一种预铺防水卷材及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种预铺防水卷材及其制备方法和应用。


背景技术：

2.目前，中国核电站数量居于世界首位，秦山核电站、广东大亚湾核电站、田湾核电站、岭澳核电站已投入使用，在建核电站数量也与日俱增。随着日益增长的核电站数量，核安全也越来越受到重视。
3.核辐射是原子核从一种结构或一种能量状态转变为另一种结构或另一种能量状态过程中所释放出来的微观粒子流。核辐射可以使物质引起电离或激发，故称为电离辐射。其中，电离辐射又分直接致电离辐射和间接致电离辐射，核辐射主要是α、β、γ三种射线。
4.防水材料作为建筑的一部分，高分子防水卷材中预铺式防水卷材广泛应用于核电站、隧道、地铁、粮库、桥梁、城市地下管廊、建筑底板、侧墙、市政建筑等诸多领域。
5.然而，防水材料如果具有防辐射作用，用于核电站、医院、学校、科研部门、防空洞等防辐射的建筑及市政民用建筑，必将人民使人民生命安全得到保障，因此，有必要提供一种防辐射作用的预铺防水卷材。
6.cn106868884a公开了一种具有防辐射作用的防水卷材及制备方法，该防水卷材从上至下依次包括第一防辐射层、第一自粘防水层、胎基层、第二防辐射层、第二自粘防水层，采用双重防水层和双重防辐射层，赋予防水卷材较好的防水、防腐和屏蔽电磁辐射的性能。然而，该方法提供的防水卷材存在结构复杂、力学性能不佳的缺陷，而且该防水卷材主要是用于屏蔽电磁辐射。
7.因此，开发出一种兼具力学性能和防辐射作用，且结构相对简单的防水卷材，具有重要意义。


技术实现要素：

8.本发明的目的是为了克服现有技术的防水卷材无法兼顾优异的力学性能和防辐射性能的问题。
9.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种预铺防水卷材，该预铺防水卷材包括依次层叠设置的防辐射涂层、高分子片材层、压敏胶层和隔离层；
10.所述防辐射涂层、所述高分子片材层、所述压敏胶层和所述隔离层的厚度比为1：8
‑
20：2.5
‑
5：1
‑
5；
11.形成所述防辐射涂层的第一材料组合物中含有重量比为1：0.5
‑
3:0.5
‑
3的乳液、水和活性成分；所述活性成分为石墨烯或碳纳米管；
12.形成所述高分子片材层的第二材料组合物中含有两者以上混合保存或各自独立的保存的以下组分：树脂、防辐射改性剂、架桥剂、活化剂、抗氧剂、色母料；
13.在所述第二材料组合物中，相对于100重量份的所述树脂，所述防辐射改性剂的含
量为6
‑
18重量份，所述架桥剂的含量为0.5
‑
3重量份，所述活化剂的含量为1
‑
3重量份，所述抗氧剂的含量为1
‑
3重量份，所述色母料的含量为1
‑
5重量份。
14.本发明第二方面提供一种制备预铺防水卷材的方法，该方法包括：
15.(1)将第一材料组合物中的各组分进行第一接触，得到第一混合物料；以及
16.将第二材料组合物中的各组分进行第二接触，得到第二混合物料；
17.(2)将所述第二混合物料依次进行挤出和压制成型，得到高分子片材层；
18.(3)将所述第一混合物料涂覆于所述高分子片材层的第一表面并进行干燥处理，得到涂覆有防辐射涂层的高分子片材层；
19.(4)将所述涂覆有防辐射涂层的高分子片材层与压敏胶层、隔离层进行复合；控制所述复合的条件，使得所述防辐射涂层、所述高分子片材层、所述压敏胶层和所述隔离层依次层叠设置，且所述防辐射涂层、所述高分子片材层、所述压敏胶层和所述隔离层的厚度比为1：8
‑
20：2.5
‑
5：1
‑
5；
20.其中，所述第一材料组合物中含有重量比为1：0.5
‑
3:0.5
‑
3的乳液、水和活性成分；所述活性成分为石墨烯或碳纳米管；
21.在所述第二材料组合物中，相对于100重量份的所述树脂，所述防辐射改性剂的含量为6
‑
18重量份，所述架桥剂的含量为0.5
‑
3重量份，所述活化剂的含量为1
‑
3重量份，所述抗氧剂的含量为1
‑
3重量份，所述色母料的含量为1
‑
5重量份。
22.本发明第三方面提供由第二方面所述的方法制备得到的预铺防水卷材。
