低氧渗透膜及其制备方法及包含该低氧渗透膜的沥青防水卷材
阅读说明：本技术 低氧渗透膜及其制备方法及包含该低氧渗透膜的沥青防水卷材 (Low-oxygen permeable membrane, preparation method thereof and asphalt waterproof coiled material comprising low-oxygen permeable membrane ) 是由 李卓 胡全超 龚兴宇 于 2021-06-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种低氧渗透膜,属于防水卷材技术领域,所述低氧渗透膜包括底膜层和涂布在底膜层上干燥后形成的涂布膜层；所述涂布液包括聚乙烯醇水溶液、异丙醇、硅烷偶联剂、正硅酸乙酯、丁二酸等组分；本发明的低氧渗透膜制备的沥青防水卷材,既不改变原有沥青涂盖料配方也无需改变原有沥青防水卷材的生产工艺参数,生产效率高,能明显提升沥青防水卷材热老化后的低温柔性、剥离强度；通过有效降低成型材料聚乙烯薄膜的氧气渗透率,延长沥青防水卷材的保质期。(The invention provides a low-oxygen permeable membrane, which belongs to the technical field of waterproof coiled materials, and comprises a bottom membrane layer and a coating membrane layer formed by coating the bottom membrane layer and drying the bottom membrane layer; the coating liquid comprises polyvinyl alcohol aqueous solution, isopropanol, silane coupling agent, tetraethoxysilane, succinic acid and other components; the asphalt waterproof coiled material prepared by the low-oxygen permeable membrane does not change the original asphalt coating material formula or the production process parameters of the original asphalt waterproof coiled material, has high production efficiency, and can obviously improve the low-temperature flexibility and the peeling strength of the asphalt waterproof coiled material after thermal aging; the quality guarantee period of the asphalt waterproof coiled material is prolonged by effectively reducing the oxygen permeability of the polyethylene film of the forming material.)
技术领域
本发明涉及防水卷材技术领域，更具体地，涉及一种低氧渗透膜及其制备方法及包含该渗透膜的沥青防水卷材。
背景技术
沥青防水卷材因具有优良的防水性能、粘接性能及力学性能被广泛应用。现有的沥青防水卷材一般由涂盖料与成型材料组成。
如一种无胎复合层沥青防水卷材(申请号：201822213254.8，公开日：2020.01.17)公开了：包括从上往下依次排布的面膜层、上表面涂盖层及底膜层，所述上表面涂盖层为由高聚物进行改性的沥青涂盖料，在所述上表面涂盖层与底膜层之间还设有与上表面涂盖层相容的下表面功能层。
