，对物料进行反复研磨，再将改性沥青复合物在聚酯胎体上进行浸涂、控厚定型、覆膜、收卷等工艺，便制备成性能优异的CPS湿铺/预铺防水卷材。
实施例5
将1500公斤基质沥青置于反应罐内，加入250公斤增粘剂丁苯橡胶、300公斤无规则聚丙烯(APP)和200公斤苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)，混和均匀，再把温度升到200-210℃，搅拌1.5-2h，接着把温度降到180℃左右，再将1000公斤填料重碳酸钙粉和500公斤石棉粉、150公斤增塑剂环烷酸丁酯、30公斤抗氧化剂亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、60公斤功能助剂聚萘甲醛磺酸钠盐加到反应罐，搅拌0.5-1h，进行充分混合改性，然后输送到胶体磨，对物料进行反复研磨，再将改性沥青复合物在玻璃纤维胎体上进行浸涂、控厚定型、覆膜、收卷等工艺，便制备成性能优异的CPS湿铺/预铺防水卷材。
本发明的力学、物理、化学性能检测指标(见以下表1和表2)：
本发明产品经检查其抗撕裂性能为国家标准3倍以上，其他性能符合GB/23457-2009要求。
表1预铺防水卷材物理力学性能，(执行标准GB/23457-2009)
表2，湿铺防水卷材物理力学性能(执行标准GB/23457-2009)
Claims (5)
1.一种湿铺预铺防水卷材，是将改性沥青复合物在胎体上进行浸涂、控厚定型、覆膜、收卷等工艺制成，其特征在于：该防水卷材是具有与混凝土进行化学交联及物理卯榫协同粘结的防水卷材，简称CPS防水卷材，其改性沥青复合物的成分和重量份数含量如下：
改性沥青 30-50份；
增塑剂 1-3份；
抗氧化剂 0.2-1份；
功能性助剂 0.5-3份；
填充剂 30-70份；
所述的改性沥青是沥青加入增粘剂、无规则聚乙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物进行改性得到，所述的增粘剂是普通橡胶粉或丁苯橡胶在180-230℃的高温下炼制得到，增粘剂的重量百分含量占改性沥青总重量的2-5％；无规则聚丙烯的重量百分含量占改性沥青总重量的2-5％；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的重量百分含量占改性沥青总重量的2-10％；
所述的功能性助剂是聚甲基乙氧基硅烷或聚萘甲醛磺酸钠盐，或者两者的混合物。
2.根据权利要求1所述的湿铺预铺防水卷材，其特征在于：所述的增塑剂是环烷酸丁酯。
3.根据权利要求1所述的湿铺预铺防水卷材，其特征在于：所述的抗氧化剂是亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯。
4.根据权利要求1所述的湿铺预铺防水卷材，其特征在于：所述的填充剂是重钙粉、滑石粉或石棉粉。
5.一种如权利要求1所述的湿铺预铺防水卷材的生产方法，其特征在于：将基质沥青置于反应罐内，加入增粘剂、无规则聚乙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，混和均匀，再把温度升到200-210℃，搅拌1.5-2h，接着把温度降到180℃左右，再将填料、增塑剂、抗氧化剂、功能助剂加到反应罐，搅拌0.5-1h，进行充分混合改性，然后输送到胶体磨，对物料进行反复研磨，再将改性好的沥青在胎体上进行浸涂、控厚定型、覆膜、收卷，便制备成性能优异的CPS湿铺、预铺防水卷材。
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