23.本发明第四方面提供由第一方面或第三方面所述的预铺防水卷材在防辐射建筑材料中的应用。
24.本发明提供的预铺防水卷材具有优异的防电离辐射作用，特别是对阿尔法射线、贝塔射线和伽马射线的屏蔽作用，还具有优异的耐老化和耐低温性能。
具体实施方式
25.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
26.需要说明的是，在本发明的各方面中，针对各方面中的相同的组分，本发明仅在其中一方面中描述一次而不重复进行描述，本领域技术人员不应理解为对本发明的限制。
27.需要说明的是，在本发明中，未说明的原料均可由一般途径的商购获得，本领域技术人员可以根据需要进行采购，在本发明中，不再一一赘述。
28.本发明中，未作相反说明的情况下，所述纳米氧化锌的平均粒径为10
‑
100nm。
29.本发明中，未作相反说明的情况下，所述石墨烯均为单层石墨烯，所述碳纳米管均为单壁碳纳米管。
30.本发明中，未作相反说明的情况下，所述室温或常温均表示25
±
2℃。
31.如前所述，本发明的第一方面提供了一种预铺防水卷材，该预铺防水卷材包括依次层叠设置的防辐射涂层、高分子片材层、压敏胶层和隔离层；
32.所述防辐射涂层、所述高分子片材层、所述压敏胶层和所述隔离层的厚度比为1：
8
‑
20：2.5
‑
5：1
‑
5；
33.形成所述防辐射涂层的第一材料组合物中含有重量比为1：0.5
‑
3:0.5
‑
3的乳液、水和活性成分；所述活性成分为石墨烯或碳纳米管；
34.形成所述高分子片材层的第二材料组合物中含有两者以上混合保存或各自独立的保存的以下组分：树脂、防辐射改性剂、架桥剂、活化剂、抗氧剂、色母料；
35.在所述第二材料组合物中，相对于100重量份的所述树脂，所述防辐射改性剂的含量为6
‑
18重量份，所述架桥剂的含量为0.5
‑
3重量份，所述活化剂的含量为1
‑
3重量份，所述抗氧剂的含量为1
‑
3重量份，所述色母料的含量为1
‑
5重量份。
36.优选地，在所述第一材料组合物中，所述乳液、所述水和所述活性成分的含量重量比为1：0.5
‑
2:1
‑
2。发明人发现，采用该优选情况下的具体实施方式，在保证防辐射性能的基础上，能够获得力学性能更优异的预铺防水卷材。
37.优选地，所述活性成分为碳纳米管，且所述碳纳米管的电阻率为8000
‑
10000mω
·
m，纯度为98
‑
100wt％。
38.优选地，所述乳液为丙烯酸乳液或苯丙乳液。
39.优选地，形成所述压敏胶层的材料选自丁基橡胶、苯乙烯类热熔压敏胶中的至少一种。
40.优选地，形成所述隔离层的材料为反应砂或莫来砂。
41.本发明对所述反应砂和所述莫来砂的种类没有特别的限制，只需能够形成所述隔离层即可，示例性地，所述反应砂和所述莫来砂均可以为由钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂处理后得到的反应砂和莫来砂，具体的处理步骤可以采用本领域的常规步骤。
42.优选地，所述树脂选自乙烯
‑
醋酸乙烯酯共聚物、丙烯
‑
乙烯共聚物和乙烯三元共聚物中的至少一种。
43.根据一种特别优选的具体实施方式，所述树脂选自杜邦公司的elvaloy741树脂、杜邦公司的elvaloy hp 441树脂、陶氏化学的versify 2300树脂中的至少一种。
44.优选地，所述防辐射改性剂选自石墨烯、氧化石墨烯、三氧化二锑、四氧化三铁中的至少一种。
45.优选地，所述架桥剂选自二乙烯基苯、α
‑
甲基苯乙烯、苯乙烯中的至少一种。
46.优选地，所述活化剂为纳米氧化锌。
47.优选地，所述抗氧剂选自酚类抗氧剂、亚磷酸类抗氧剂、胺类抗氧剂、苯并三唑类抗氧剂中的至少一种。
48.根据一种特别优选的具体实施方式，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂168中的至少一种。
49.优选地，所述色母料为钛白粉。
50.根据一种特别优选的具体实施方式，所述色母料选自杜邦公司的金红石型钛白粉r902 、杜邦公司的金红石型钛白粉r960中的至少一种。