但上述沥青防水卷材存在热老化性能较差的问题，即使是中、高档的沥青防水卷材也是容易热氧老化的材料，老化后的低温柔性、剥离强度等指标衰减明显，按照国标检测，结果不合格。即使在常温条件下存储，沥青防水卷材保质期也很短，一般配方生产10天后老化性能就已经衰减至不合格，即使是中、高档的沥青防水卷材，保质期延长至3个月也十分困难。沥青老化通常表现为沥青变硬、变脆、易开裂、粘性与延伸性降低。随着沥青防水卷材的老化，沥青防水卷材的使用性能及寿命均出现了明显的下降，严重影响了其在建筑防水、道路建设等领域中的使用。而针对热老化的改进，通常是改变涂盖料配方，配方的改变牵一发而动全身，容易引起其他性能的改变，且生产线上实验成本巨大，每个涂盖料配方的调整切换需要10～12小时方可生产，耗时费力。
不同配方之间也可能引起生产效率的不同，需要配合配方调整生产温度、速度等工艺参数。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种低氧渗透膜，用于解决现有技术中沥青防水卷材热老化性能差的技术问题。
本发明的另一目的在于提供低氧渗透膜的制备方法。
本发明的又一目的在于提供包含该低氧渗透膜的沥青防水卷材。
本发明采取的技术方案是，一种低氧渗透膜，所述低氧渗透膜包括底膜层和涂布在底膜层上干燥后形成的涂布膜层；所述涂布液包括60～80重量份的聚乙烯醇水溶液和5～35重量份的异丙醇。
沥青防水卷材生产后，由于长时间的放置，防水卷材中的沥青会与空气中的氧发生反应，生成氢过氧化物中间体(R-O-O-H)。一方面，氢过氧化物中间体容易自我分解产生羰基；另一方面，它也可以作为氧化剂，使沥青中的硫醚、硫醇被氧化成亚砜官能团。经过氧化反应历程，沥青中羰基与亚砜基官能团的含量增加，致使热老化性能下降。如果涂盖料沥青的配方进行改善，容易引起其它性能的变化且生产线的实验成本巨大，调整切换涂盖料配方需至少十几个小时，大大增加生产成本的消耗。
本发明采用在底膜层上涂布具有阻氧作用的涂布膜层，所述涂布液包括60～80重量份的聚乙烯醇溶液和5～35重量份的异丙醇。聚乙烯醇具有良好的阻氧、阻油效果，一方面可以阻隔空气中的氧气与沥青涂盖料接触，降低热氧老化的程度；另一方面可以阻止沥青涂盖料中的油分析出，提高沥青的柔软度。但是，聚乙烯醇是极性材料，聚乙烯膜为非极性材料，当两种不同极性的材料相接触，涂布液会产生缩孔，无法铺展在聚乙烯薄膜上。因此，加入异丙醇，可以调节涂布液的润湿效果，使其能够良好的铺展于底膜层上。本发明从沥青防水卷材用膜入手，通过用低氧渗透膜代替原有的底膜层，降低膜材料的氧气渗透率，将沥青防水卷材与空气中的氧气隔绝，从而使其热老化处理后，仍然能够符合国家标准的要求。
进一步地，所述底膜层厚度为80～130um，所述涂布膜层厚度为1～5um。
进一步地，所述涂布液还包括0.1～2重量份的硅烷偶联剂。
硅烷偶联剂的加入，一方面能够促进纳米二氧化硅在聚乙烯醇涂层中的分散，另一方面提高涂布膜层与底膜层、沥青涂盖料层及纳米二氧化硅颗粒的粘接性能。
优选地，所述硅烷偶联剂包括γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷中的一种或多种。
更为优选地，所述硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
更进一步地，所述涂布液还包括5～35重量份的正硅酸乙酯和0.1～2重量份的二元酸。
优选地，所述二元酸为丁二酸。
本发明的涂布液包含了聚乙烯醇水溶液、异丙醇、硅烷偶联剂、正硅酸乙酯及丁二酸。在涂布液中，丁二酸作为聚乙烯醇的交联剂，促使聚乙烯醇交联，使线型的聚乙烯醇分子形成空间网状结构，提高了聚乙烯醇的耐水性能。另一方面，丁二酸在水中释放出氢离子，可以作为溶胶-凝胶反应的催化剂。在涂布液中，正硅酸乙酯水解释放出硅溶胶，丁二酸为溶胶-凝胶反应所需的酸催化剂，促使线型的硅溶胶逐步交联形成空间立体网状结构的纳米二氧化硅粒子，提高聚乙烯醇涂层的强度、刚度、粘接性能及耐水性能；原位生成空间立体网状结构的纳米二氧化硅粒子与交联的聚乙烯醇在局部形成互穿网络结构，使得聚乙烯醇只能在水中溶胀而无法溶解，提高了聚乙烯醇涂层的耐水性，互穿网络结构也有效降低纳米二氧化硅的团聚，利于纳米二氧化硅的分散，进一步提高聚乙烯醇涂层的强度、刚度，粘接性能及耐水性能。硅烷偶联剂一方面能够促进纳米二氧化硅在聚乙烯醇涂层中的分散，另一方面提高涂布膜层与底膜层、沥青涂盖料层及纳米二氧化硅颗粒的粘接性能。
