一种复合防水卷材及其制备方法
阅读说明：本技术 一种复合防水卷材及其制备方法 (Composite waterproof coiled material and preparation method thereof ) 是由 陈明进 杨杰 全敦华 刁雪锋 申应军 刘曙光 于 2021-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及新材料技术领域,特别涉及一种复合防水卷材及其制备方法,该复合防水卷材包括上表层、中间层以及下表层；按重量份计,所述上表层、中间层和下表层分别包括以下原料组分：上表层和下表层：LLDPE100份,HDPE10～30份,茂金属聚乙烯10～30份,PE粘接树脂10～30份,稳定剂0.5～1份；中间层：EVA100份,LLDPE100～110份,HDPE10～30份,茂金属聚乙烯10～30份,交联剂0.1～1份,稳定剂0.5～1份。本发明提供的复合防水卷材,具有耐高温、耐低温、易焊接等优异性能,解决现有防水板的耐热性、耐低温性能不足的问题。(The invention relates to the technical field of new materials, in particular to a composite waterproof roll and a preparation method thereof, wherein the composite waterproof roll comprises an upper surface layer, a middle layer and a lower surface layer; the upper surface layer, the middle layer and the lower surface layer respectively comprise the following raw material components in parts by weight: upper and lower skins: 100 parts of LLDPE, 10-30 parts of HDPE, 10-30 parts of metallocene polyethylene, 10-30 parts of PE bonding resin and 0.5-1 part of stabilizer; an intermediate layer: 100 parts of EVA, 100-110 parts of LLDPE, 10-30 parts of HDPE, 10-30 parts of metallocene polyethylene, 0.1-1 part of cross-linking agent and 0.5-1 part of stabilizer. The composite waterproof coiled material provided by the invention has excellent performances of high temperature resistance, low temperature resistance, easy welding and the like, and solves the problem that the heat resistance and the low temperature resistance of the existing waterproof board are insufficient.)
技术领域
本发明涉及新材料技术领域，特别涉及一种复合防水卷材及其制备方法。
背景技术
从20世纪70年代以来，我国铁路修建技术有了长足的进步，偏远山区铁路及城市轨道交通线路数量逐年增加，随着铁路交通的发展，对建设标准要求也越来越高。在铁路建设规划中，为了节省大量的交通时间，打造最佳铁路路线，遇见山岭路障的时候往往选择修建隧道，因此，隧道的数量越来越多。
目前，铁路隧道建设过程中遇到的较为普遍的问题在于隧道渗漏水，通常会在隧道中使用防水板以解决渗漏水问题。但是，目前还存在一些问题需要解决，其一是有些隧道经过地热水，其中地热水温高达80℃；其二是在一些北方寒冷地区，环境温度很低，尤其在寒冷冬季，温度均在零下，而过高温度和过低温度均会对现有的防水板材料的防水性、服役时长等性能造成不利影响。因此，对于在铁路隧道建设中使用的隧道防水板提出了更高的性能要求：耐高温、耐低温且同时需保障其良好的热熔焊接性能。
申请号为CN201610517519.6，公开日为2016年11月16日的中国发明专利，公开了一种EVA防水板，其组成包括：高密度聚乙烯10～30质量份，茂金属催化线性低密度聚乙烯10～30质量份，乙烯-醋酸乙烯共聚物20～30质量份，线性低密度聚乙烯20～60质量份，抗氧剂0.3～1.5质量份。该EVA防水板有效保证了防水板的柔韧性和热熔焊接性能，制备得到的EVA防水板的拉伸强度18MPa以上、延伸率650％以上、撕裂强度100KN/m以上，具备优异的力学性能，但不能满足高地热的环境。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的问题：现有的防水板材料无法满足在实际应用过程中的耐高温耐低温性能需求。本发明提供一种复合防水卷材，其包括上表层、中间层以及下表层；按重量份计，所述上表层、中间层和下表层分别包括以下原料组分：
