影响自粘聚合物改性沥青防水卷材剥离强度的因素有哪些

2018-05-26

  自粘聚合物改性沥青防水卷材是以沥青、有机溶剂、SBS、增黏剂、填料等为基料,以聚酯胎为胎基或无胎基,以聚乙烯膜、聚酯镀铝膜为表面材料或无膜(双面自粘),采用单硅膜做为防粘隔离层的一种防水材料。近几年来,因其具有强度高、延伸率大,粘结方便,抗低温性、变形性、自愈性好等特点,已被我国建筑防水工程广泛使用。


高分子自粘防水卷材.png


  当自粘防水卷材和被粘物体(如混凝土或高分子防水卷材)粘贴时,其粘接作用仅发生在表面及薄层,其粘接过程实际上是一种界面现象,即通过胶粘剂与被粘物体表面的浸润、吸附、扩散等物理、界面化学作用使两者连接在一起。其剥离性能是衡量自粘卷材和基面持久粘结力的重要指标。


  决定自粘防水卷材剥离强度大小的因素包括两方面:一是改性沥青的粘基力(改性沥青与基面之间的附着力,即初粘性),二是改性沥青分子之问的作用力(即内聚强度)。在实际使用中,这两者是互为矛盾的:初粘性越好,改性沥青层分散和湿润基层的能力越强,内聚强度则越低。当内聚强度过低时,进行剥离测试就会发生内聚破坏,剥离强度骤降。即脱粘合为界面破坏,初粘性与剥离强度成正比;初粘性过大,脱粘合可能为内聚破坏,使剥离强度降低。因此,影响自粘聚合物改性沥青防水卷材剥离强度的因素一般都会引起初粘性或内聚力变化。本文分析体系中各种原材料对自粘卷材的软化点、低温柔性以及剥离强度的影响作用。


1、沥青


  沥青是生产自粘防水卷材最主要的原材料,对自粘防水卷材的粘附性、低温柔性、耐热性等起着决定性作用。不同牌号的沥青物理性能有所差别,其初黏性和内聚力也各不相同。一般说来,沥青针入度越小,体系相容性越差,初黏性越小;沥青所含油分越多,沥青分子间作用力越小,其内聚强度越小。


  此外蜡含量也是影响沥青低温柔性和剥离性能的关键。蜡以不均匀相的悬浮物状态分布于沥青中,容易导致沥青分子间作用力剧减,内聚强度降低,低温发脆、干裂;蜡分子分布于改性沥青层与基面的粘合面,会降低粘结强度,从而大幅度降低沥青的剥离强度。


  一般选择具有低温柔性好、粘结性高、相容性好、蜡含量低等优点的基质沥青。


2、有机溶剂


  有机溶剂可以起到改善自粘防水卷材粘附力、初粘性、低温柔性,降低熔融黏度的作用。有机溶剂应该选择挥发性小、黏度低、无毒害、耐老化的品种,此外还要考虑该有机溶剂与体系的相容性。卷材选用的有机溶剂通常为沥青软化油,一般包括环烷油和芳烃油两类。


  沥青软化油的加入会大幅度降低沥青分子的内聚强度,主要表现为沥青软化点降低,自粘防水卷材硬挺度降低。进行剥离测试时,改性沥青层会发生内聚破坏,从而大幅度降低自粘防水卷材的剥离性能。特别是在要求0℃以下施工的自粘防水卷材配方调试过程中,往往出现初粘性能达到施工要求,而剥离性能、持粘性大幅度下降,达不到国家标准要求的情况。


  但沥青软化油添加比例超过一定量时,防水卷材放置一段时间后,不能完全被锁定于沥青中的软化油会析出,但油层的表面张力低于改性沥青的表面张力,故油层比改性沥青层更易与被粘物吸附,形成不易消除的吸附层(弱界面),从而降低改性沥青对被粘物的亲合力,降低剥离性能。此外还可能引起自粘防水卷材隔离材料发黄,隔离性能下降,使隔离膜与自粘改性沥青层完全粘结,施工时无法撕下。这就需要严格的用量,在恰好满足施工要求的初粘性的同时,尽可能减少沥青软化油的添加比例。


3、橡胶改性剂


  热塑性弹性体SBS防水卷材具有热可塑交联的PS区域和弹性优良的PB区域,呈微观两相分离状态,常温下为橡胶态,高温下呈黏流状。将其加入沥青中,既能改善加工性又能显著提高沥青的高、低温性能和粘结性能,是聚合物改性沥青的最佳改性剂。SBS按分子结构可分为线型和星型,线型SBS的相对分子质量较低,溶解性好,剥离强度高;星型SBS虽然能使改性后的沥青内聚强度更大,但其低温柔性和粘结力较差。因此生产中一般用线型结构的SBS改性沥青分子。


  随着SBS添加量的增加,体系的软化点逐渐增加,低温柔性逐渐变好;而剥离强度和持黏性均呈现出先上升后下降的趋势,这是因为在开始阶段,改性剂的加入使改性沥青内聚强度增加,剥离性能和持黏性也逐渐增加达到最大值;而后再继续加入改性剂,内聚强度的增加阻碍了沥青分子与基面的分散与润湿,从而使得剥离强度和持黏性大幅下降。


  因此,从提高剥离强度的角度出发,SBS的添加量最好控制在一定范围内。


改性沥青防水卷材.jpg


4、增黏剂


  增黏剂的加入可以提高自粘沥青与被粘物的润湿性,使得自粘沥青具有良好的初黏性、持黏性和抗剥离性能。常用的增黏剂有松香、萜烯树脂、石油树脂、古马隆树脂等。


  适量加入增黏剂后,对体系高低温性能的影响并不显著,对体系的抗剥离性能和持黏性有所改善。但是这种改善有一定的限度,加入过量的增黏剂后反而会影响体系的低温柔性,降低抗剥离性能和持黏性。


5、填料


  填料可以改善材料的硬度、刚度以及储存稳定性,并且可以降低生产成本。自粘卷材中所添加的填料主要为滑石粉、碳酸钙等无机填料。


  在防水卷材中,以滑石粉等作为无机填料和沥青共混,形成了一种骨架一空隙一密实的空间网状分散系结构,能提高改性沥青分子的内聚强度,增强分子间的力学性能,主要表现为提高沥青软化点、硬挺度以及储存稳定性。过量的填料会吸附体系中的油分,减弱沥青与被粘物的润湿,从而降低了体系的剥离强度和持黏性。


  自粘防水卷材原材料中沥青既要考虑其基础性能,又要考虑沥青改性后的粘结力和内聚强度。一般选择低温柔性好、粘结性高、相容性好、蜡含量低的基质沥青。有机溶剂的加入可以增加沥青层和被粘物在界面层上的润湿性,分子之间紧密接触而使吸附力增加,剥离强度随之升高;但如果加入过量的有机溶剂,会使沥青分子间的作用力逐渐下降,减弱内聚强度,剥离强度随之降低。橡胶改性剂的加入使得改性沥青内聚强度增加,从而使剥离强度增加;但加入过多的改性剂,内聚强度的增加会阻碍沥青分子与基面的分散与润湿,反而使得剥离强度大幅下降。增黏剂的加入能改善体系的抗剥离性能和持黏性,但这种改善有一定的限度,过量加入增黏剂会影响体系的低温柔性,降低抗剥离性能和持黏性。填料的加入增加了沥青分子间的作用力,增大沥青的内聚强度,提高了材料的硬度、刚度以及储存稳定性,并且可以降低生产成本。但过量的填料会吸附体系中的油分,减弱沥青与被粘物的润湿,从而降低体系的剥离强度和持粘性。

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