CN115678149A - 一种高分子防水卷材及其生产方法、应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于防水材料技术领域，具体涉及一种高分子防水卷材及其生产方法、应用。本发明提供的高分子防水卷材的原料包括高密度聚乙烯30~50份、线性低密度聚乙烯30~50份、三元乙丙橡胶26~38份、丁基橡胶19~29份、聚醋酸乙烯酯19~29份、填充剂13~19份、三聚氰胺盐6~10份、抗氧剂3~5份和交联剂3~5份。该高分子防水卷材具有优异的拉伸变形性能、耐穿刺性和抗冲击能力，能够减少隧道施工带来的损伤，降低渗漏水风险，适用于作为隧道衬砌防水材料。

Description

一种高分子防水卷材及其生产方法、应用

技术领域

本发明属于防水材料技术领域，具体涉及一种高分子防水卷材及其生产方法、应用。

背景技术

隧道工程为了保证运营使用中的稳定、安全、美观，一般采用二次衬砌，并在初期支护与二次衬砌间设置环向排水盲沟（管）及防水层，以确保隧道的不渗不漏。防水卷材是铺设防水层的常用材料，在隧道衬砌的防水施工过程中容易面临以下问题：一方面，由于隧道施工无法确保防水层铺设基面的平整，当初级支护的表面凹凸明显时，二次衬砌产生的挤压作用使防水卷材受到的拉力有可能使其断裂，并且隧道完成二次衬砌后，伴随软弱围岩的蠕变压力、膨胀性地压等变化所带来的应力调整，初级支护会发生收缩并同样对防水卷材造成挤压而产生拉伸作用；另一方面，初级支护的混凝土层面上存在大量锚喷支护时遗漏的尖锐状锚杆头，容易刺破防水卷材。上述问题均会对防水卷材造成损伤而导致渗漏水风险。因此，用于初期支护与二次衬砌间的防水卷材需要具有良好的拉伸变形性能以及耐穿刺、抗冲击性能，以减少隧道施工过程对防水卷材的破坏。但目前现有的高分子防水卷材多由聚乙烯材料制成，屈服伸长率较低，且耐穿刺和抗冲击能力欠佳，难以有效预防上述问题带来的渗漏水风险。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种高分子防水卷材及其生产方法和应用。本发明提供的高分子防水卷材具有良好的拉伸变形性能、耐穿刺性和抗冲击能力，能够减少隧道施工带来的损伤，降低渗漏水风险。

为达到上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种高分子防水卷材，由包括以下质量份数的原料制备而成：

高密度聚乙烯 30~50份；

线性低密度聚乙烯 30~50份；

三元乙丙橡胶 26~38份；

丁基橡胶 19~29份；

聚醋酸乙烯酯 19~29份；

填充剂 13~19份；

三聚氰胺盐 6~10份；

抗氧剂 3~5份；

交联剂 3~5份。

本发明通过高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯在上述比例下的配合使用，有助于提高所得防水卷材的韧性和强度。

三元乙丙橡胶具有良好的耐老化、耐化学品性能，但加工性能欠佳。本发明通过高密度聚乙烯、丁基橡胶与三元乙丙橡胶的配合，使该防水卷材的加工性和施工性均得以提升。

聚醋酸乙烯酯、三聚氰胺盐以及交联剂的使用，提高了高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、三元乙丙橡胶和丁基橡胶的连接性能，进而提升了所得高分子防水卷材的致密性以及抗拉伸、耐撕裂性能。

