一种抗开裂的非沥青型防水卷材及其制备工艺
阅读说明：本技术 一种抗开裂的非沥青型防水卷材及其制备工艺 (Cracking-resistant non-asphalt waterproof coiled material and preparation process thereof ) 是由 孙冰 贾康 李霞 于 2021-10-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种抗开裂的非沥青型防水卷材及其制备工艺,防水卷材包括以下质量份数的原料：HDPE100份；增塑剂7～10份；碳酸钙32～36份；EVA热熔胶49～52份；矿物粒8～11份；改性纤维2～4.6份；所述改性纤维以涤纶透气纤维经过处理液低温冻结处理得到,所述处理液中NaOH浓度为0.3～0.52mol/L；所述改性纤维长度与卷材的厚度比为0.6～1,制备方法为将原料加入混合机中高速混合后经过熔融、流延、辊压、定型后得到产品防水卷材,本申请抗开裂的防水卷材加入本申请的改性纤维后,使得防水卷材减少产生裂纹以及阻碍冻融循环下裂纹的继续深入,继而保护防水卷材的防水性能。(The invention discloses a cracking-resistant non-asphalt waterproof coiled material and a preparation process thereof, wherein the waterproof coiled material comprises the following raw materials in parts by weight: 100 parts of HDPE; 7-10 parts of a plasticizer; 32-36 parts of calcium carbonate; 49-52 parts of EVA hot melt adhesive; 8-11 parts of mineral particles; 2-4.6 parts of modified fiber; the modified fiber is obtained by freezing treatment liquid at low temperature through polyester breathable fiber, wherein the concentration of NaOH in the treatment liquid is 0.3-0.52 mol/L; the modified fiber length is 0.6-1 with the thickness ratio of coiled material, and the preparation method is to add the raw materials into the mixing machine and obtain the product waterproof coiled material after melting, curtain coating, roll-in, design after mixing at a high speed, and the waterproof coiled material of this application anti-cracking adds the modified fiber of this application after for waterproof coiled material reduces and produces the crackle and hinders the continuation of crackle deep under the freeze-thaw cycle, then protects waterproof coiled material's waterproof performance.)
技术领域
