一种多层复合高分子防水片材及其制备方法与流程

本发明属于防水材料技术领域，更具体地，涉及一种多层复合高分子防水片材及其制备方法。

背景技术：

高分子自粘胶膜防水卷材是由片材层、热熔胶层、颗粒或涂层隔离保护层组成的一种预铺反粘防水卷材，具有与后浇混凝土粘接牢固、防侧向窜水、施工简便快速等优点，广泛应用于地下室、隧道、地铁、地下管廊等建筑部位的防水。其中高分子片材为该类材料的主体防水层，提供了最主要的力学性能和防水性能。在施工过程中，高分子自粘胶膜防水卷材的高分子片材面朝下空铺于细石垫层或隧道初衬上、再进行长短边搭接和节点处理、最后于卷材上表面绑扎钢筋、浇筑混凝土。在施工过程高分子片材会受到底部尖锐硬物及上表面钢筋的挤压、穿刺和冲击作用；在喷射混凝土施工时，粗骨料对片材产生撞击、穿刺作用；对材料的抗穿刺、抗冲击性能均有较高要求，同时还要保证材料的拉伸强度和延伸率。

目前，业内普遍采用聚乙烯(pe)或者热塑性聚烯烃弹性体(tpo)经过常规的挤出三辊压光工艺得到防水片材。对抗穿刺和抗冲击性能的增强的传统技术途径包括在配方设计中引入以高密度聚乙烯(hdpe)，辅以部分茂金属聚乙烯(mlldpe)，将tpo与纤维织物增强网格布层复合等方法。例如，公开号为cn106279881a的专利申请公布了一种高抗冲防水片材，以hdpe、mdpe、mlldpe多种聚乙烯进行共混挤出，得到了一种高拉伸强度和延伸率的防水片材。公开号为cn103358635a的专利申请对hdpe、lldpe和少量tpo进行共混，再涂布热熔胶和防粘层，得到一种预铺反粘防水卷材。公开号为cn107586411a的专利申请公布的聚乙烯共混方案中，采用了hdpe、lldpe、mlldpe三种聚乙烯进行共混，得到一种高穿刺强度的防水片材。公开号为cn104669747a的专利申请公布了一种tpo防水卷材，上表面和下表面均为tpo卷材层，中间为增强层聚酯网格布。在上述技术途径中，聚乙烯类片材为了保证高的拉伸强度和抗穿刺强度，往往以高密度聚乙烯(hdpe)为主体，片材质地硬，抗冲击强度差，在重物冲击下易出现裂纹，更重要的是服帖性差，施工时不易弯曲折叠，在搭接区和阴阳角等细部节点处的施工质量难以保证。而以tpo为主体的片材，优点是柔软易施工，服帖性好，但抗穿刺强度低，采用网格布增强虽可提高抗穿刺强度，但同时导致延伸率下降。

技术实现要素：

本发明的目的是针对传统pe或tpo类为主体的防水卷材在穿刺强度、冲击强度、施工性能(柔软度)上的矛盾与不足，提出一种多层复合高分子防水片材及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种多层复合高分子防水片材，该多层复合高分子防水片材依次包括：第一面层、第一粘结层、芯层、第二粘结层和第二面层；

其中，所述芯层为双向拉伸尼龙薄膜层，所述双向拉伸尼龙薄膜层的双向拉伸倍率为1.75×1.75-3.25×3.25；所述芯层的厚度为0.012-0.030mm；

所述第一粘结层和第二粘结层的材质均为马来酸酐聚烯烃类接枝物；所述马来酸酐聚烯烃类接枝物的熔融指数为1.0-7.8g/10min，密度为0.870-0.935g/cm³。