填充剂能够降低生产过程中的加工粘度，有利于加工的顺利进行，并同时提高所得高分子防水卷材的机械性能，提高刺破强度。

经实验验证，该高分子防水卷材通过以上成分的配合，使其具有优异的拉伸变形性能、耐穿刺性和抗冲击能力，能够减少隧道施工带来的损伤，降低渗漏水风险。

优选地，所述高分子防水卷材由包括以下质量份数的原料制备而成：

高密度聚乙烯 35~45份；

线性低密度聚乙烯 35~45份；

三元乙丙橡胶 29~35份；

丁基橡胶 22~26份；

聚醋酸乙烯酯 22~26份；

填充剂 15~17份；

三聚氰胺盐 7~9份；

抗氧剂 3.5~4.5份；

交联剂 3.5~4.5份。

进一步优选地，所述高分子防水卷材由包括以下质量份数的原料制备而成：

高密度聚乙烯 40份；

线性低密度聚乙烯 40份；

三元乙丙橡胶 32份；

丁基橡胶 24份；

聚醋酸乙烯酯 24份；

填充剂 16份；

三聚氰胺盐 8份；

抗氧剂 4份；

交联剂 4份。

结合第一方面，所述高密度聚乙烯的熔融指数为0.3~1.0g/10min，所述线性低密度聚乙烯的熔融指数为1.5~2.5g/10min。

结合第一方面，所述三元乙丙橡胶的熔融指数为70~90g/10min。

结合第一方面，所述填充剂选自白炭黑、炭黑、纳米蒙脱土、云母片、高岭土、滑石粉、改性滑石粉、钛白粉和碳酸钙中的至少一种，粒径为100~400目。

优选地，所述填充剂为改性滑石粉，所述改性滑石粉的制备方法为：按1:4~5的质量比将滑石粉与草酸水溶液混合20~40min，干燥后加入乙烯基三（β-甲氧乙氧基）硅烷和双硬脂酰酒石酸钠二酯，所述乙烯基三（β-甲氧乙氧基）硅烷和双硬脂酰酒石酸钠二酯的总质量为所述滑石粉质量的0.03~0.07倍，所述乙烯基三（β-甲氧乙氧基）硅烷和双硬脂酰酒石酸钠二酯的质量比为2~3:1。

优选地，草酸水溶液的质量百分浓度为20%~40%。

结合第一方面，所述三聚氰胺盐为三聚氰胺盐酸盐、三聚氰胺硫酸盐、三聚氰胺硝酸盐、三聚氰胺草酸盐或三聚氰胺乙酸盐。

结合第一方面，所述交联剂选自过氧化二异丙苯、苯乙烯、丙烯腈或乙二醛。

优选地，所述交联剂为过氧化二异丙苯。

结合第一方面，所述抗氧剂选自四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯、2,2’-亚甲基双（4,6-二叔丁基苯酚）、2,6-二叔丁基对甲酚、N-苯基-N-异丙基对苯二胺、β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸十八碳醇、二异辛基对苯二胺中的至少一种。

结合第一方面，所述高分子防水卷材的原料还包括网格骨架材料，如玻璃纤维网格布。

本发明第二方面提供上述高分子防水卷材的生产方法，具体包括以下操作：

将所述三元乙丙橡胶、丁基橡胶、填充剂进行混炼、第一次挤出、造粒，得到第一预混料；

将所述第一预混料与所述高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯混合，进行第二次挤出、造粒，得到第二预混料；

将所述第二预混料与其余原料混合，挤出、压延成型，得到所述高分子防水卷材。

结合第二方面，所述第一次挤出的温度优选采用180~240℃，挤出速率为1.5~2.5m/min。

结合第二方面，所述第二次挤出的温度优选采用160~200℃，挤出速率为2~5m/min。

本发明第三方面提供另一种高分子防水卷材的制备方法，具体包括以下操作：

将玻璃纤维网格布置于30~45℃含有聚乳酸和所述聚醋酸乙烯酯的丙酮溶液中1~2h，取出干燥，得首次处理的玻璃纤维网格布；

将所述首次处理的玻璃纤维网格布浸入含有所述三元乙丙橡胶和丁基橡胶的环己烷溶液中1~2h，取出干燥，得二次处理的玻璃纤维网格布；

将其余原料混合后熔融，涂敷于所述二次处理的玻璃纤维网格布，干燥固化后，即得所述高分子防水卷材。

该制备方法制得的高分子防水卷材融合了玻璃纤维网格布的机械性能以及其他原料配合后产生的抗拉伸、耐撕裂等性能，具有更优异的拉伸变形性能、耐穿刺性和抗冲击能力。

本发明第四方面提供上述高分子防水卷材或按上述生产方法制得的高分子防水卷材作为隧道衬砌防水材料的应用。本发明提供的上述高分子防水卷材具有优异的拉伸变形性能、耐穿刺性和抗冲击能力，能够满足隧道衬砌的防水需求。

