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一种多功能防水卷材制备方法、防水卷材及应用
申请号	CN202410154159.2	申请日	2024-02-02	公开(公告)号	CN117966493A	公开(公告)日	2024-05-03
申请人	长安大学;			发明人	艾涛; 杨坤; 牛艳辉; 阎鑫; 李卓; 成月; 刘英; 刘凯杰;
摘要	本发明公开一种多功能防水卷制备方法、防水卷材及应用，所述制备方法包括将热熔聚合物改性沥青胶涂覆于长丝聚酯胎基布的两侧得到防水卷材基体；在得到的防水卷材基体一侧表面撒布相变颗粒材料、另一侧表面包覆聚乙烯薄膜，即得；所述热熔聚合物改性沥青胶以重量份数计，包括以下原料组分：基质沥青100份，热塑性聚氨酯30～40份，自极化压电材料10～15份和碳纤维粉5～7份。所述热塑性聚氨酯以分子量为2000～3000的聚羟基丁二烯为软段，以丁二醇和二苯基甲烷二异氰酸酯为硬段，所述聚羟基丁二烯、二苯基甲烷二异氰酸酯和丁二醇的摩尔比为1：4：3。本发明提供的防水卷材使用了热熔聚合物改性沥青胶组分，其中的热塑性聚氨酯具有软硬相分离的特性。
权利要求	1.一种多功能防水卷材制备方法，其特征在于，包括将热熔聚合物改性沥青胶涂覆于长丝聚酯胎基布的两侧得到防水卷材基体；在得到的防水卷材基体一侧表面撒布相变颗粒材料、另一侧表面包覆聚乙烯薄膜，即得；所述热熔聚合物改性沥青胶以重量份数计，包括以下原料组分：基质沥青100份，热塑性聚氨酯30～40份，自极化压电材料10～15份和碳纤维粉5～7份。 2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热塑性聚氨酯以分子量为2000～ 3000的聚羟基丁二烯为软段，以丁二醇和二苯基甲烷二异氰酸酯为硬段，所述聚羟基丁二烯、二苯基甲烷二异氰酸酯和丁二醇的摩尔比为1：4：3。 3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述自极化压电材料包括铌酸钠，且所述铌酸钠的粒径为21～100nm。 4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳纤维粉包括沥青基碳纤维粉，所述沥青基碳纤维粉的颗粒细度为800～1000目。 5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述相变颗粒材料由摩尔比为20：2～ 2.5：3～4：0.5～1：0.3～0.5：0.01～0.02的轻烧氧化镁、六水氯化镁、六水氯化钙、丙三醇、尿素和六水氯化锶复配而成，且相变颗粒材料的粒径小于等于0.60mm。 6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的长丝聚酯胎基布的单位面积质量 2 为150～200g/m，幅宽1～1.5米。 7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铌酸钠的制备包括：将质量比为1: 24的Nb2O5和NaOH加入去离子水中混合，磁力搅拌20～40min得到混合料液；将混合料液放入反应釜中在150～200℃条件下反应3～5h，依次经过滤、干燥10～12h、研磨，于450～550℃煅烧8～10h，即得。 8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、制备热熔聚合物改性沥青胶步骤1.1、将配方量的聚羟基丁二烯与4，4`‑二苯基甲烷二异氰酸酯混合，在氮气气氛下于80～90℃磁力搅拌2～3h，得到热塑性聚氨酯预聚体；步骤1.2、将配方量的基质沥青、热塑性聚氨酯预聚体和丁二醇混合后加热至140～150℃，加入配方量的自极化压电材料和碳纤维粉，搅拌30～40min得到热熔聚合物改性沥青胶；步骤2、制备相变颗粒材料将配方量的六水氯化镁、六水氯化钙、丙三醇、尿素和六水氯化锶混合后加热到80～90℃得到混合溶液，将混合溶液倒入装有配方量轻烧氧化镁的容器中搅拌均匀，倒入模具固化得到成型复合材料，进而得到粒径小于等于0.6mm的相变颗粒材料；步骤3、制备防水卷材将热熔聚合物改性沥青胶涂覆于长丝聚酯胎基布的两侧得到防水卷材基体；在防水卷材基体的一侧表面撒布相变颗粒材料、另一侧表面包覆聚乙烯薄膜，得到防水卷材。 9.一种多功能防水卷材，其特征在于，采用如权利要求1～8中任一项所述的多功能防水卷材制备方法制得。 10.如权利要求1～8任一项所述的制备方法制得的多功能防水卷材在钢桥面或水泥混凝土桥面防水工程中的应用。