进一步地，所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为5～40％。
进一步地，所述底膜层为聚乙烯交叉膜。
一种如上述的低氧渗透膜制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：称取聚乙烯醇放入水中，搅拌均匀，加入异丙醇和正硅酸乙酯，搅拌均匀后，再加入二元酸、硅烷偶联剂，搅拌均匀，静止10～20min；
S2：将S1制得的涂布液放入涂布机上，以40～120m/min的速度在底膜层表面涂布，涂布完成后，放置于50～90℃的烘道中烘干，再于20～45℃的温度下放置2天，得到所述的低氧渗透膜。
通过上述制备方法制得的低氧渗透膜，其氧气渗透率为0～50cc/m2·day。
一种包含如上述的低氧渗透膜的沥青防水卷材，其特征在于，在所述低氧渗透膜上依次布置有沥青涂盖料层、面膜层；所述低氧渗透膜上的涂布膜层与沥青涂盖料层粘接。
进一步地，所述面膜层为PET隔离膜。
进一步地，所述面膜层、沥青涂盖料层的厚度分别为25～40um、0.8～2.0mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)不改变原有沥青涂盖料配方，明显提升沥青防水卷材热老化后的低温柔性与剥离强度；
(2)不改变原有沥青防水卷材的生产工艺参数，切换顺畅，不影响正常生产，生产效率大大提高；
(3)采用涂布的方式，有效降低成型材料聚乙烯薄膜的氧气渗透率，延长沥青防水卷材的保质期。
附图说明
图1为本发明的包含低氧渗透膜的沥青防水卷材结构图。
附图中标记为：PET隔离膜-1，沥青涂盖料层-2，涂布膜层-3，PE交叉膜-4。
具体实施方式
本发明实施例仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
实施例1
沥青防水卷材的制备：
1.涂布液的制备：配制10％的聚乙烯醇水溶液，取70重量份10％的聚乙烯醇水溶液，加入30重量份异丙醇，搅拌均匀后，静止15min，制得涂布液。
2.低氧渗透膜的制备：将步骤1中的涂布液放入涂布机中，以60m/min的速度在PE交叉膜表面涂布，待涂布完成后，放置于80℃烘道中烘干，再于25℃(室温)下放置两天，得到低氧渗透膜，即在PE交叉膜层上涂布了一层涂布膜层。
3.沥青防水卷材的制备：采用双辊挤压的方式，两面分别为PET隔离膜和低氧渗透膜，中间为沥青涂盖料，挤压成型，经过冷却、切割、收卷、包装，得到成品。
实施例2
沥青防水卷材的制备：
1.涂布液的制备：配制10％的聚乙烯醇水溶液，取70重量份10％的聚乙烯醇水溶液，加入30重量份异丙醇，搅拌均匀，再加入0.8重量份的硅烷偶联剂KH-560(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)，搅拌均匀后，静止15min，制得涂布液。
2.低氧渗透膜的制备：将步骤1中的涂布液放入涂布机中，以60m/min的速度在PE交叉膜表面涂布，待涂布完成后，放置于80℃烘道中烘干，再于25℃(室温)下放置两天，得到低氧渗透膜，即在PE交叉膜层上涂布了一层涂布膜层。
3.沥青防水卷材的制备：采用双辊挤压的方式，两面分别为PET隔离膜和低氧渗透膜，中间为沥青涂盖料，挤压成型，经过冷却、切割、收卷、包装，得到成品。
实施例3
沥青防水卷材的制备：
1.涂布液的制备：配制10％的聚乙烯醇水溶液，取80重量份10％的聚乙烯醇水溶液，加入10重量份异丙醇和10重量份的正硅酸乙酯，搅拌均匀，再加入0.8重量份的硅烷偶联剂KH-560(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)和0.8重量份的丁二酸，搅拌均匀后，静止15min，制得涂布液。