实施例结果表明，本发明提供的高分子防水卷材屈服强度为26.2~33.7MPa，屈服伸长率为69.3%~86.8%，刺破强度为450~491.5N，抗冲击强度为83.6~110.8kJ/m²。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

在隧道衬砌的防水施工过程中容易面临以下问题：当初级支护的表面凹凸明显时，二次衬砌产生的挤压作用使防水卷材受到的拉力有可能使其断裂；软弱围岩的蠕变压力、膨胀性地压等变化所带来的应力调整会使初级支护发生收缩并对防水卷材造成挤压而产生拉伸作用；初级支护的混凝土层面上存在大量锚喷支护时遗漏的尖锐状锚杆头，容易刺破防水卷材。

为了解决以上问题，本发明提供了一种高分子防水卷材，由包括以下质量份数的原料制备而成：

高密度聚乙烯 30~50份；

线性低密度聚乙烯 30~50份；

三元乙丙橡胶 26~38份；

丁基橡胶 19~29份；

聚醋酸乙烯酯 19~29份；

填充剂 13~19份；

三聚氰胺盐 6~10份；

抗氧剂 3~5份；

交联剂 3~5份。

作为本发明的优选实施方式，以上原料的质量份数为：

高密度聚乙烯 35~45份；

线性低密度聚乙烯 35~45份；

三元乙丙橡胶 29~35份；

丁基橡胶 22~26份；

聚醋酸乙烯酯 22~26份；

填充剂 15~17份；

三聚氰胺盐 7~9份；

抗氧剂 3.5~4.5份；

交联剂 3.5~4.5份。

作为本发明更优选的实施方式，以上原料的质量份数为：

高密度聚乙烯 40份；

线性低密度聚乙烯 40份；

三元乙丙橡胶 32份；

丁基橡胶 24份；

聚醋酸乙烯酯 24份；

填充剂 16份；

三聚氰胺盐 8份；

抗氧剂 4份；

交联剂 4份。

作为本发明优选的具体实施方式，高密度聚乙烯的熔融指数为0.3~1.0g/10min，线性低密度聚乙烯的熔融指数为1.5~2.5g/10min。具有上述熔融指数的高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯在本发明的上述比例下配合使用，更有助于提高所得防水卷材的韧性和强度。

本发明实施例中，三元乙丙橡胶的熔融指数优选为70~90g/10min。

作为本发明优选的具体实施方式，所述填充剂选自白炭黑、炭黑、纳米蒙脱土、云母片、高岭土、滑石粉、改性滑石粉、钛白粉和碳酸钙中的至少一种，粒径为100~400目。上述填充剂能够降低生产过程中的加工粘度，有利于加工的顺利进行，并同时提高所得高分子防水卷材的机械性能，提高刺破强度。优选采用按以下方法制备而成的改性滑石粉：按1:4~5的质量比将滑石粉与草酸水溶液混合20~40min，干燥后加入乙烯基三（β-甲氧乙氧基）硅烷和双硬脂酰酒石酸钠二酯，所述乙烯基三（β-甲氧乙氧基）硅烷和双硬脂酰酒石酸钠二酯的总质量为所述滑石粉质量的0.03~0.07倍，所述乙烯基三（β-甲氧乙氧基）硅烷和双硬脂酰酒石酸钠二酯的质量比为2~3:1。按该方法制得的改性滑石粉不易团聚，能够在高分子防水卷材的制备过程中保持良好且稳定的分散状态，同时，滑石粉经改性后其层间距拓宽，有利于其他成分进入滑石粉内部，提高滑石粉与其他成分的相容性，从而更有利于发挥其对该高分子防水卷材机械性能的提升作用。