51.如前所述，本发明的第二方面提供了一种制备预铺防水卷材的方法，该方法包括：
52.(1)将第一材料组合物中的各组分进行第一接触，得到第一混合物料；以及
53.将第二材料组合物中的各组分进行第二接触，得到第二混合物料；
54.(2)将所述第二混合物料依次进行挤出和压制成型，得到高分子片材层；
55.(3)将所述第一混合物料涂覆于所述高分子片材层的第一表面并进行干燥处理，得到涂覆有防辐射涂层的高分子片材层；
56.(4)将所述涂覆有防辐射涂层的高分子片材层与压敏胶层、隔离层进行复合；控制所述复合的条件，使得所述防辐射涂层、所述高分子片材层、所述压敏胶层和所述隔离层依次层叠设置，且所述防辐射涂层、所述高分子片材层、所述压敏胶层和所述隔离层的厚度比为1：8
‑
20：2.5
‑
5：1
‑
5；
57.其中，所述第一材料组合物中含有重量比为1：0.5
‑
3:0.5
‑
3的乳液、水和活性成分；所述活性成分为石墨烯或碳纳米管；
58.在所述第二材料组合物中，相对于100重量份的所述树脂，所述防辐射改性剂的含量为6
‑
18重量份，所述架桥剂的含量为0.5
‑
3重量份，所述活化剂的含量为1
‑
3重量份，所述抗氧剂的含量为1
‑
3重量份，所述色母料的含量为1
‑
5重量份。
59.发明人发现，采用该优选情况下的制备方法，能够制备得到防水性能、耐老化性能优异的预铺防水卷材。
60.优选地，在步骤(1)中，所述第一接触的操作包括：温度为5
‑
35℃，时间为5
‑
15min，搅拌速度为100
‑
300rpm。
61.优选地，在步骤(1)中，所述第二接触的操作包括：将所述树脂、所述防辐射改性剂、所述架桥剂、所述抗氧剂和所述色母料在第一条件下进行第一混合，并将进行所述第一混合得到的产物与所述活化剂在第二条件下进行第二混合，以得到所述第二混合物料。
62.优选地，所述第一条件包括：温度为60
‑
80℃，时间为5
‑
6min，搅拌速度为30
‑
50rpm。
63.优选地，所述第二条件包括：温度为50
‑
70℃，时间为5
‑
10min，搅拌速度为20
‑
40rpm。
64.优选地，在步骤(2)中，所述挤出的条件至少包括：机筒温度为180
‑
210℃，模头温度为180
‑
210℃，机头温度为180
‑
210℃，转速为130
‑
220rpm。
65.优选地，在步骤(3)中，所述干燥处理的条件至少包括：温度为60
‑
80℃，时间为5
‑
15min。
66.优选地，在步骤(4)中，该方法还包括：将复合后得到的复合材料依次经过冷却、牵引、切割和卷取。
67.本发明对所述冷却的操作步骤没有特别的限制，只需将所述复合材料冷却至室温即可。
68.本发明对所述牵引、切割和卷取的操作步骤没有特别的限制，可以采用本领域技术人员已知的方法进行，本发明在此不再赘述，本领域技术人员不应理解为对本发明的限制。
69.如前所述，本发明的第三方面提供了由第二方面所述的方法制备得到的预铺防水卷材。
70.如前所述，本发明的第四方面提供了由第一方面或第三方面所述的预铺防水卷材在防辐射建筑材料中的应用。
71.以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实例中，在没有特别说明的情况下，使用的各种原料和仪器均为市售品。
72.树脂i：elvaloy741树脂，购自美国杜邦公司；
73.树脂ii：elvaloy hp 441，购自美国杜邦公司；
74.防辐射改性剂i：单层石墨烯，购自常州第六元素材料公司；
75.防辐射改性剂ii：四氧化三铁；
76.架桥剂i：二乙烯基苯；
77.架桥剂ii：α
‑
甲基苯乙烯；
78.活化剂i：纳米氧化锌，平均粒径为50nm，购自上海超威纳米公司；
79.抗氧剂i：抗氧剂1010，购自巴斯夫公司；
80.抗氧剂ii：抗氧剂168，购自巴斯夫公司；
81.色母料i：金红石型钛白粉r902 ，购自美国杜邦公司；
82.压敏胶层：丁基橡胶，购自德国朗盛化学公司；
83.隔离层：莫来砂，购自湖北楚雄公司；
84.丙烯酸乳液：blj
‑
