軟化油對(duì)自粘聚合物改性瀝青防水卷材性能的影響研究

鄭貴濤，毛三鵬，，余劍英，程帥，曹志龍

（1.中石油燃料油有限責(zé)任公司研究院，北京 100195；2.武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢 430070）

0 前 言

聚合物改性瀝青防水卷材以其優(yōu)良的防水性能和施工性能在我國(guó)建筑防水材料中一直占據(jù)主導(dǎo)地位[1-2]。隨著科技的進(jìn)步，新型聚合物改性瀝青防水卷材種類(lèi)也不斷涌現(xiàn)，如自粘防水卷材、濕鋪防水卷材、耐根刺防水卷材等，其中鋪貼施工便捷、抗基層變形開(kāi)裂能力優(yōu)異、具有刺穿自愈合性的自粘聚合物改性瀝青防水卷材在建筑防水工程中已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[3]。

自粘聚合物改性瀝青防水卷材是以基質(zhì)瀝青、軟化油、橡膠改性劑、增粘劑、填料等制備的基材、無(wú)胎體或聚酯胎增強(qiáng)的防水材料[4]。王治等[5]研究了SBR 對(duì)自粘聚合物改性瀝青防水卷材性能的影響，結(jié)果表明，隨著SBR 摻量的增加，自粘聚合物改性瀝青的低溫柔度提高，持粘時(shí)間延長(zhǎng)，剝離強(qiáng)度增大。關(guān)敏杰等[6]研究了軟化油對(duì)自粘聚合物改性瀝青防水卷材初粘性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同種類(lèi)軟化油均能明顯改善自粘卷材的初粘性，其中環(huán)烷油最好、基礎(chǔ)油次之、芳烴油最差，但芳烴油有利于長(zhǎng)期儲(chǔ)存后自粘卷材的初粘性。徐茂震等[7]通過(guò)對(duì)軟化油、改性劑的優(yōu)選，制備了高耐熱自粘聚合物改性瀝青防水卷材。李雄等[8]研究了自粘聚合物改性瀝青防水卷材熱老化后低溫柔度的影響因素，發(fā)現(xiàn)自粘卷材低溫柔度的衰減主要是由于瀝青涂蓋料組成之間相分離所導(dǎo)致，熱氧老化會(huì)促進(jìn)自粘防水卷材瀝青涂蓋料相分離，加速低溫柔度的衰減。這些研究工作對(duì)于提高自粘聚合物改性瀝青防水卷材的質(zhì)量具有很好的參考作用。

軟化油的主要作用是改善自粘聚合物改性瀝青防水卷材的低溫柔度，但其對(duì)剝離強(qiáng)度和老化性能也有重要影響。本文采用不同化學(xué)組成的軟化油制備了自粘聚合物改性瀝青基材，通過(guò)熱老化和紫外光老化，研究了不同組成的軟化油對(duì)自粘聚合物改性瀝青基材物理性能和老化性能的影響。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原材料

基質(zhì)瀝青：中石油燃料油有限責(zé)任公司生產(chǎn)，軟化點(diǎn)40.1℃，25 ℃針入度201（0.1 mm），60 ℃黏度70 Pa·s。軟化油：石油煉制中間產(chǎn)物，3 種代號(hào)為A、B、C 的軟化油化學(xué)組成及60 ℃黏度如表1 所示。SBS、SBR、膠粉、增粘劑、填料等原料為市售。

表1 軟化油的化學(xué)組成及黏度

1.2 自粘聚合物改性瀝青基材的制備

將加熱至流動(dòng)態(tài)的瀝青加入到改性罐中，然后加入軟化油，升溫至190～195 ℃；加入SBS、SBR，攪拌30 min，再加入膠粉、增粘劑，攪拌90 min；最后加入填料，攪拌30 min，即制得自粘聚合物改性瀝青基料。按照相同的原料配比和制備工藝，采用相同摻量的軟化油A、B、C 分別制備自粘聚合物改性瀝青基料，記為A-SPMB、B-SPMB、C-SPMB。

1.3 老化實(shí)驗(yàn)

1.3.1 熱老化

將制備的3 種自粘聚合物改性瀝青基材分別放入老化盤(pán)中，在70 ℃烘箱中分別老化10、20 d，取出后在25 ℃環(huán)境中放置24 h，進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試。

