一种环保型耐高温沥青防水卷材及其制备方法

技术领域

本发明属于防水材料技术领域。更具体地，涉及一种环保型耐高温沥青防水卷材及其制备方法。

背景技术

防水卷材主要是用于建筑墙体、屋面、以及隧道、公路、垃圾填埋场等处，起到抵御外界雨水、地下水渗漏的一种可卷曲成卷状的柔性建材产品，作为工程基础与建筑物之间无渗漏连接，是整个工程防水的第一道屏障，对整个工程起着至关重要的作用。根据主要组成材料不同，分为沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材和合成高分子防水卷材；根据胎体的不同分为无胎体卷材、纸胎卷材、玻璃纤维胎卷材、玻璃布胎卷材和聚乙烯胎卷材。

防水卷材要求有良好的耐水性，对温度变化的稳定性(高温下不流淌、不起泡、不淆动，低温下不脆裂)，一定的机械强度、延伸性和抗断裂性，要有一定的柔韧性和抗老化性等。

高分子自粘防水卷材(带有自粘层)既具有高分子防水卷材的特点(如拉伸强度高、断裂伸长率大、撕离强度高和使用寿命长等)，又具有自粘防水卷材特有的自粘性、自愈性、蠕变性以及施工操作方便快捷、安全环保和无环境污染等优点。因此，该防水卷材的防水效能较佳，并且已在建筑、交通防水等领域中得到广泛应用。目前，市场上高分子自粘防水卷材的自粘层大多为改性沥青自粘层，其在粘接卷材与混凝土基面方面主要依靠物理吸附(粘接可逆)，故其粘接不够牢固；同时沥青的耐候性和耐久性较差，致使卷材与混凝土基面易出现粘接失效，进而导致窜水、漏水等现象发生。

然而，由于防水沥青卷材的使用场景中，部分区域需要沥青卷材具有较高的高温热稳定性能，即要求产品在高温条件下，仍然可以保持良好的力学性能，将基础层覆盖，避免在高温条件下，发生防水失效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有沥青防水卷材耐高温性能不足，在长期高温环境下，容易发生防水失效的缺陷和不足，提供一种环保型耐高温沥青防水卷材及其制备方法。

本发明的目的是提供一种环保型耐高温沥青防水卷材。

本发明另一目的是提供一种环保型耐高温沥青防水卷材的制备方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种环保型耐高温沥青防水卷材，包括乳化沥青层、聚酯胎基层和PE膜；

所述乳化沥青层涂覆于所述聚酯胎基层表面；

所述PE膜覆盖于所述乳化沥青层表面；

所述乳化沥青层中，包括粒径为500μm以下的复合沥青颗粒；

所述复合沥青颗粒是由氧化石墨烯、石油沥青和阴离子聚丙烯酰胺复合而成。

上述技术方案中，在石油沥青体系内引入氧化石墨烯，其比表面积较大，能够吸附石油沥青中的轻质组分，如油分和饱和分等，从而有效避免产品在高温条件下，油分和饱和分的挥发，提高了产品的耐高温稳定性能；

另外，上述技术方案通过利用粒径为500μm以下的复合沥青颗粒，在聚酯胎基层表面形成乳化沥青层，一方面，颗粒与颗粒之间在涂覆完成后，在干燥初期是稀疏不连贯的，随着溶剂的不断挥发，颗粒间的溶剂消失，颗粒致密堆积形成连续的涂层结构；另一方面，因为颗粒与颗粒之间的堆积，在产品受到高温条件时，由于颗粒与颗粒之间存在堆积的间隙，在高温环境下，沥青颗粒可以利用原本颗粒之间的堆积间隙发生一定程度的膨胀，并将原本的间隙填充，使得产品的耐水性能不降反升；

再者，上述技术方案通过在体系中辅以阴离子聚丙酰胺，该树脂具有一定的吸水性能，在产品未遇到高温时，遇水后，可以快速吸水，并将水分子转移到沥青和氧化石墨烯分子结构内部，从而引起沥青颗粒的体积膨胀，膨胀后可以将原本水分扩散通道快速封堵，从而起到良好的以水止水的效果。

进一步地，所述乳化沥青层中，包括以下重量份数的不同粒径分布的复合沥青颗粒：10-30份粒径分布范围为400-500μm的复合沥青颗粒，20-40份粒径分布范围为100-200μm的复合沥青颗粒，30-50份粒径分布范围为1-50μm的复合沥青颗粒。