963f，购自上海保利佳化工有限公司。
85.制备例1
86.本制备例用于说明本发明所述的第二材料组合物按照表1中的配方和工艺参数，并按如下所述的方法制备高分子片材层。
87.所述制备高分子片材层的方法包括以下步骤：
88.(1)在60℃下，将树脂、防辐射改性剂、架桥剂、抗氧剂和色母料加入到混合机内，在30rpm下搅拌5min，得到第一物料；
89.(2)在50℃下，将所述第一物料与活化剂在20rpm下搅拌8min，得到第二混合物料；
90.(3)将所述第二混合物料置于双螺杆挤出机中进行挤出，通过模头挤出、三辊压延制得到厚度为1mm的高分子片材层s1；
91.其中，挤出的条件为：机筒温度为180℃，模头温度为180℃，机头温度为180℃，转速为130rpm。
92.在没有特别说明的情况下，其余制备例采用与制备例1相同的流程进行，不同的是所采用的高分子片材层配方和工艺参数不同，具体参见表1中。
93.表1
[0094][0095][0096]
实施例1
[0097]
本实施例提供一种预铺防水卷材的制备方法，该方法包括：
[0098]
(1)在30℃下，将100g的丙烯酸乳液、50g的水和200g的单层石墨烯在200rpm下搅拌10min，得到第一混合物料；
[0099]
(2)在所述高分子片材层s1上方涂覆所述第一混合物料，在温度为60℃下干燥处理15min，得到涂覆有防辐射涂层的高分子片材层；其中，防辐射涂层的厚度为0.1mm；
[0100]
(3)在所述涂覆有防辐射涂层的高分子片材层下方涂胶(涂胶模具温度为140℃，涂胶厚度为0.35mm)、撒莫来砂(压力为0.02mpa，撒砂量为600g/平米，隔离层厚度为0.5mm)，得到依次层叠设置的防辐射涂层、高分子片材层、压敏胶层和隔离层，然后经过冷却、牵引、切割、卷取，得到预铺防水卷材a1。
[0101]
实施例2
[0102]
本实施例提供一种预铺防水卷材的制备方法，该方法包括：
[0103]
(1)在30℃下，将100g的丙烯酸乳液、50g的水和200g的单层石墨烯在200rpm下搅
拌10min，得到第一混合物料；
[0104]
(2)所述高分子片材层s2通过烘道在其上方涂覆所述第一混合物料，在温度为60℃下干燥处理10min，得到涂覆有防辐射涂层的高分子片材层；其中，防辐射涂层的厚度为0.1mm；
[0105]
(3)在所述涂覆有防辐射涂层的高分子片材层下方涂胶(涂胶模具温度为140℃，涂胶厚度为0.35mm)、撒莫来砂(压力为0.01mpa，撒砂量为500g/平米，隔离层厚度为0.4mm)，得到依次层叠设置的防辐射涂层、高分子片材层、压敏胶层和隔离层，然后经过冷却、牵引、切割、卷取，得到预铺防水卷材a2。
[0106]
实施例3
[0107]
本实施例提供一种预铺防水卷材的制备方法，该方法包括：
[0108]
(1)在25℃下，将100g的丙烯酸乳液、200g的水和100g的单层石墨烯在200rpm下搅拌10min，得到第一混合物料；
[0109]
(2)所述高分子片材层s3通过烘道在其上方涂覆所述第一混合物料，在温度为60℃的烘道中干燥处理15min，得到涂覆有防辐射涂层的高分子片材层；其中，防辐射涂层的厚度为0.1mm；
[0110]
(3)在所述涂覆有防辐射涂层的高分子片材层下方涂胶(涂胶模具温度为140℃，涂胶厚度为0.35mm)、撒莫来砂(压力为0.03mpa，撒砂量为400g/平米，隔离层厚度为0.3mm)，得到依次层叠设置的防辐射涂层、高分子片材层、压敏胶层和隔离层，然后经过冷却、牵引、切割、卷取，得到预铺防水卷材a3。
[0111]
实施例4
[0112]
本实施例按照与实施例3相似的方法制备预铺防水卷材，所不同的是，在步骤(1)中，应用的单层石墨烯为50g，也即，所述乳液、所述水和所述活性成分的含量重量比为1：2：0.5。
[0113]
其余步骤均与实施例3相同。
[0114]
得到预铺防水卷材a4。
[0115]
实施例5
[0116]
本实施例按照与实施例3相似的方法制备预铺防水卷材，所不同的是，在步骤(1)中，应用的单层石墨烯为300g，也即，所述乳液、所述水和所述活性成分的含量重量比为1：2：3。