本发明实施例中，三聚氰胺盐优选采用三聚氰胺盐酸盐、三聚氰胺硫酸盐、三聚氰胺硝酸盐、三聚氰胺草酸盐或三聚氰胺乙酸盐。

本发明实施例中，抗氧剂优选采用四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010）、三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯（抗氧剂168）、2,2’-亚甲基双（4,6-二叔丁基苯酚）（抗氧剂2246）、2,6-二叔丁基对甲酚（抗氧剂264）、N-苯基-N-异丙基对苯二胺、二异辛基对苯二胺中的至少一种。

本发明实施例中，交联剂优选采用过氧化二异丙苯、苯乙烯、丙烯腈或乙二醛，其中优选采用过氧化二异丙苯。上述交联剂有利于促进交联反应的进行，提高所得高分子防水卷材的致密性。

本发明实施例还提供了上述高分子防水卷材的生产方法，具体包括以下操作：

将三元乙丙橡胶、丁基橡胶、填充剂进行混炼、第一次挤出、造粒，得到第一预混料；

将第一预混料与所述高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯混合，进行第二次挤出、造粒，得到第二预混料；

将第二预混料与其余原料混合，挤出、压延成型，得到所述高分子防水卷材。

作为示例性说明，本发明的混炼在密炼机中进行，混炼的转速优选40~70rpm。当混炼至110~150℃后，通过双螺杆挤出机挤出，第一次挤出的温度优选采用180~240℃，挤出速率为1.5~2.5m/min，第二次挤出的温度优选采用160~200℃，挤出速率为2~5m/min。第一次和第二次挤出之后均按本领域常规方式造粒，最后一次挤出后按本领域常规方式压延成型。

本发明的高分子防水卷材还可还包括网格骨架材料，如玻璃纤维网格布。在此情况下，本发明实施例提供了相应的生产方法：

将玻璃纤维网格布置于30~45℃含有聚乳酸和聚醋酸乙烯酯的丙酮溶液中1~2h，取出干燥，得首次处理的玻璃纤维网格布；

将该首次处理的玻璃纤维网格布浸入含有三元乙丙橡胶和丁基橡胶的环己烷溶液中1~2h，取出干燥，得二次处理的玻璃纤维网格布；

将其余原料混合后熔融，涂敷于该二次处理的玻璃纤维网格布，干燥固化后，即得。

该方法引入了玻璃纤维网格布，先通过首次处理改变了玻璃纤维网格布的表面状态，并使聚醋酸乙烯酯附着于其上，继而通过二次处理将三元乙丙橡胶和丁基橡胶与玻璃纤维网格布上的聚醋酸乙烯酯产生结合，再与其他原料结合，最终形成含有玻璃纤维网格布与上述原料的高分子防水卷材。所得高分子防水卷材具有更优异的拉伸变形性能、耐穿刺性和抗冲击能力。

本发明对所得高分子防水卷材的具体尺寸、规格不做特殊限定，根据实际需求进行相应设计、选择即可。

本发明还提供了上述高分子防水卷材作为隧道衬砌防水材料的应用。本发明提供的上述高分子防水卷材具有优异的拉伸变形性能、耐穿刺性和抗冲击能力，能够满足隧道衬砌的防水需求。当将其作为隧道衬砌防水材料时，理论使用寿命约100~120年。

下面分多个实施例对本发明实施例进行进一步的说明。

以下各实施例中所用的原料如无特殊说明，均来自于市售。

实施例1~5

本发明实施例1~5提供了一种高分子防水卷材，原料及质量份数如表1所示：

表1 实施例1~5的原料及质量份数

表1中，改性滑石粉的制备方法为：按1:4~5的质量比将滑石粉与20%~40%wt的草酸水溶液混合20~40min，干燥后加入乙烯基三（β-甲氧乙氧基）硅烷和双硬脂酰酒石酸钠二酯，乙烯基三（β-甲氧乙氧基）硅烷和双硬脂酰酒石酸钠二酯的总质量为滑石粉质量的0.03~0.07倍，乙烯基三（β-甲氧乙氧基）硅烷和双硬脂酰酒石酸钠二酯的质量比为2~3:1。实施例1~3中改性滑石粉的具体制备参数如表2所示：

