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防粘膜对自粘卷材老化后低温柔性的影响

发布时间:2022/02/24

自粘聚合物改性沥青防水卷材是一种以改性沥青为自粘层,通过薄膜或者短纤聚酯纤维进行增强的防水卷材,该材料通过冷施工法即可直接实现卷材与建筑基材的满粘,且防水效果理想,缺点是容易受到热、氧、光以及综合因素的影响而出现老化现象。针对自粘卷材热老化后性能变化的研究目前比较多,但比较集中在沥青涂盖料的配比组成上。防粘膜是组成自粘卷材必不可少的辅材之一,防粘膜的质量同样也会影响自粘卷材本身的性能。在此,选用同一种自粘卷材,更换不同的防粘膜,在同等条件下进行老化,并分析讨论其老化机理,进而评估不同材质防粘膜对自粘卷材老化后低温柔性的影响。

自购自粘聚合物改性沥青防水卷材(PY Ⅱ PET 3.0 GB 23441—2009),按照GB 23441—2009《自粘聚合物改性沥青防水卷材》进行初始性能测定;再将卷材的防粘膜揭除,分别换成提前准备好的4款防粘膜(透明PET、镀铝PET、PE膜以及PP膜,厚度均为0.03 mm),并做好标识。热老化条件分别选定为N2氛围和空气氛围、(70±2) ℃老化(240±1) h,然后按标准要求养护24 h再进行各项性能测试。


另外,为了进一步研究自粘卷材热老化后低温柔性的变化机理,对老化后的自粘卷材进行二次加工成型,过程如下:取一块需要二次加工成型的自粘卷材,用热刮刀将沥青涂盖料小心铲下,置于镀金圆罐中,保证镀金圆罐中的涂盖料至少为300 g以上,然后将镀金圆罐置于加热套中加热至180 ℃,搅拌速率为300 r/min,保持180 ℃下搅拌30 min后将涂盖料二次成型制成自粘卷材。

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防粘膜影响对比


本试验选用的4款防粘膜的基本技术指标如表1所示。经测定,由于防粘膜材质的不同,各自的氧气透过率差异较大。其中,PE灰膜具有最大的氧气透过率,高达3 830.6 cm3/m2,而镀铝PET防粘膜的氧气透过率则最小,仅为13.5 cm3/m2。同等条件下,氧气最容易透过PE灰膜与自粘卷材的沥青涂盖料进行反应,而镀铝PET防粘膜则具有最好的氧气阻隔作用。

表1   不同防粘膜的基本技术指标

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02


N2氛围热老化


采用N2代替空气作保护气体,其余条件保持与GB/T 18244—2000 《建筑防水材料老化试验方法》要求一致;经过热处理后的自粘卷材取部分进行二次加工成型,然后测定其低温柔性。经过热处理后,4种自粘卷材的低温柔性均衰减了3~4 ℃;但是经过二次加工成型后,4种自粘卷材的低温柔性与无处理前比较接近,均在-28 ℃左右。这说明该条件下,热处理过程的气体氛围为惰性气体N2,基本可以忽略氧化的因素,自粘卷材沥青涂盖料并没发生化学反应,而导致热处理后低温柔性衰减的主要原因为物理反应——相分离。

表2   N2氛围热处理前后低温柔性对比

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注:A-1使用的防粘膜为透明PET,A-2使用的防粘膜为镀铝PET,A-3使用的防粘膜为PE灰膜,A-4使用的防粘膜为PP灰膜,下同。

自粘卷材热老化前的荧光显微镜测试结果如图1所示。热处理前,自粘卷材的高分子改性剂在沥青涂盖料中分散均匀。
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图1   自粘卷材老化前的荧光显微镜分析

经过热处理后,由于沥青具有一定极性,而以SBS和SBR为主的高分子改性剂属于非极性或无极性物质,容易从沥青中离析出来而团聚,形成两相或多相的结构,如图2中a、 b、 c和d所示。当出现相分离后,沥青涂盖料的网络结构遭到破坏,最终导致自粘卷材的低温柔性衰减。但是,经过二次加工成型后,以SBS和SBR为主的高分子改性剂又重新吸附并均匀分散在沥青涂盖料中,重新形成新的网络结构(如图2中e、f、g和h所示),自粘卷材的低温柔性也基本恢复至老化前的水平。这说明自粘卷材经过热老化后,低温柔性衰减的一个主要原因是相分离。
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图2   N2氛围下4种自粘卷材热老化后的荧光显微镜分析

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空气氛围热老化


为了进一步研究氧化对自粘卷材低温柔性的影响,还进行了空气氛围下的热老化处理,根据GB/T 18244—2000 的要求进行鼓风烘箱老化处理;经过热处理后的自粘卷材取部分进行二次加工成型,然后测定其低温柔性。

表3   空气氛围热处理前后低温柔性对比

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图3   空气氛围下4种自粘卷材热老化后的荧光显微镜分析
注:a、e为透明PET膜;b和f为镀铝PET膜;c和g为PE灰膜;d和h为PP膜。

由表3可以看出,在空气氛围下,经过热老化处理后自粘卷材的低温柔性衰减程度明显大于N2氛围下的测试结果,尤其A-3最为明显,低温柔性衰减了10 ℃。同样的,由图3的a、b、c和d可知,由于沥青涂盖料与高分子改性剂极性不一样,经过热氧老化处理之后,涂盖料出现了严重的相分离,且同等条件下,相分离的程度较N2氛围下要严重许多。

此外,由于A-3选用的防粘膜是PE灰膜,氧气透过率高,所以A-3的热氧老化也最为严重,微观上表现为相分离最严重(图3中c),宏观上表现为低温柔性衰减程度最大。这说明,自粘卷材在空气氛围中热处理时,除了发生相分离引起的老化外,还伴随着氧化反应,而且氧化反应会加速相分离过程。

而经过二次加工成型后,由于沥青涂盖料已经历不同程度的氧化,极性增强,其与SBS和SBR等高分子改性剂极性差值增大,SBS和SBR等高分子改性剂并不能恢复至老化前的均匀分散,故宏观上表现为自粘卷材的低温柔性也较老化前出现一定程度的衰减。

图4分别是90#基质沥青、自粘卷材(A)老化前以及采用4种不同防粘膜的自粘卷材热老化后的红外谱图。通过对比和计算其双键、亚砜基、羰基和硫醚官能团指数可以反映出不同自粘卷材的老化机理及程度(表4)。
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图4   基质沥青和自粘卷材老化前后的红外光谱分析

表4   自粘卷材老化前后官能团指数对比

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由图4和表4可以看出,经过热老化处理后的4种自粘卷材,羰基指数和亚砜基指数均出现了增长,硫醚指数下降,而双键指数却几乎没有变化。这说明,热老化后生成的羰基和亚砜基主要由叔醇和硫醚氧化而成(图5),而并非由高分子改性剂的碳碳双键氧化生成。另外,A-3的羰基指数和亚砜基指数分别为0.15和6.72,明显大于其他3种自粘卷材,说明4种不同防粘膜自粘卷材中,采用PE灰膜的自粘卷材氧化程度最深。

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图5   羰基和亚砜基的生成机理

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总结啦


1

自粘卷材低温柔性的衰减主要是由于沥青涂盖料组成之间相分离导致的;

2

氧气透过率低的防粘膜(如4种试验膜种的PET防粘膜)能更好地保护自粘卷材的沥青涂盖料不被氧化;

3

化老化能加速自粘卷材沥青涂盖料的相分离,最终加速低温柔性的衰减。