1.3.2 紫外光老化

將制備的3 種自粘聚合物改性瀝青基材加入老化盤(pán)中，置于LHX-205 型紫外老化箱中進(jìn)行紫外老化，紫外燈的功率為500 W，箱內(nèi)溫度為70 ℃，老化時(shí)間分別為10、20 d，取出后在25 ℃環(huán)境中放置24 h，進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試。

1.3.3 性能測(cè)試方法

自粘聚合物改性瀝青基材的軟化點(diǎn)和針入度分別按照GB/T 4507—2014《瀝青軟化點(diǎn)測(cè)定法環(huán)球法》和GB/T 4509—2010《瀝青針入度測(cè)定法》進(jìn)行測(cè)試；低溫柔度和剝離強(qiáng)度分別按照GB/T 328.14—2007《建筑防水卷材試驗(yàn)方法第14 部分：瀝青防水卷材低溫柔度》和GB/T 328.20—2007《建筑防水卷材試驗(yàn)方法第20 部分：瀝青防水卷材接縫剝離性能》進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 軟化油對(duì)自粘聚合物改性瀝青基材性能的影響

2.1.1 軟化點(diǎn)

3 種軟化油A、B、C 制備的自粘聚合物改性瀝青基料軟化點(diǎn)分別為82.4、87.2、78.6 ℃?？梢?jiàn)軟化油對(duì)自粘聚合物改性瀝青基材的軟化點(diǎn)有較大影響。B-SPMB 的軟化點(diǎn)最高，其次為A-SPMB，C-SPMB 的軟化點(diǎn)最低。這是因?yàn)檐浕虰 中化學(xué)組成較為均衡，芳香分有利于溶解分散SBS 和SBR，飽和分有利于促進(jìn)膠粉的溶脹，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等重組分有利于提高基材的軟化點(diǎn)，軟化油A 中飽和分和芳香分含量適中，但其膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量較少；而軟化油C 中芳香分含量最高，飽和分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)均較少，不利于膠粉的溶脹及耐熱性的提高，故制備的基材軟化點(diǎn)最低。

2.1.2 針入度

3 種軟化油A、B、C 制備的自粘聚合物改性瀝青基材針入度分別為84、68、66（0.1 mm）。A-SPMB 的針入度最大，BSPMB 和C-SPMB 的針入度差異較小。這同樣與3 種軟化油的組成有關(guān)，軟化油A 飽和分含量較高、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量較低，其黏度最小，導(dǎo)致制備的基材針入度很大；而軟化油B中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量較高，軟化油C 中的芳香分很高、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量較低，兩者黏度相近，故制備的自粘聚合物改性瀝青基材針入度差異很小。

2.1.3 低溫柔度

3 種軟化油A、B、C 制備的自粘聚合物改性瀝青基材低溫柔度分別為-29、-28、-26 ℃。軟化油A 和B 制備的自粘聚合物改性瀝青基材低溫柔度差異不大，而軟化油C 制備的基材低溫柔度則較差。這可能是因?yàn)檐浕虲 中飽和分含量較少，影響了其對(duì)膠粉的溶脹，導(dǎo)致基材的低溫抗裂性能變差，軟化油A 中的飽和分含量最多，所制備基材的低溫性能最好。

2.1.4 剝離強(qiáng)度

3 種軟化油A、B、C 制備的自粘聚合物改性瀝青防水卷材自粘剝離強(qiáng)度分別為1.0、1.3、1.2 N/mm，卷材與鋁板的剝離強(qiáng)度分別為1.4、1.6、1.6 N/mm。可見(jiàn)軟化油B 制備的自粘聚合物改性瀝青基材之間及其與鋁板的剝離強(qiáng)度均最高，軟化油C 制備的基材也具有較高的剝離強(qiáng)度，而軟化油A 制備的基材剝離強(qiáng)度較差。這是因?yàn)檐浕虰 中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量較高，提高了基材的極性，使其具有較高的粘附力；軟化油C 中芳香分含量很高，同樣對(duì)基材的極性有良好的改善作用；而軟化油A 中飽和分含量高、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量低，影響了基材的粘附力。