2.低氧渗透膜的制备：将步骤1中的涂布液放入涂布机中，以60m/min的速度在PE交叉膜表面涂布，待涂布完成后，放置于80℃烘道中烘干，再于25℃(室温)下放置两天，得到低氧渗透膜，即在PE交叉膜层上涂布了一层涂布膜层。
3.沥青防水卷材的制备：采用双辊挤压的方式，两面分别为PET隔离膜和低氧渗透膜，中间为沥青涂盖料，挤压成型，经过冷却、切割、收卷、包装，得到成品。
实施例4
沥青防水卷材的制备：
1.涂布液的制备：配制10％的聚乙烯醇水溶液，取70重量份10％的聚乙烯醇水溶液，加入10重量份异丙醇和20重量份的正硅酸乙酯，搅拌均匀，再加入0.8重量份的硅烷偶联剂KH-560(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)和0.8重量份的丁二酸，搅拌均匀后，静止15min，制得涂布液。
2.低氧渗透膜的制备：将步骤1中的涂布液放入涂布机中，以60m/min的速度在PE交叉膜表面涂布，待涂布完成后，放置于80℃烘道中烘干，再于25℃(室温)下放置两天，得到低氧渗透膜，即在PE交叉膜层上涂布了一层涂布膜层。
3.沥青防水卷材的制备：采用双辊挤压的方式，两面分别为PET隔离膜和低氧渗透膜，中间为沥青涂盖料，挤压成型，经过冷却、切割、收卷、包装，得到成品。
实施例5
沥青防水卷材的制备：
1.涂布液的制备：配制10％的聚乙烯醇水溶液，取60重量份10％的聚乙烯醇水溶液，加入10重量份异丙醇和30重量份的正硅酸乙酯，搅拌均匀，再加入0.8重量份的硅烷偶联剂KH-560(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)和0.8重量份的丁二酸，搅拌均匀后，静止15min，制得涂布液。
2.低氧渗透膜的制备：将步骤1中的涂布液放入涂布机中，以60m/min的速度在PE交叉膜表面涂布，待涂布完成后，放置于80℃烘道中烘干，再于25℃(室温)下放置两天，得到低氧渗透膜，即在PE交叉膜层上涂布了一层涂布膜层。
3.沥青防水卷材的制备：采用双辊挤压的方式，两面分别为PET隔离膜和低氧渗透膜，中间为沥青涂盖料，挤压成型，经过冷却、切割、收卷、包装，得到成品。
对比例1
直接采用没有进行涂布的PE交叉膜进行沥青防水卷材的制备，制备方法与实施例1～5中第3点相同。
实施例1～5的沥青防水卷材结构如图1所示，包括由上往下依次布置的PET隔离膜、沥青涂盖料层、涂布膜层及PE交叉膜层，所述PET隔离膜、沥青涂盖料层、涂布膜层及PE交叉膜层厚度分别为35um、1.5mm、2um、100um。
实施例1～5的区别仅在于涂布膜层所用涂布液成分不同。
将实施例1～5及对比例1所制备的沥青防水卷材进行性能测试，实验结果如表1所示：
表1实施例1～5及对比例1所制备的沥青防水卷材性能对比
从上述实验结果可知，实施例1～5的低氧渗透膜的氧气渗透率均很低，有很好的阻氧效果，用以制备的沥青防水卷材热老化后仍能保持较好的低温柔性，且实施例2～5的沥青防水卷材的在浸水处理和热处理后仍能保持较好的剥离强度，说明其具有较好的强度、粘接性能及耐水性能，而实施例1的沥青防水卷材在浸水处理后的剥离强度较小是由于单纯的聚乙烯醇防水性能一般，在实际施工过程中可根据实施需要选择，但总体来说，本申请的低氧渗透膜的氧气渗透率很低，用于沥青防水卷材中可使其耐老化性能优异，且热老化后的低温柔性仍能保持较好地效果。
本发明的涂布液涂布在底膜层上，不会对沥青防水卷材的生产造成影响，通过涂布的方式方便有效地解决了沥青防水卷材放置过程容易老化，导致卷材性能下降的问题；通过在底膜层上形成一层涂布液，可以很好地阻止沥青涂盖料与空气上的氧气隔绝，还可以阻止沥青涂盖料中的油分析出，从而提高沥青涂盖料热老化后的低温柔性和剥离强度等性能，从而有效提高沥青防水卷材的抗老化性能、低温柔性及剥离强度等性能。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
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