说明书全文	一种多功能防水卷材制备方法、防水卷材及应用技术领域 [0001] 本发明属于桥梁路面功能材料技术领域，具体涉及一种多功能防水卷材制备方法、防水卷材及应用。背景技术 [0002] 混凝土桥面铺装必须加装防水层以抵抗雨雪对桥梁结构的破坏，例如，桥面经常铺装SBS改性沥青防水卷材作为防水层。实践中发现，在低温环境下，如夜晚以及冬季环境，现有的混凝土桥梁防水材料会因温度变化导致收缩以及脆性断裂，造成混凝土桥面的水损害；此外，桥梁上常常会因为车辆行驶产生一定的振动，严重时还会产生共振现象，对桥梁通行的舒适性和使用寿命都会产生不利的影响。为了延长混凝土桥梁的寿命，降低建造成本，亟需开发集防水、保温和减振功能一体的新型多功能防水卷材。发明内容 [0003] 为了克服上述技术存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种多功能防水卷制备方法、防水卷材及应用。 [0004] 为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案： [0005] 一种多功能防水卷材制备方法，包括将热熔聚合物改性沥青胶涂覆于长丝聚酯胎基布的两侧得到防水卷材基体；在得到的防水卷材基体一侧表面撒布相变颗粒材料、另一侧表面包覆聚乙烯薄膜，即得； [0006] 所述热熔聚合物改性沥青胶以重量份数计，包括以下原料组分：基质沥青100份，热塑性聚氨酯30～40份，自极化压电材料10～15份和碳纤维粉5～7份。 [0007] 本发明还具有以下技术特征： [0008] 具体的，所述热塑性聚氨酯以分子量为2000～3000的聚羟基丁二烯为软段，以丁二醇和二苯基甲烷二异氰酸酯为硬段，所述聚羟基丁二烯、二苯基甲烷二异氰酸酯和丁二醇的摩尔比为1：4：3。 [0009] 更进一步的，所述自极化压电材料包括铌酸钠，且所述铌酸钠的粒径为21～100nm。 [0010] 更进一步的，所述碳纤维粉包括沥青基碳纤维粉，所述沥青基碳纤维粉的颗粒细度为800～1000目。 [0011] 更进一步的，所述相变颗粒材料由摩尔比为2～2.5：3～4：0.5～1：0.3～0.5：0.01～0.02的轻烧氧化镁、六水氯化镁、六水氯化钙、丙三醇、尿素和六水氯化锶复配而成，且相变颗粒材料的粒径小于等于0.60mm。 [0012] 更进一步的，所述的长丝聚酯胎基布的单位面积质量为150～200g/m2，幅宽1～1.5米。 [0013] 更进一步的，所述铌酸钠的制备包括：将质量比为1:24的Nb2O5和NaOH加入去离子水中混合，磁力搅拌20～40min得到混合料液；将混合料液放入反应釜中在150～200℃条件下反应3～5h，依次经过滤、干燥10～12h、研磨，于450～550℃煅烧8～10h，即得。 [0014] 更进一步的，具体包括以下步骤： [0015] 步骤1、制备热熔聚合物改性沥青胶 [0016] 步骤1.1、将配方量的聚羟基丁二烯与4，4`‑二苯基甲烷二异氰酸酯混合，在氮气气氛下于80～90℃磁力搅拌2～3h，得到热塑性聚氨酯预聚体； [0017] 步骤1.2、将配方量的基质沥青、热塑性聚氨酯预聚体和丁二醇混合后加热至140～150℃，加入配方量的自极化压电材料和碳纤维粉，搅拌30～40min得到热熔聚合物改性沥青胶； [0018] 步骤2、制备相变颗粒材料 [0019] 将配方量的六水氯化镁、六水氯化钙、丙三醇、尿素和六水氯化锶混合后加热到80～90℃得到混合溶液，将混合溶液倒入装有配方量轻烧氧化镁的容器中搅拌均匀，倒入模具固化，得到成型复合材料，进而得到粒径小于等于0.6mm的相变颗粒材料； [0020] 步骤3、制备防水卷材 [0021] 将热熔聚合物改性沥青胶涂覆于长丝聚酯胎基布的两侧得到防水卷材基体；在防水卷材基体的一侧表面撒布相变颗粒材料、另一侧表面包覆聚乙烯薄膜，得到防水卷材。 [0022] 本发明还保护一种多功能防水卷材，所述防水卷材采用上述的多功能防水卷材制备方法制得。 [0023] 本发明还保护上述的制备方法制得的多功能防水卷材在钢桥面或水泥混凝土桥面防水工程中的应用。 [0024] 本发明与现有技术相比具有以下技术效果： [0025] (1)本发明提供的防水卷材使用了热熔聚合物改性沥青胶组分，其中的热塑性聚氨酯具有软硬相分离的特性，赋予改性沥青更好的高低温性能，防水卷材具有良好的阻尼性能，由于添加了自极化压电材料和导电材料，车辆通过时产生的振动和应力会产生压电阻尼效应，应力转换为电能，再通过导电网络以热能的方式耗散，达到消除振动的目的。 [0026] (2)与现有技术相比，本发明提供的制备方法减少了自极化压电材料的极化步骤，可以省去极化仪器设备以及附属条件可操作性强，，极大地节约成本，有利于压电阻尼材料的大规模应用。 [0027] (3)本发明提供的防水卷材由于表面撒布了相变颗粒，在大温差的环境下，可以调节桥面防水层的温度，维持防水层的软韧状态，不易产生低温脆性损伤。附图说明 [0028] 图1为实施例1制得的防水卷材的应用示意图。 [0029] 图中各标号表示： [0030] 1‑水泥混凝土或钢板；2‑复合材料防水卷材，3‑相变储能砂，4‑沥青混合料。具体实施方式 [0031] 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。 [0032] 需要说明的是，本发明中的所有原材料、实验设备和检测设备，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的原材料和设备。 [0033] 本发明中，高温性能和低温性能参照JTG E20—2011进行评价，不透水性和接缝剥离强度参照GB 18242—2008进行评价，损耗因子参照GB/T18258—2000评价。 [0034] 本申请的技术构思为：通过制得的相变温度调整幅度大、热焓高的相变颗粒材料取代常用防水材料生产用的层间防粘结的砂子，加入的相变颗粒材料既能实现对桥面温差大幅变化的调节，又能防止防水卷材层间粘结。采用多种无机盐共晶相变，并且与低相变温度的有机化合物复合来制备相变温度调整幅度大、热焓高的相变材料。为了实现高阻尼的桥面防水材料减振的目的设计防水卷材，并将振动能耗散的压电高阻尼材料复合到卷材中。本发明中采用无需极化的铌酸钠纳米单晶线自极化压电材料；采用耐水性优良、粘结强度和阻尼高的端羟基聚丁二烯型聚氨酯制备改性沥青，用作防水卷材的粘结剂；将自极化压电材料与卷材的胎基良好复合，最终通过压电高阻尼的防水卷材达到桥面减振目的，同时将耗散的热能贮存在相变材料中，实现桥面温度调节。 [0035] 本发明提供一种功能防水卷材制备方法，包括将热熔聚合物改性沥青胶涂覆于长丝聚酯胎基布的两侧得到防水卷材基体；在得到的防水卷材基体一侧表面撒布相变颗粒材料、另一侧表面包覆聚乙烯薄膜，即得； [0036] 所述热熔聚合物改性沥青胶以重量份数计，包括以下原料组分：基质沥青100份，热塑性聚氨酯30～40份，自极化压电材料10～15份和碳纤维粉5～7份。 [0037] 所述热塑性聚氨酯以分子量为2000～3000的聚羟基丁二烯为软段，以丁二醇和二苯基甲烷二异氰酸酯为硬段，所述聚羟基丁二烯、二苯基甲烷二异氰酸酯和丁二醇的摩尔比为1：4：3。 [0038] 所述自极化压电材料包括铌酸钠，且所述铌酸钠的粒径为21～100nm。 [0039] 所述相变颗粒材料由摩尔比为20：2～2.5：3～4：0.5～1：0.3～0.5：0.01～0.02的轻烧氧化镁、六水氯化镁、六水氯化钙、丙三醇、尿素和六水氯化锶复配而成，且相变颗粒材料的粒径小于等于0.60mm。 [0040] 所述的长丝聚酯胎基布的单位面积质量为150～200g/m2，幅宽1～1.5米。 [0041] 所述铌酸钠的制备包括：将质量比为1:24的Nb2O5和NaOH加入去离子水中混合，磁力搅拌20～40min得到混合料液，将混合料液放入反应釜中在150～200℃条件下反应3～5h，依次经过滤、干燥10～12h、研磨，于450～550℃煅烧8～10h，即得。 [0042] 以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。 [0043] 实施例1： [0044] 本实施例给出一种多功能防水卷材制备方法，具体包括： [0045] 步骤1、制备热熔聚合物改性沥青胶 [0046] 步骤1.1、将9.97kg羟基丁二烯在80℃的真空烘箱中除水2h，将除水后的羟基丁二烯和1.25kg4，4`‑二苯基甲烷二异氰酸酯放入反应釜中，在氮气气氛下于80℃磁力搅拌2h，得到热塑性聚氨酯预聚体； [0047] 步骤1.2、将48.9kg基质沥青放入150℃烘箱中加热直至流动状态，倒入不锈钢容器中，加入聚氨酯预聚体搅拌30min，再加入丁二醇1kg，搅拌30min，然后在120℃的烘箱中保温18小时；加热至140℃，再加入4.89kg自极化压电材料和2.45kg碳纤维粉，搅拌30min得到热熔聚合物改性沥青胶； [0048] 其中，自极化压电材料的制备包括：将100gNb2O5与2400g NaOH加入5000g去离子水中混合，磁力搅拌30min，在150℃的水热反应釜中在200℃条件下反应4h，然后依次经过滤、干燥12h、研磨，在马弗炉中于500℃煅烧8h，即得。 [0049] 步骤2、制备相变颗粒材料 [0050] 将5.04kg六水氯化镁，8.14kg六水氯化钙，570g丙三醇，223g尿素和33g六水氯化锶混合，加热到80℃得到透明混合溶液，将混合溶液倒入装有10kg轻烧氧化镁的容器中搅拌均匀，倒入模具成型得到成型复合材料；将成型复合材料常温养护28天后破碎加工，得到粒径小于等于0.6mm的相变颗粒材料。 [0051] 步骤3、制备防水卷材 [0052] 将得到的热熔聚合物改性沥青胶倒入保温胶槽中，将长丝聚酯胎基布放入复合改性沥青胶中浸渍后进行风冷处理得到防水卷材基体，然后使用振动筛均匀撒布相变颗粒于防水卷材基体上表面，使防水卷材厚度保持在2～2.5mm，并在防水卷材基体下表面覆盖PE薄膜，即得。 [0053] 对本实施例制得的相变颗粒材料进行了差热分析，结果表明：相变颗粒材料的相变温度为11.2℃，相变潜热为159kJ/kg，说明实施例1制备得到的相变颗粒具有优良的温度调节能力，减少大温差时段桥面防水层的温度差异，保持防水层的功能发挥，延长防水层的服役期。 [0054] 对本实施例制得的防水卷材的高温性能、低温性能、不透水性、接缝剥离强度和阻尼性能进行了测试，测试结果见表1～表5。 [0055] 本实施例制得的多功能防水卷材可用于钢桥面或水泥混凝土桥面防水工程，具体应用方式如图1所示。 [0056] 实施例2 [0057] 本实施例与实施例1所用多功能防水卷材的制备方法的步骤相同，区别仅在于：本实施例中，基质沥青用量为41.9kg，自极化压电材料铌酸钠用量为5.03kg，碳纤维粉用量为2.51kg。 [0058] 对本实施例制得的防水卷材的高温性能、低温性能、不透水性、接缝剥离强度和阻尼性能进行了测试，测试结果见表1～表5。 [0059] 实施例3 [0060] 本实施例与实施例1所用多功能防水卷材的制备方法的步骤相同，区别仅在于：本实施例中，基质沥青用量为36.7kg，自极化压电材料铌酸钠用量为5.51kg，碳纤维粉用量为2.57kg。 [0061] 对本实施例制得的防水卷材的高温性能、低温性能、不透水性、接缝剥离强度和阻尼性能进行了测试，测试结果见表1～表5。 [0062] 对比例1 [0063] 本对比例中采用常用的SBS改性沥青防水卷材作为对比。 [0064] 对SBS改性沥青防水卷材的高温性能、低温性能、不透水性、接缝剥离强度和阻尼性能进行了测试，测试结果见表1～表5。 [0065] [0066] [0067] 表1、防水卷材高温性能测试结果 [0068]编号温度/℃ 蠕变劲度S/MPa 蠕变速率/m 实施例1 ‑12 78.32 0.444 实施例2 ‑12 42.69 0.507 实施例3 ‑12 42.76 0.498 对比例1 ‑12 194.79 0.363 [0069] 表2、防水卷材低温性能测试结果 [0070]编号压力/MPa 时间/min 结果实施例1 0.3 30min 不渗水实施例2 0.3 30min 不渗水实施例3 0.3 30min 不渗水对比例1 0.3 30min 不渗水 [0071] 表3、防水卷材透水性测试结果 [0072] [0073] 表4、防水卷材接缝剥离强度 [0074] [0075] 表5、防水卷材阻尼性能测试结果 [0076] 由表1可知，相对于对比例1的SBS改性沥青防水卷材，实施例1制得的防水卷材的高温性能有所下降，但是实施例2、3的复数剪切模量更高，相位角更小，高温性能更好； [0077] 由表2可知，相对于对比例1，实施例1、2、3制得的防水卷材的蠕变劲度更小，受到载荷时不容易开裂；蠕变速率更大，表明沥青蠕变劲度变化慢，低温抵抗变形能力更好。由表3可知，实施例1～3制得的防水卷材和对比例1制得的防水卷材都符合不透水性指标。由表4可知，相对于对比例1，实施例2和实施例3制得的防水卷材的剥离强度更好。由表5可知，相对于对比例1，实施例1～3制得的防水卷材都表现出高阻尼特性，能够更好地降低路面行驶过程中产生的振动。 [0078] 上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明的实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等同变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

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