表2 实施例1~3中改性滑石粉的制备参数

实施例1~5的高分子防水卷材的生产方法为：

（1）将三元乙丙橡胶、丁基橡胶、填充剂置于密炼机中在60rpm的转速下进行混炼，130℃后通过双螺杆挤出机进行第一次挤出，挤出机温度设为210℃，挤出速率为2.0m/min，挤出后切割造粒，得到第一混料；

（2）将第一混料与高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯在混合机中混合10min，通过双螺杆挤出机进行第二次挤出，挤出机温度设为180℃，挤出速率为2.5m/min，挤出后切割造粒，得到第二预混料；

（3）将第二预混料与其余原料在混合机中混合10min，通过双螺杆挤出机进行最后一次挤出，挤出机温度设为180℃，挤出速率为1.5m/min，压延成型，得到高分子防水卷材。

实施例6~10

本发明实施例6~10提供了一种高分子防水卷材，原料及质量份数如表3所示：

表3 实施例6~10的原料及质量份数

其生产方法与实施例1基本相同，部分参数不同，详见表4：

表4 实施例6~10生产方法的具体参数

实施例11

本实施例提供了一种高分子防水卷材，原料包括玻璃纤维网格布以及实施例1中的原料。其生产方法为：

将玻璃纤维网格布置于30~45℃含有聚乳酸（15%wt）和聚醋酸乙烯酯（15%wt）的丙酮溶液中1.5h，取出干燥，得首次处理的玻璃纤维网格布；

将该首次处理的玻璃纤维网格布浸入含有三元乙丙橡胶（20%wt）和丁基橡胶（15%wt）的环己烷溶液中1.5h，取出干燥，得二次处理的玻璃纤维网格布；

将其余原料混合后熔融，涂敷于该二次处理的玻璃纤维网格布，干燥固化后，即得。

对比例1

本对比例提供了一种高分子防水卷材，原料与实施例1相比，将高密度聚乙烯替代为线性低密度聚乙烯，其他原料以及生产方法同实施例1。

对比例2

本对比例提供了一种高分子防水卷材，原料与实施例1相比，将丁基橡胶替代为三元乙丙橡胶，其他原料以及生产方法同实施例1。

对比例3

本对比例提供了一种高分子防水卷材，原料与实施例1相比，高密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯的质量比为8:1，其他原料以及生产方法同实施例1。

对比例4

本对比例提供了一种高分子防水卷材，原料与实施例1相比，丁基橡胶替与三元乙丙橡胶的质量比为1:4。

性能测试

对实施例和对比例所得高分子防水卷材的屈服强度、屈服伸长率、刺破强度、抗冲击强度进行测试，测试结果见表5。

其中屈服强度和屈服伸长率的测试标准为GB/T528-2009；

刺破强度的测试标准为TB/T3360.1-2014；

抗冲击强度的测试标准为GB/T1843-2008。

表5 实施例和对比例所得高分子防水卷材的性能测试结果

由表5可见，本发明提供的高分子防水卷材具有优异的拉伸变形性能、耐穿刺性和抗冲击能力，适用于作为隧道衬砌防水材料。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高分子防水卷材，其特征在于，由包括以下质量份数的原料制备而成：