本发明涉及有机防水材料领域，更具体地说，它涉及一种抗开裂的非沥青型防水卷材及其制备工艺。
背景技术
防水卷材主要是用于建筑墙体、屋面、以及隧道等处，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。
防水卷材基于美观或设计要求有区别于传统沥青防水卷材的另一种高分子有机材料，其以HDPE为作为主要的有机基材配合无机填料、粘结剂和如增稠剂等其他助剂制备得到。
本申请发明人发现该种防水卷材在室温或20℃以上的室外温度时均具有良好的抗断裂性，但该抗断裂性是体现于整体抗断裂性，对于细小裂缝产生后的抗裂性能较差。该种防水卷材因为位于外界环境的一侧老化较快，易产生裂纹，其裂纹并不会一次性从卷材厚度上裂开防水卷材，但会使液体流入裂纹中，环境温度在液体冻结凝固点上下波动，会形成冻融循环，进一步加深裂纹，最终使得防水卷材防水性大为下降或防水性被破坏，现有有机材料防水卷材。
发明内容
为了解决现有非沥青型防水卷材产生裂纹后裂纹易深入导致防水性破坏的问题，本发明的于提供一种抗开裂的非沥青型防水卷材及其制备工艺。
第一方面，本发明提供了如下一种抗开裂的非沥青型防水卷材，采用如下方案实现：一种抗开裂的非沥青型防水卷材，包括以下质量份数的原料混合加热流延得到：
HDPE 100份；
增塑剂 7～10份；
碳酸钙 32～36份；
EVA热熔胶 49～52份；
矿物粒 8～11份；
改性纤维 2～4.6份；
所述改性纤维以涤纶透气纤维经过处理液低温冻结处理得到，
所述处理液中NaOH浓度为0.3～0.52mol/L；
所述改性纤维长度与卷材的厚度比为0.6～1。
通过采用上述技术方案，涤纶透气纤维内部带有孔腔，孔腔内带有空气，本申请中涤纶透气纤维经过处理液低温冻结处理，冻结时析出的氢氧化钠结晶会随冻融循环刺入涤纶透气纤维中，得到表面带有与孔腔连通的大量细小孔洞的改性纤维，
本申请防水卷材生产过程中HDPE熔融，改性纤维在加热加压(受外侧熔融HDPE挤压受压)下将被连通的孔腔中的气体排出，故而使得纤维表面凹陷。凹陷深度最大可达0.3倍的纤维直径，凹陷深度集中分布于0.21～0.26倍的纤维直径，故而改性纤维可外侧面与防水卷材的有机基材在微米级上进行高强度的相连接固定，为改性纤维提供拉紧力防止防水卷材产生裂纹提供基础。
同时NaOH晶体穿刺位点基于纤维整体而言较为均一，对于微米级的纤维段而言，NaOH晶体穿刺位点并非均匀，故而纤维表面的凹陷在纤维表面的分布是不均一的，沿纤维长度的凹陷长度不相同的，但由于NaOH晶体穿刺位点小，对纤维表面拉力强度破坏小，凹陷的形成是纤维自发凹陷而非外切切除破坏，故而凹陷处的纤维段强度较其他未凹陷处的纤维段强度是增加而非降低，继而通过纤维表面与防水卷材结合。
此为外等离子等处理所无法实现的，等离子处理等方式无法“稳定”获得凹陷深度为0.21～0.26倍直径的纤维。一方面，等离子处理等方式获取时会产生大量的缺陷深度大于0.5倍直径的纤维、断裂纤维，甚至导致纤维熔融在一起，以及夹带大量静电不易分散；另一方面，会导致纤维强度下降，其效果不佳。
改性纤维长度较短，并非条理有序的混合于卷材中，其混合方式是多种的，弯曲、直线、盘卷且并非沿卷材面铺展，故而其在卷材各维度方向均分布有拉紧预应力；
同时区别于现有沥青防水卷材中玻璃纤维网格布般对防水卷材整体断裂强度增强，沥青材料作为流体具备受热自修复的能力，整体平面分布的玻璃纤维网格布在沥青材料的防水卷材中可效的引导沥青材料自修复，但玻璃纤维网格布用于HDPE为有机基材的防水卷材时，防水卷材中反而因其温差下膨胀收缩系数不同，反而导致裂纹更严重的现象；改性纤维短，多维度角度的拉紧力提供，有效的减少裂缝产生以及裂缝深入。
综上所述，本申请抗开裂的防水卷材加入本申请的改性纤维后，使得防水卷材减少产生裂纹以及阻碍冻融循环下裂纹的继续深入，继而保护防水卷材的防水性能。
可选的，所述处理液中还有KCl，KCl浓度为0.21～0.38mol/L。
可选的，所述处理液中NaOH浓度为0.43mol/L，KCl浓度为0.31mol/L。