本发明的另一方面提供上述多层复合高分子防水片材的制备方法，该制备方法包括：

(1)利用第一挤出机组分别挤出第一面层和第一粘结层，然后在模具内进行复合共挤出，得到第一面层和第一粘结层复合片材；

(2)将所述芯层的一面与所述第一面层和第一粘结层复合片材的第一粘结层进行复合；

(3)利用第二挤出机组分别挤出第二面层和第二粘结层，然后在模具内进行复合共挤出，得到第二面层和第二粘结层复合片材；

(4)将所述芯层的另一面与所述第二面层和第二粘结层复合片材的第二粘结层进行复合，得到所述多层复合高分子防水片材。

本发明的技术方案具有如下有益效果：

(1)本发明的多层复合高分子防水片材，利用芯层的双向拉伸尼龙膜bopa来提供高抗穿刺和抗冲击强度，以替代传统的以hdpe为主体的单层方案和复合纤维网格布的3层tpo方案；进而使得面层能够选用更为柔软的以线性低密度聚乙烯为主体的pe方案或tpo方案。

(2)本发明的多层复合高分子防水片材，芯层(bopa层)的厚度极薄，仅为0.012-0.030mm，能够最大程度减少对复合高分子防水片材整体柔软度和延伸率的影响。

(3)本发明中，为了使不相容的面层与芯层之间具有足够的复合强度，在面层与芯层之间设置了材质为马来酸酐聚烯烃类接枝物的粘接层，利用马来酸酐基团与尼龙末端的氨基之间的化学反应，来进一步提高粘接强度，以确保复合结构不分层。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的多层复合高分子防水片材的示意性结构图。

附图标记说明：

1、芯层2、第一粘结层3、第二粘结层4、第一面层5、第二面层

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明的一方面提供一种多层复合高分子防水片材，该多层复合高分子防水片材依次包括：第一面层、第一粘结层、芯层、第二粘结层和第二面层；其中，所述芯层为双向拉伸尼龙薄膜层，所述双向拉伸尼龙薄膜层的双向拉伸倍率为1.75×1.75-3.25×3.25；所述芯层的厚度为0.012-0.030mm；

所述第一粘结层和第二粘结层的材质均为马来酸酐聚烯烃类接枝物；所述马来酸酐聚烯烃类接枝物的熔融指数为1.0-7.8g/10min，密度为0.870-0.935g/cm³。

本发明中，所述芯层的一面上设置有所述第一粘结层，所述芯层的另一面上设置有所述第二粘结层；所述第一粘结层上设置第一面层，所述第二粘结层上设置有第二面层。

本发明中，所述双向拉伸尼龙薄膜层可以由双向同步拉伸或双向分步拉伸工艺制得。

本发明中，芯层主要提供抗穿刺和抗冲击性能；通过设置芯层使得本发明的高分子防水片材具有更好的抗穿刺性和抗冲击性。

本发明中，第一粘结层和第二粘结层主要在面层和芯层之间起粘接作用，使得第一面层和第二面层分别与芯层具有良好的粘接性。

根据本发明，优选地，所述双向拉伸尼龙薄膜层的双向拉伸倍率为2.0×2.0-3.0×3.0。

本发明中，所述双向拉伸倍率指横向×纵向。

根据本发明，优选地，所述芯层的厚度为0.015-0.025mm。

根据本发明，优选地，所述马来酸酐聚烯烃类接枝物的熔融指数为1.3-3.0g/10min。

根据本发明，优选地，所述第一粘结层和第二粘结层的厚度均为0.01-0.015mm。

根据本发明，优选地，所述第一面层和第二面层的材质各自独立的为聚乙烯树脂和/或热塑性聚烯烃弹性体(tpo)；所述热塑性聚烯烃弹性体优选为乙烯基热塑性弹性体和/或丙烯基热塑性弹性体。

根据本发明，优选地，所述第一面层和第二面层的厚度均为0.45-0.55mm。

本发明中，当所述第一面层和第二面层的材质为聚乙烯树脂时，所述第一粘结层和第二粘结层的密度优选为0.90-0.935g/cm³；当所述第一面层和第二面层的材质为热塑性聚烯烃弹性体时，所述第一粘结层和第二粘结层的密度优选为0.870-0.89g/cm³。