2.2 軟化油對(duì)自粘聚合物改性瀝青基材老化性能的影響

2.2.1 軟化點(diǎn)增量

熱老化和紫外老化10 d 和20 d 后自粘聚合物改性瀝青基材的軟化點(diǎn)增量見(jiàn)表2。

表2 老化時(shí)間對(duì)自粘聚合物改性瀝青基材軟化點(diǎn)增量的影響

由表2 可見(jiàn)，經(jīng)熱老化和紫外老化后，C-SPMB 的軟化點(diǎn)增量均最高，其次為B-SPMB，A-SPMB 的軟化點(diǎn)增量均最小。瀝青在老化過(guò)程中化學(xué)組分變化關(guān)系為：飽和分較為穩(wěn)定，其含量變化很小，芳香分會(huì)轉(zhuǎn)化為膠質(zhì)，膠質(zhì)轉(zhuǎn)化為瀝青質(zhì)，導(dǎo)致芳香分含量明顯減少、瀝青質(zhì)含量顯著增大，使瀝青的軟化點(diǎn)升高[9]。3 種軟化油中，軟化油A 的飽和分含量較多，芳香分含量相對(duì)較少，而軟化油C 中芳香分含量最多，故CSPMB 的軟化點(diǎn)增量最大。

2.2.2 針入度保留率

熱老化和紫外老化10 d 和20 d 后自粘聚合物改性瀝青基材的針入度保留率如表3 所示。

表3 老化時(shí)間對(duì)自粘聚合物改性瀝青基材針入度保留率的影響

由表3 可見(jiàn)，經(jīng)熱老化和紫外老化后，C-SPMB 的針入度保留率均最低，A-SPMB 和B-SPMB 的針入度保留率相差不大。這同樣歸因于軟化油C 中的芳香分含量高，易轉(zhuǎn)化為瀝青質(zhì)，使其硬化最嚴(yán)重。

2.2.3 低溫柔度降低值

熱老化和紫外老化10 d 和20 d 后自粘聚合物改性瀝青基材低溫柔度降低值如表4 所示。

表4 熱老化和紫外老化對(duì)自粘聚合物改性瀝青基材低溫柔度降低值的影響

由表4 可見(jiàn)，熱老化和紫外老化后C-SPMB 低溫柔度降低值最大，A-SPMB 和B-SPMB 的低溫柔度降低值相差不大，表明C-SPMB 的耐老化性能較差。這是因?yàn)檐浕虲 中芳香分含量較高，轉(zhuǎn)化為膠質(zhì)和瀝青質(zhì)后使基材變脆，而軟化油A和B 的芳香分含量較少，對(duì)基材的脆性影響較小。

2.2.4 剝離強(qiáng)度降低值

熱老化和紫外老化10 d 和20 d 后自粘聚合物改性瀝青基材與基材的粘結(jié)剝離強(qiáng)度降低值如表5 所示。

表5 熱老化和紫外老化對(duì)自粘聚合物改性瀝青基材剝離強(qiáng)度的影響

由表5 可見(jiàn)，熱老化后，A-SPMB 的剝離強(qiáng)度降低值最小，其次為B-SPMB，C-SPMB 的剝離強(qiáng)度降低值最大；紫外老化后，A-SPMB 和B-SPMB 的剝離強(qiáng)度降低值相同，CSPMB 的剝離強(qiáng)度降低值最大。這也是因?yàn)榉枷惴趾扛叩能浕虲 易老化硬化，故對(duì)C-SPMB 的粘附性影響較大。

3 結(jié) 論

（1）飽和分高的軟化油A 對(duì)自粘聚合物改性瀝青基材低溫性能有良好的改善效果；飽和分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量適宜的軟化油B 對(duì)自粘聚合物改性瀝青基材的高低溫性能均具有良好的改善作用；而芳香分含量高的軟化油C 對(duì)自粘聚合物改性瀝青基材高低溫性能改善效果相對(duì)較差。

（2）芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量較多的軟化油B 和C 所制備的自粘聚合物改性瀝青基材的剝離強(qiáng)度較大，而飽和分含量較多的軟化油A 制備的自粘聚合物改性瀝青基材的剝離強(qiáng)度較小。

（3）與高芳香分含量的軟化油C 相比，飽和分含量較高的軟化油A 和B 制備的自粘聚合物改性瀝青基材的軟化點(diǎn)增量、針入度保留率、低溫柔度和剝離強(qiáng)度降低值均明顯減小，表現(xiàn)出更好的抗老化性能。