高密度聚乙烯 30~50份；

线性低密度聚乙烯 30~50份；

三元乙丙橡胶 26~38份；

丁基橡胶 19~29份；

聚醋酸乙烯酯 19~29份；

填充剂 13~19份；

三聚氰胺盐 6~10份；

抗氧剂 3~5份；

交联剂 3~5份。

2.根据权利要求1所述的高分子防水卷材，其特征在于，由包括以下质量份数的原料制备而成：

高密度聚乙烯 35~45份；

线性低密度聚乙烯 35~45份；

三元乙丙橡胶 29~35份；

丁基橡胶 22~26份；

聚醋酸乙烯酯 22~26份；

填充剂 15~17份；

三聚氰胺盐 7~9份；

抗氧剂 3.5~4.5份；

交联剂 3.5~4.5份。

3.根据权利要求2所述的高分子防水卷材，其特征在于，由包括以下质量份数的原料制备而成：

高密度聚乙烯 40份；

线性低密度聚乙烯 40份；

三元乙丙橡胶 32份；

丁基橡胶 24份；

聚醋酸乙烯酯 24份；

填充剂 16份；

三聚氰胺盐 8份；

抗氧剂 4份；

交联剂 4份。

4.根据权利要求1~3任一项所述的高分子防水卷材，其特征在于，所述高密度聚乙烯的熔融指数为0.3~1.0g/10min，所述线性低密度聚乙烯的熔融指数为1.5~2.5g/10min；和/或

所述三元乙丙橡胶的熔融指数为70~90g/10min；和/或

所述三聚氰胺盐为三聚氰胺盐酸盐、三聚氰胺硫酸盐、三聚氰胺硝酸盐、三聚氰胺草酸盐或三聚氰胺乙酸盐；和/或

所述抗氧剂选自四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯、2,2’-亚甲基双（4,6-二叔丁基苯酚）、2,6-二叔丁基对甲酚、N-苯基-N-异丙基对苯二胺、β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸十八碳醇、二异辛基对苯二胺中的至少一种；和/或

所述交联剂选自过氧化二异丙苯、苯乙烯、丙烯腈或乙二醛。

5.根据权利要求1~3任一项所述的高分子防水卷材，其特征在于，所述填充剂选自白炭黑、炭黑、纳米蒙脱土、云母片、高岭土、滑石粉、改性滑石粉、钛白粉和碳酸钙中的至少一种，粒径为100~400目。

6.根据权利要求5所述的高分子防水卷材，其特征在于，所述填充剂为改性滑石粉，所述改性滑石粉的制备方法为：按1:4~5的质量比将滑石粉与草酸水溶液混合20~40min，干燥后加入乙烯基三（β-甲氧乙氧基）硅烷和双硬脂酰酒石酸钠二酯，所述乙烯基三（β-甲氧乙氧基）硅烷和双硬脂酰酒石酸钠二酯的总质量为所述滑石粉质量的0.03~0.07倍，所述乙烯基三（β-甲氧乙氧基）硅烷和双硬脂酰酒石酸钠二酯的质量比为2~3:1。

7.根据权利要求1~3任一项所述的高分子防水卷材，其特征在于，所述高分子防水卷材的原料还包括网格骨架材料。

8.权利要求1~6任一项所述的高分子防水卷材的生产方法，其特征在于，具体包括以下操作：将所述三元乙丙橡胶、丁基橡胶、填充剂进行混炼、第一次挤出、造粒，得到第一预混料；

将所述第一预混料与所述高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯混合，进行第二次挤出、造粒，得到第二预混料；

将所述第二预混料与其余原料混合，挤出、压延成型，得到所述高分子防水卷材。

9.权利要求7所述的高分子防水卷材的生产方法，其特征在于，具体包括以下操作：将玻璃纤维网格布置于30~45℃含有聚乳酸和所述聚醋酸乙烯酯的丙酮溶液中1~2h，取出干燥，得首次处理的玻璃纤维网格布；

将所述首次处理的玻璃纤维网格布浸入含有所述三元乙丙橡胶和丁基橡胶的环己烷溶液中1~2h，取出干燥，得二次处理的玻璃纤维网格布；

将其余原料混合后熔融，涂敷于所述二次处理的玻璃纤维网格布，干燥固化后，即得所述高分子防水卷材。

10.权利要求1~7任一项所述的高分子防水卷材或按权利要求8或9的生产方法制得的高分子防水卷材作为隧道衬砌防水材料的应用。