上述技术方案通过以不同粒径分布范围的复合沥青颗粒为原料，在实际产品使用过程中，在相同高温温度下，不同粒径大小的颗粒可以发生不同程度的膨胀，从而均衡整体卷材的稳定性，避免卷材瞬间大量膨胀引起粘结防水失效。

进一步地，在所述乳化沥青层和所述PE膜之间，还包括有一层纳米二氧化硅层；

所述纳米二氧化硅层是由偶联剂改性的纳米二氧化硅与PVDF复合而成。

进一步地，所述纳米二氧化硅为单分散纳米二氧化硅，所述单分散纳米二氧化硅的粒径分布范围为5-10nm。

进一步地，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560，硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。

上述技术方案进一步在乳化沥青层和聚酯胎基层之间引入纳米二氧化硅层，由于纳米二氧化硅颗粒与颗粒之间堆积存在堆积间隙，在较高温度下沥青发生熔融时，纳米二氧化硅颗粒之间的间隙可以发挥良好的虹吸作用，将熔融的沥青吸附进入其间隙中，避免沥青流失而影响产品的防水性能，且由于纳米颗粒于颗粒之间的内聚力较大，即使内部吸附的沥青熔融，仍然可以起到避免其流失的作用，从而防止产品的防水失效。

一种环保型耐高温沥青防水卷材的制备方法，具体制备步骤包括：

复合沥青颗粒的制备：

将氧化石墨烯、石油沥青、阴离子聚丙烯酰胺混合后，于温度为85-100℃，转速为1000-1200r/min条件下，球磨混合56-72h，得球磨料，再将所得球磨料冷却后，筛分出粒径为500μm以下的颗粒，得复合沥青颗粒；

按重量份数计，依次取80-120份复合沥青颗粒，200-300份水，5-10份环烷油，高压均质处理，得沥青乳液；

将沥青乳液涂覆于聚酯胎基层表面，干燥后，再覆以PE膜，即得产品。

进一步地，所述具体制备步骤还包括：

在涂覆所述沥青乳液之前，先于聚酯胎基层表面涂覆纳米二氧化硅层：

按重量份数计，依次取40-60份偶联剂改性的纳米二氧化硅，5-10份PVDF，80-120份N-甲基吡咯烷酮，先将PVDF溶解于N-甲基吡咯烷酮中，再加入偶联剂改性的纳米二氧化硅，超声分散均匀后，涂覆于聚酯胎基层表面，再经热压，干燥，即完成纳米二氧化硅层的涂覆。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1

按重量份数计，依次取40份粒径分布范围为5-10nm的单分散纳米二氧化硅，100份无水乙醇，10份硅烷偶联剂，混合后，于超声频率为50kHz，微波功率为400W条件下，微波超声反应3h后，过滤，收集滤饼，并用无水乙醇洗涤滤饼3次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为80℃条件下干燥至恒重，得偶联剂改性的纳米二氧化硅；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-550；

按重量份数计，依次取40份偶联剂改性的纳米二氧化硅，5份PVDF，80份N-甲基吡咯烷酮，先将PVDF溶解于N-甲基吡咯烷酮中，再加入偶联剂改性的纳米二氧化硅，于超声频率为50kHz条件下，超声分散均匀后，涂覆于聚酯胎基层表面，再于温度为120℃，压力为3MPa条件下热压5min后，干燥，即得预涂层；

按重量份数计，依次取5份氧化石墨烯，3份阴离子聚丙烯酰胺，80份石油沥青，将氧化石墨烯、石油沥青、阴离子聚丙烯酰胺混合后，于温度为85℃，转速为1000r/min条件下，球磨混合56h，得球磨料，再将所得球磨料冷却后，筛分出以下重量份数的沥青颗粒：10份粒径分布范围为400-500μm的复合沥青颗粒，20份粒径分布范围为100-200μm的复合沥青颗粒，30份粒径分布范围为1-50μm的复合沥青颗粒，得复配复合沥青颗粒；

按重量份数计，依次取80份复配复合沥青颗粒，200份水，5份环烷油，于转速为8000r/min条件下，高压均质处理，得沥青乳液；

将沥青乳液涂覆于聚酯胎基层的预涂层表面，于温度为75℃条件下干燥至恒重后，再覆以PE膜，即得产品。

实施例2

按重量份数计，依次取50份粒径分布范围为5-10nm的单分散纳米二氧化硅，150份无水乙醇，15份硅烷偶联剂，混合后，于超声频率为60kHz，微波功率为500W条件下，微波超声反应4h后，过滤，收集滤饼，并用无水乙醇洗涤滤饼4次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为90℃条件下干燥至恒重，得偶联剂改性的纳米二氧化硅；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-560；