本发明中，第一面层和第二面层的材质可以相同或不同。

本发明中，所述第一面层和第二面层的材质可以各自独立的为一种类型的聚乙烯树脂，也可以为多种类型的聚乙烯树脂的复配组合；优选为：以重量份数计，所述第一面层和第二面层的材质各自独立的由如下组分组成：高密度聚乙烯(hdpe)10-20份、普通线性低密度聚乙烯(lldpe)30-40份和茂金属线性低密度聚乙烯(m-lldpe)40-60份。

本发明中，所用的高密度聚乙烯(hdpe)的熔融指数为0.1-3g/10min，普通线性低密度聚乙烯(lldpe)的熔融指数为0.1-3g/10min，茂金属线性低密度聚乙烯(m-lldpe)的熔融指数为0.1-3g/10min。

本发明中，所述热塑性聚烯烃弹性体优选为利安德巴赛尔公司的hifax系列、埃克森美孚的vistamaxx系列以及陶氏的versify、engage和infuse系列中的至少一种。

本发明中，所述第一面层和第二面层的厚度根据最终产品规格要求而调整。

本发明中，通过设置第一面层和第二面层使得高分子防水片材具有更好的拉伸强度和延伸率。

本发明的另一方面提供上述多层复合高分子防水片材的制备方法，该制备方法包括：

(1)利用第一挤出机组分别挤出第一面层和第一粘结层，然后在模头内进行复合共挤出，得到第一面层和第一粘结层复合片材；

(2)将所述芯层的一面与所述第一面层和第一粘结层复合片材的第一粘结层进行复合；

(3)利用第二挤出机组分别挤出第二面层和第二粘结层，然后在模具内进行复合共挤出，得到第二面层和第二粘结层复合片材；

(4)将所述芯层的另一面与所述第二面层和第二粘结层复合片材的第二粘结层进行复合，得到所述多层复合高分子防水片材。

本发明中，所述第一挤出机组和第二挤出机组各自独立的包括两台共用一个模头的单螺杆挤出机；工作时，每台所述单螺杆挤出机的加料段、熔融段、计量段及模头段的温度分别为：140-150℃、170-180℃、190-200℃及180-190℃。

本发明中，步骤(2)中，优选地，所述芯层经放卷和纠偏后与第一面层和第一粘结层复合片材的第一粘结层进行复合。

根据本发明，优选地，步骤(2)和步骤(4)中，所述复合的温度均为125℃-175℃；优选为130-150℃。

本发明中，当复合温度过低时，会发生严重面层和芯层的分层；当复合温度过高时芯层bopa膜会发生收缩，对抗穿刺性能和抗冲击性能的增强大大减弱。

本发明中，步骤(2)和步骤(4)中均利用三辊压光机进行复合。

作为优选方案，本发明的制备方法还包括步骤(5)冷却和步骤(6)收卷工序。

以下通过实施例进一步说明本发明：

以下各实施例和对比例所用的bopa均购自日本尤尼吉可公司；马来酸酐聚烯烃类接枝物均购自陶氏化学amplify牌号；tpo购自利安德巴塞尔公司的hifax牌号。所用的高密度聚乙烯(hdpe)的熔融指数为2g/10min，普通线性低密度聚乙烯(lldpe)的熔融指数为2g/10min，茂金属线性低密度聚乙烯(m-lldpe)的熔融指数为2g/10min。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种多层复合高分子防水片材，该多层复合高分子防水片材依次包括：第一面层4、第一粘结层2、芯层1、第二粘结层3和第二面层5。其中，所述芯层1为双向拉伸尼龙薄膜层(bopa，购自日本尤尼吉可公司)，芯层1厚度为0.015mm，双向拉伸倍率(横向×纵向)为2.0×2.0；所述第一粘结层2和第二粘结层3的厚度均为0.01mm，第一粘结层2和第二粘结层3的材质均为马来酸酐聚烯烃类接枝物(购自陶氏化学amplify牌号)，所述马来酸酐聚烯烃类接枝物的熔融指数为2.0g/10min，密度为0.925g/cm³；第一面层4和第二面层5的材质各自独立的为聚乙烯树脂，所述聚乙烯树脂的配方由如下组分组成：hdpe15重量份，lldpe35重量份和m-lldpe50重量份；所述第一面层4和第二面层5的厚度均为0.5mm。