通过采用上述技术方案，处理液中加入KCl，所处理后的改性纤维对HDPE为有机基材的防水卷材的改良效果更好，其中NaOH浓度为0.43mol/L，KCl浓度为0.31mol/L时效果较优。
可选的，所述改性纤维长度为3～5mm。
通过采用上述技术方案，现有卷材后度为1.35～5mm范围，本申请防水卷材一般为2～5mm，改性纤维长度为3～5mm不易在混合过程中或流延过程中发生团卷——相互缠绕、首尾常人，分布好，且抗裂纹效果较佳。
可选的，所述改性纤维的原料涤纶透气纤维在处理液处理前使用抗静电剂进行抗静电处理，且所述抗静电剂为非硅烷偶联型抗静电剂。
通过采用上述技术方案，经过抗静电处理的改性纤维在与其他原料混合的过程中更易分散，方便混合，同时似乎有助于改性纤维与HDPE等有机相结合。另外硅烷偶联型的抗静电剂对本申请不适用，经过实验发现硅烷偶联型的抗静电剂对处理液冻融穿刺孔腔有阻碍作用，故而不可使用。
可选的，所述抗静剂为十八胺聚氧乙烯醚。
通过采用上述技术方案，十八胺聚氧乙烯醚作为抗静电剂作用效果较好。
第二方面，本发明提供了如下一种抗开裂的防水卷材的制备工艺，采用如下方案实现：抗开裂的防水卷材的制备工艺，包括以下步骤：
S1:将原料加入混合机中，在40～50℃下高速混合，混合时间为5～30min；
S2:混合好的原料经过熔融、流延、辊压、定型后得到产品防水卷材。
通过采用上述技术方案，制备获得本申请的防水卷材，具备有良好的抗裂纹以及抗裂纹深化的性能。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.本申请抗开裂的防水卷材加入本申请的改性纤维后，使得防水卷材减少产生裂纹以及阻碍冻融循环下裂纹的继续深入，继而保护防水卷材的防水性能；
2.改性纤维长度为3～5mm不易在混合过程中或流延过程中发生团卷——相互缠绕、首尾常人，分布好，且抗裂纹效果较佳；
3.经过抗静电处理的改性纤维在与其他原料混合的过程中更易分散，方便混合，有助于改性纤维与HDPE等有机相结合，进一步提高本申请防水卷材的防水性能保护效果。
具体实施方式
制备例1
一种改性纤维，其制备方法如下：
将4mm长度、直径为50±2μm的涤纶透气纤维浸泡入处理液中，施加力保持涤纶透气纤维浸泡于处理液中，处理液为NaOH、KCl的混合溶液，其中NaOH浓度为0.43mol/L，KCl浓度为0.31mol/L；
降温冻结混合有涤纶透气纤维的处理液，冻结2h后，再自然环境下升温解冻，由此以一次冻结一次解冻为一冻融过程，进行重复操作，共进行5次冻融过程，捞出纤维并自然干燥，得到改性纤维。
制备例2～7
一种改性纤维，其基于实施例1的基础上，区别在于作为原料的涤纶透气纤维的长度、处理液中成分浓度不同。制备例1～7的改性纤维工艺参数如下表一所示。
表一.制备例1～7中改性纤维工艺参数表
制备例1
制备例2
制备例3
制备例4
制备例5
制备例6
制备例7
纤维的长度/μm
4
4
4
3
5
6
2
NaOH浓度/mol·L<sup>-1</sup>
0.43
0.3
0.52
0.43
0.43
0.43
0.43
KCl浓度/mol·L<sup>-1</sup>
0.31
0.21
0.38
0.31
0.31
0.31
0.31
另外还有制备例8～12。
制备例8～12
一种改性纤维，其制备方法如下：
将直径为50±2μm的涤纶透气纤维浸泡入去静电液中，浸泡时间为20min，浸泡完毕后捞出，自然干燥，得到去静电处理纤维。去静电液为抗静电剂的水溶液。
将制备得到的去静电处理纤维浸泡入处理液中，施加力保持涤纶透气纤维浸泡于处理液中，处理液为NaOH、KCl的混合溶液。
降温冻结混合有涤纶透气纤维的处理液，冻结2h后，再自然环境下升温解冻，由此以一次冻结一次解冻为一冻融过程，进行重复操作，共进行5次冻融过程，捞出纤维并自然干燥，得到改性纤维。制备例8～12的改性纤维工艺参数如下表二所示。
表二.制备例8～12的改性纤维工艺参数表
实施例1～11