按重量份数计，依次取50份偶联剂改性的纳米二氧化硅，8份PVDF，100份N-甲基吡咯烷酮，先将PVDF溶解于N-甲基吡咯烷酮中，再加入偶联剂改性的纳米二氧化硅，于超声频率为60kHz条件下，超声分散均匀后，涂覆于聚酯胎基层表面，再于温度为130℃，压力为4MPa条件下热压8min后，干燥，即得预涂层；

按重量份数计，依次取8份氧化石墨烯，4份阴离子聚丙烯酰胺，90份石油沥青，将氧化石墨烯、石油沥青、阴离子聚丙烯酰胺混合后，于温度为90℃，转速为1100r/min条件下，球磨混合64h，得球磨料，再将所得球磨料冷却后，筛分出以下重量份数的沥青颗粒：20份粒径分布范围为400-500μm的复合沥青颗粒，30份粒径分布范围为100-200μm的复合沥青颗粒，40份粒径分布范围为1-50μm的复合沥青颗粒，得复配复合沥青颗粒；

按重量份数计，依次取100份复配复合沥青颗粒，250份水，8份环烷油，于转速为10000r/min条件下，高压均质处理，得沥青乳液；

将沥青乳液涂覆于聚酯胎基层的预涂层表面，于温度为78℃条件下干燥至恒重后，再覆以PE膜，即得产品。

实施例3

按重量份数计，依次取60份粒径分布范围为5-10nm的单分散纳米二氧化硅，200份无水乙醇，20份硅烷偶联剂，混合后，于超声频率为80kHz，微波功率为600W条件下，微波超声反应5h后，过滤，收集滤饼，并用无水乙醇洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为100℃条件下干燥至恒重，得偶联剂改性的纳米二氧化硅；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-570；

按重量份数计，依次取60份偶联剂改性的纳米二氧化硅，10份PVDF，120份N-甲基吡咯烷酮，先将PVDF溶解于N-甲基吡咯烷酮中，再加入偶联剂改性的纳米二氧化硅，于超声频率为80kHz条件下，超声分散均匀后，涂覆于聚酯胎基层表面，再于温度为140℃，压力为5MPa条件下热压10min后，干燥，即得预涂层；

按重量份数计，依次取10份氧化石墨烯，5份阴离子聚丙烯酰胺，100份石油沥青，将氧化石墨烯、石油沥青、阴离子聚丙烯酰胺混合后，于温度为100℃，转速为1200r/min条件下，球磨混合72h，得球磨料，再将所得球磨料冷却后，筛分出以下重量份数的沥青颗粒：30份粒径分布范围为400-500μm的复合沥青颗粒，40份粒径分布范围为100-200μm的复合沥青颗粒，50份粒径分布范围为1-50μm的复合沥青颗粒，得复配复合沥青颗粒；

按重量份数计，依次取120份复配复合沥青颗粒，300份水，10份环烷油，于转速为12000r/min条件下，高压均质处理，得沥青乳液；

将沥青乳液涂覆于聚酯胎基层的预涂层表面，于温度为80℃条件下干燥至恒重后，再覆以PE膜，即得产品。

对比例1

本对比例相比于实施例1而言，区别在于：仅采用粒径分布范围为400-500μm的复合沥青颗粒，未采用粒径分布范围为100-200μm的复合沥青颗粒和粒径分布范围为1-50μm的复合沥青颗粒，其余条件保持不变。

对比例2

本对比例相比于实施例1而言，区别在于：未加入氧化石墨烯和阴离子聚丙烯酰胺，其余条件保持不变。

对比例3

本对比例相比于实施例1而言，区别在于：未在聚酯胎基层表面涂覆纳米二氧化硅层预涂层，其余条件保持不变。

对实施例1-3及对比例1-3所得产品进行性能测试，具体测试方法和测试结果如下所述：

参照GB 18242-2008《弹性体改性沥青防水卷材》和TB/T 2965-201l《铁路混凝土桥面防水层技术条件》中相关的要求，进行裁样检测；具体测试结果如表1所示：

表1：产品性能测试结果

由表1测试结果可知，本发明所得产品具有良好的耐高温性能，可以在高温条件下保持性能稳定，且经过热处理后，仍然具有优异的防水性能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。