上表层和下表层：
中间层：
本发明提供一种辐照交联聚乙烯材料作为中间层，该辐照交联聚乙烯材料通过辐照交联显著提高了其Tg值(玻璃态转化温度)，因而其耐热性能显著提高；将辐照交联聚乙烯材料作为复合防水卷材的中间层材料，复合防水卷材耐热性能显著提高。但是交联后的中间层材料的热焊性能下降、剥离力下降，本发明通过设置添加有PE粘接树脂的上表层和下表层，不仅能够有效保持复合防水卷材的耐热性能，而且显著改善了其热焊接性能。
进一步地，在一实施例中，所述上表层、中间层与下表层的厚度比为(0.5～1.5)：(6.5～8.5)：(0.5～1.5)。
进一步地，在一实施例中，所述上表层、中间层与下表层的厚度比为1：8：1。
进一步地，在一实施例中，所述EVA的熔体流动速率为0.5～2g/10min，所述EVA中乙酸乙烯酯质量含量为10％～30％。
进一步地，在一实施例中，所述LLDPE的熔体流动速率为0.5～2g/10min。
进一步地，在一实施例中，所述HDPE的熔体流动速率为0.5～2g/10min。
进一步地，在一实施例中，所述茂金属聚乙烯的熔体流动速率为0.5～2g/10min。
进一步地，在一实施例中，所述交联剂为TMPTA、DEGDA、TPGDA中的一种或多种组合。
进一步地，在一实施例中，所述PE粘接树脂的熔体流动速率为1～7g/10min。
本发明还提供一种如上所述的复合防水卷材的制备方法,其包括以下步骤：S100：制备上表层、下表层以及中间层材料：将上表层、下表层及中间层的原料组分分别按配方称量并混合均匀后，分别投入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到上表层粒料、下表层粒料以及中间层粒料；S200、将制得的上表层粒料、下表层粒料及中间层粒料通过三层流延机流延成复合防水板材；S300、将S200制得的复合防水板材经过紫外辐射交联，得到复合防水卷材。
本发明与现有的技术相比，具有以下技术效果：
本发明提供的复合防水卷材，具有耐高温、耐低温、易焊接等优异性能，解决现有防水板的耐热性、耐低温性能不足的问题。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明还提供如下所示实施例和对比例：
本发明提供的实施例和对比例的配方(单位：重量份数)如下表1所示：
表1
其中，表1所示实施例和对比例中原料组分的种类选择均一致，所述EVA选用扬子石化生产的牌号V5110J的EVA，EVA的熔体流动速率为1.0g/10min(190℃，2.16kg)，EVA中乙酸乙烯酯质量含量为19％；所述LLDPE选自福建联合生产的牌号DFDA7042的LLDPE，熔体流动速率为1.8g/10min(190℃，2.16kg)；所述HDPE选用台塑生产的牌号8010的HDPE,熔体流动速率为1g/10min(190℃，2.16kg)；所述茂金属聚乙烯选用埃克森美孚生产的牌号1018MF的茂金属聚乙烯，熔体流动速率为1.0g/10min(190℃，2.16kg)；所述稳定剂为1010(又名：四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)与168(又名：三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)的复配组合物；所述交联剂选用TMPTA；所述PE粘接树脂选用金旸(厦门)新材料生产的牌号E3200的PE粘接树脂，熔体流动速率为7g/10min(190℃，2.16kg)。
除了上述具体实施例体现的实际选择外，优选地，所述交联剂还可以是TMPTA(三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)、DEGDA(二乙二醇双丙烯酸酯)、TPGDA(三缩丙二醇二丙烯酸酯)中的一种或多种组合；优选地，选用的所述EVA的参数可以是：熔体流动速率在0.5～2g/10min(190℃2.16kg)，乙酸乙烯酯质量含量在10％～30％，其参数在该范围内均可以，包括但不限于上述实施例体现的实际选择；优选地，选用的所述EVA的参数可以是：熔体流动速率为0.5～2g/10min(190℃，2.16kg)，其参数在该范围内均可以，包括但不限于上述实施例体现的实际选择；优选地，选用的所述EVA的参数可以是熔体流动速率为0.5～2g/10min(190℃，2.16kg)，其参数在该范围内均可以，包括但不限于上述实施例体现的实际选择；优选地，选用的所述茂金属聚乙烯的参数可以是：熔体流动速率为0.5～2g/10min(190℃，2.16kg)，其参数在该范围内均可以，包括但不限于上述实施例体现的实际选择；优选地，选用的所述PE粘接树脂的参数可以是：熔体流动速率为1～7g/10min，其参数在该范围内均可以，包括但不限于上述实施例体现的实际选择，具体来说，在一些实施例中，所述PE粘接树脂还可以采用市售的广州鹿山新材料股份有限公司、上海中邦高分子材料有限公司生产的PE粘接树脂，以实施例1-4所选用的市售的金旸(厦门)新材料科技有限公司生产的牌号E3200的PE粘接树脂为较佳选择；优选地，选用的所述HDPE的参数可以是：熔体流动速率为0.5～2g/10min(190℃，2.16kg)，其参数在该范围内均可以，包括但不限于上述实施例体现的实际选择。