一种抗开裂的防水卷材，包括以下质量份的原料：HDPE 100份、增塑剂8份、碳酸钙35份、EVA热熔胶50份、矿物粒9份、改性纤维3.8份。
其的制备工艺如下：
S1:将原料加入混合机中，在40～50℃下高速混合，混合时间为5～30min；
S2:混合好的原料经过熔融、流延、辊压、定型后得到产品防水卷材，其中熔融温度为188℃。
增塑剂为邻苯二甲酸酯，矿物粒选用高岭土粉末，高岭土粉末与碳酸钙粒径均为80±5μm。
实施例1～12的区别之处在于改性纤维来源不同。实施例1～12中改性纤维来源如下表三所示。
表三.实施例1～12的生产工艺参数
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
实施例6
改性纤维来源
制备例1
制备例2
制备例3
制备例4
制备例5
制备例6
实施例7
实施例8
实施例9
实施例10
实施例11
改性纤维来源
制备例7
制备例8
制备例9
制备例11
制备例12
实施例12～15
一种抗开裂的防水卷材，基于实施例1的基础上区别之处在于其他原料用量以及改性纤维来源。实施例12～15中原料参数如下表四所示。
表四.实施例12～15原料参数
实施例12
实施例13
实施例14
实施例15
改性纤维来源
制备例1
制备例1
制备例9
制备例9
HDPE/kg
100
100
100
100
增塑剂/kg
7
10
7
9
碳酸钙/kg
32
36
32
35
EVA热熔胶/kg
49
52
49
50
矿物粒/kg
8
11
8
10
改性纤维/kg
2
4.6
2
4.5
实施例16
一种抗开裂的防水卷材，基于实施例1的基础上区别之处在于处理液为NaOH溶液，NaOH浓度为0.43mol/L。
实施例17
一种抗开裂的防水卷材，基于实施例1的基础上区别之处在于处理液为NaOH溶液，NaOH浓度为0.21mol/L。
实施例18
一种抗开裂的防水卷材，基于实施例1的基础上区别之处在于处理液为NaOH溶液，NaOH浓度为0.38mol/L。
对比例1
一种抗开裂的防水卷材，基于实施例1的基础上，区别之处在于以涤纶透气纤维直接替代改性纤维进行使用。
对比例2
一种抗开裂的防水卷材，基于实施例4的基础上，区别之处在于以涤纶透气纤维直接替代改性纤维进行使用。
对比例3
一种抗开裂的防水卷材，基于实施例5的基础上，区别之处在于以涤纶透气纤维直接替代改性纤维进行使用。
对比例4
一种抗开裂的防水卷材，基于实施例1的基础上，区别之处在于改性纤维来源为制备例10。
对比例5
一种抗开裂的防水卷材，基于实施例12的基础上，区别之处在于以涤纶透气纤维直接替代改性纤维进行使用。
对比例6
一种抗开裂的防水卷材，基于实施例13的基础上，区别之处在于以涤纶透气纤维直接替代改性纤维进行使用。
实施例1～15和对比例1～6经过抗冻融裂纹深化实验，其检测数据如下表五、表六所示。
[抗冻融裂纹深化实验]
1、取0.8m*0.8m的试验卷材展开采用试样刀具在卷材上开裂纹，开口深度为1mm，裂纹长度为2mm，裂纹均匀间隔分布，分布间距为8cm。
2、取1号步骤后未做防水性抗压测试的模拟裂纹试样，进行冻融处理，冻融处理为将处理好的试样水平展开并浸入水中，水面高于试样上表面2cm，降温使得水完全冻结，冻结30min后自然融化，待水温至15℃后重复冻结、解冻，循环50次后，得到冻融裂纹试样，进行防水性抗压测试。
试样刀具包括压板和固定位于压板一侧面上刀片，刀片位于压板外的部分为刺片，刺片为矩形，矩形的长边平行于压板且长边长度为2mm，矩形的短边垂直压板且短边长度为1mm。刀片数量为多个，且刀片和刺片在压板上均为矩形阵列分布，每行的刺片相互平行，每行之间相间隔2cm；每列的刺片位于同一平面，每列之间相间隔2cm。
防水性抗压测试方法参考GB/T 328.10-2007《建筑防水卷材试验方法第10部分：沥青和高分子防水卷材不透水性》中方法B，选用7孔圆盘进行实验，实验结果以水压和透水时间为计。(标准中为规定时间内未透水为合格)