[0117]
其余步骤均与实施例3相同。
[0118]
得到预铺防水卷材a5。
[0119]
对比例1
[0120]
本对比例按照与实施例3相似的方法制备预铺防水卷材，所不同的是，在步骤(1)中，应用的单层石墨烯为10g，也即，所述乳液、所述水和所述活性成分的含量重量比为1：2：0.1。
[0121]
其余步骤均与实施例3相同。
[0122]
得到预铺防水卷材da1。
[0123]
对比例2
[0124]
本对比例按照与实施例3相似的方法制备预铺防水卷材，所不同的是，在步骤(1)
中，应用的单层石墨烯为400g，也即，所述乳液、所述水和所述活性成分的含量重量比为1：2：4。
[0125]
其余步骤均与实施例3相同。
[0126]
得到预铺防水卷材da2。
[0127]
对比例3
[0128]
本对比例按照与实施例3相似的方法制备预铺防水卷材，所不同的是，在步骤(2)中，应用的高分子片材层为高分子片材层ds1，也即，高分子片材层中不添加防辐射改性剂和架桥剂。
[0129]
其余步骤均与实施例3相同。
[0130]
得到预铺防水卷材da3。
[0131]
对比例4
[0132]
本对比例按照与实施例3相似的方法制备预铺防水卷材，所不同的是，在所述高分子片材层s1下方涂胶(涂胶模具温度为140℃，涂胶厚度为0.35mm)、撒莫来砂(压力为0.03mpa，撒砂量为400g/平米，隔离层厚度为0.3mm)，得到依次层叠设置的高分子片材层、压敏胶层和隔离层，然后经过冷却、牵引、切割、卷取，也即，不涂覆防辐射涂层。
[0133]
得到预铺防水卷材da4。
[0134]
测试例1
[0135]
将实施例和对比例制备得到的预铺防水卷材按照gb/t 23457
‑
2017《预铺防水卷材》中p类卷材的方法进行测试，并采用astm d412的方法对预铺防水卷材进行拉伸性能测试，具体测试结果见表2。
[0136]
表2
[0137][0138]
表2(续表)
[0139]
[0140][0141]
从表2的结果可以看出，采用本发明方法制备得到的预铺防水卷材具有优异的防水和耐老化性能，其中，将本发明实施例制备得到的预铺防水卷材经过热老化后，其拉力保持率和断裂伸长率保持率均大于95％。
[0142]
测试例2
[0143]
将实施例和对比例制备得到的预铺防水卷材进行防辐射性能检测，包括对α射线、β射线和γ射线屏蔽率进行测试，具体测试结果见表3。
[0144]
其中，按照gb/t 25471
‑
2010《电磁屏蔽涂料的屏蔽效能测量方法》进行测试，并计算屏蔽率；
[0145]
α射线屏蔽率的计算公式为：(q
α0
/q
α1
)
×
100％，式(1)；
[0146]
式(1)中，q
α0
表示有预铺防水卷材时α射线功率，kw；
[0147]
q
α1
表示无预铺防水卷材时α射线功率，kw。
[0148]
β射线屏蔽率的计算公式为：(q
β0
/q
β1
)
×
100％，式(2)；
[0149]
式(2)中，q
β0
表示有预铺防水卷材时β射线功率，kw；
[0150]
q
β1
表示无预铺防水卷材时β射线功率，kw。
[0151]
γ射线屏蔽率的计算公式为：(q
γ0
/q
γ1
)
×
100％，式(3)；
[0152]
式(3)中，q
γ0
表示有预铺防水卷材时γ射线功率，kw；
[0153]
q
γ1
表示无预铺防水卷材时γ射线功率，kw。
[0154]
表3
[0155]
实施例编号α射线屏蔽率，％β射线屏蔽率，％γ射线屏蔽率，％实施例110010020实施例210010021实施例310010022实施例410010019实施例510010018对比例1989215对比例2959016对比例3757011对比例453515
[0156]
从表3的结果可以看出，采用本发明方法制备得到的预铺防水卷材具有优异的防辐射性能，其中，对阿尔法射线和贝塔射线的屏蔽率达到100％。
[0157]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于
本发明的保护范围。