除了上述具体实施例体现的实际选择外，优选地，所述稳定剂还可以为空间受阻酚类稳定剂、空间受阻胺类稳定剂、磷酸盐类稳定剂、硫代酯类稳定剂、亚磷酸酯类中的一种或多种组合，以实施例1-4中所采用的1010(又名：四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)与168(又名：三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)的复配组合物为较佳选择。
根据表1配方制备复合防水卷材,制备方法步骤为：
S100：制备上表层、下表层以及中间层材料：S110、制备上表层、下表层粒料：将上表层、下表层的原料组分按表1中配方称量并混合均匀后，投入双螺杆挤出机中挤出、冷却、造粒，得到上表层粒料、下表层粒料；其中，双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1，双螺杆挤出机的各区温度从1区到10区依次为50℃、180℃、190℃、200℃、200℃、190℃、180℃、180℃、180℃、180℃,机头温度为180℃，螺杆转速为250rpm；S120、将中间层的原料组分按表1中配方称量并混合均匀后，分别投入双螺杆挤出机中挤出、冷却、造粒，得到上表层粒料、下表层粒料以及中间层粒料；其中，双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1，双螺杆挤出机的各区温度从1区到10区依次为50℃、180℃、190℃、200℃、200℃、190℃、180℃、180℃、180℃、180℃,机头温度为180℃，螺杆转速为250rpm；S200、将制得的上表层粒料、下表层粒料及中间层粒料通过三层流延机在流延温度为180℃～220℃下流延成上表层、中间层及下表层厚度比为1：8：1的复合防水板材，复合板材总厚度为2mm；S300、将S200制得的复合防水板材经过紫外辐射交联，得到复合防水卷材。需要说明的是：对比例1和对比例4中上表层和下表层使用中间层料粒流延制得，其上表层、中间层及下表层厚度比为1：8：1，厚度为2mm。
除了上述具体实施例体现的实际选择外，优选地，所述上表层、中间层与下表层的厚度比在(0.5～1.5)：(6.5～8.5)：(0.5～1.5)范围内均可以；以实施例1-4中所述上表层、中间层与下表层的厚度比为1：8：1为最优厚度选择。
将实施例和对比例中制得的复合防水卷材，在相同测试条件下进行测试，测试结果如下表2所示:
表2
需要说明的是，表2中所述“拉不开”是指焊缝位置剥离不开。
由表2中实施例1-4数据结果可知：本发明提供的复合防水卷材具有耐高温、耐低温、易焊接等优异性能，解决了现有防水板的耐热性、耐低温性能不足的问题。
从实施例1-3配方和测试数据可以看出，随HDPE的添加量增加，热焊性能降低(同等热焊温度下，接缝剥离强度降低)，且要求较高的热焊温度，热变形温度略有增加；
从对比例2和实施例1中比对结果可知：相比实施例1，对比例2中上下表层中未添加PE粘接树脂，其接缝剥离强度出现了显著的下降；可知采用本发明方案的实施例制得的复合防水卷材的剥离强度得到很好的改善。
从实施例1、实施例4、对比例3的对比结果可以看出：相比实施例1和实施例4，对比例3中加入了超出本发明所限定的交联剂用量，虽然其热变形温度有一定的提高，但是其耐低温性能、拉伸弯曲强度、撕裂强度都出现了显著的下降；从实施例4与实施例1中比对结果可知，实施例4在实施例1的基础上增加交联剂用量，相比实施例1，其拉伸弯曲强度、热变形温度等性能略有提升。可知，适当的交联可以明显提高热变形温度及各性物理性能，但过分交联虽然热变形温度可以进一步提高，但由于大部分形成了三维网状结构，分子量大增，限制了分子间的运动，材料由韧转脆，其它各项物理性能会下降。
从对比例1可以看到，对比例1中仅使用中间层的辐照交联聚乙烯材料作为防水卷材，其测试得到的剥离强度很差，这主要是因为随着交联的产生，材料的熔融性能变差，交联到了一定程度，甚至只能溶胀，交联后的中间层材料的热焊性能下降、剥离力下降；因此可知，本发明提供的复合防水卷材正是通过辐照交联聚乙烯材料作为中间层与上下表层配合，以综合提升其性能，使其具备耐高温、耐低温、焊接等优异性能。对比例4中未加入交联剂，且不设置上下表面层，相比对比例1，其热变形温度显著下降，耐高温性能差，且其拉伸弯曲强度、撕裂强度也有所下降；
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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