表六.实施例1～15和对比例1～7的损伤裂纹深化实验结果表
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
实施例6
(0.34MPa水压)透水时间/min
62
49
67
47
53
41
(0.42MPa水压)透水时间/min
46
37
50
35
40
31
实施例7
实施例8
实施例9
实施例10
实施例11
实施例12
(0.34MPa水压)透水时间/min
31
80
99
63
72
53
(0.42MPa水压)透水时间/min
23
60
74
47
54
39
实施例13
实施例14
实施例15
实施例16
实施例17
实施例18
(0.34MPa水压)透水时间/min
70
77
88
53
58
59
(0.42MPa水压)透水时间/min
53
56
65
40
42
43
对比例1
对比例2
对比例3
对比例4
对比例5
对比例6
(0.34MPa水压)透水时间/min
24
25
24
27
21
23
(0.42MPa水压)透水时间/min
17
19
18
20
16
17
结合实施例1、对比例1以及表六可知，本申请中加入改性纤维后，实施例1的透水时间远超对比例1；结合实施例4、对比例2以及表六可知，本申请中加入改性纤维后，实施例2的透水时间远超对比例2；结合实施例5、对比例3以及表六可知，本申请中加入改性纤维后，实施例5的透水时间远超对比例3；其是由于本申请中加入了改线纤维，相较于未改性的纤维，本申请加入改线纤维后冻融循环对带有裂纹的防水卷材防水性破坏显著降低，保护了防水卷材的防水性。
结合实施例1、实施例2、实施例3可知，本申请在卷材厚度为5mm时，处理液选用NaOH浓度为0.43mol/L，KCl浓度为0.31mol/L，获取得到的改性纤维加入本申请原料中后与其他原料协同作用下，对防水卷材防水性保护效果较好。
结合实施例1、实施例4、实施例6、实施例7可知，实施例6、实施例4、实施例1、实施例5、实施例7中改性纤维长度依次增大，但防水性保护效果先增加在大于4mm后减弱，在6mm时下降明显，本发明人跟进各步骤生产过程发现，当改性纤维长度大于等于6mm后，改性纤维以相互缠绕、首尾缠绕，未能均匀分布于防水卷材中，且相互缠绕、首尾缠绕严重时还会影响流延成膜以及导致卷材内产生未填实的孔洞。故而改性纤维的长度在3～5mm是均可起到较为不错的改善效果，且优选用3～5mm的改性纤维，改性纤维长度与卷材的厚度比为0.6～1。
结合实施例1、实施例8、实施例9可知，实施例8、实施例9防水卷材的冻融裂纹深化实验下防水性能优于实施例1；结合实施例4、实施例5、实施例10、实施例11可知，实施例10防水卷材的冻融裂纹深化实验下防水性能优于实施例4，实施例11防水卷材的冻融裂纹深化实验下防水性能优于实施例5；其是由于本申请中选用非硅烷偶联型的抗静电剂处理，经过抗静电处理的改性纤维在与其他原料混合的过程中更易分散，方便混合，同时抗静电处理似乎有助于改性纤维与HDPE等有机相结合。
对比例4防水卷材的冻融裂纹深化实验下防水性能劣于实施例1，本申请人经过尝试其他硅烷偶联型的抗静电剂，发现有硅烷偶联剂类物质对本申请不适用，对处理液冻融穿刺孔腔有阻碍作用，故而不可使用。
另外可用抗静电剂中实施例9所用十八胺聚氧乙烯醚效果较好。
结合实施例1、实施例16～18可知，本申请获取改性纤维时，处理液中加入KCl，可进一步提高改性纤维对本申请防水卷材的防水性保护效果提升，且KCl浓度为0.31mol/L较佳。
结合实施例10～15、对比例5～6可知，本申请改良方法在原料比例按如此质量份：HDPE100份；增塑剂7～10份；碳酸钙32～36份；EVA热熔胶49～52份；矿物粒8～11份；改性纤维2～4.6份范围内是均有较好的防水性保护效果。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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