具体制备方法为：

(1)利用第一挤出机组分别挤出第一面层4和第一粘结层2，然后在模头内进行复合共挤出，得到第一面层4和第一粘结层2复合片材；其中，所述第一挤出机组包括两台共用一个模头的单螺杆挤出机；工作时，每台单螺杆挤出机的加料段、熔融段、计量段及模头段的温度分别为：150℃、180℃、200℃及190℃。

(2)将经放卷、纠偏后的芯层1的一面与所述第一面层4和第一粘结层2复合片材的第一粘结层2在1#三辊压光机中进行复合；其中，所述复合的温度为150℃；

(3)利用第二挤出机组分别挤出第二面层5和第二粘结层3，然后在模具内进行复合共挤出，得到第二面层5和第二粘结层3复合片材；其中，所述第二挤出机组包括两台共用一个模头的单螺杆挤出机；工作时，每台单螺杆挤出机的加料段、熔融段、计量段及模头段的温度分别为：150℃、180℃、200℃及190℃。

(4)将所述芯层1的另一面与所述第二面层5和第二粘结层3复合片材的第二粘结层3在2#三辊压光机中进行复合，然后冷却、收卷，得到所述多层复合高分子防水片材；其中，所述复合的温度为150℃。

实施例2

如图1所示，本实施例与实施例1的区别仅为芯层1厚度为0.025mm，其它各参数和制备方法均同实施例1。

实施例3

如图1所示，本实施例与实施例1的区别仅为芯层1厚度为0.025mm，双向拉伸倍率提高至2.5×2.5，其它各参数和制备方法均同实施例1。

实施例4

如图1所示，本实施例提供一种多层复合高分子防水片材，该多层复合高分子防水片材依次包括：第一面层4、第一粘结层2、芯层1、第二粘结层3和第二面层5。其中，所述芯层1为双向拉伸尼龙薄膜层(bopa，购自日本尤尼吉可公司)，芯层1厚度为0.015mm，双向拉伸倍率(横向×纵向)为2.5×2.5；所述第一粘结层2和第二粘结层3的厚度均为0.01mm，第一粘结层2和第二粘结层3的材质均为马来酸酐聚烯烃类接枝物(购自陶氏化学amplify牌号)，所述马来酸酐聚烯烃类接枝物的熔融指数为2.0g/10min，密度为0.870g/cm³；第一面层4和第二面层5的材质各自独立的为热塑性聚烯烃弹性体(tpo)，所述热塑性聚烯烃弹性体为乙烯基热塑性弹性体；所述第一面层4和第二面层5的厚度均为0.5mm。

具体制备方法同实施例1，仅是将步骤(2)和(4)中的复合的温度调整为130℃。

实施例5

如图1所示，本实施例与实施例4的区别仅为芯层1厚度为0.025mm，其它各参数和制备方法均同实施例4。

对比例1

本对比例的多层复合高分子防水片材依次包括第一面层、粘结层和第二面层；粘结层的厚度为0.01mm，粘结层的材质为马来酸酐聚烯烃类接枝物(购自陶氏化学amplify牌号)，所述马来酸酐聚烯烃类接枝物的熔融指数为2.0g/10min，密度为0.925g/cm3；第一面层和第二面层的材质各自独立的为聚乙烯树脂，所述聚乙烯树脂的配方同实施例1；所述第一面层和第二面层的厚度均为0.5mm。

具体制备方法为：

(1)利用第一挤出机组分别挤出第一面层和第一粘结层，然后在模头内进行复合共挤出，得到第一面层和第一粘结层复合片材；其中，所述第一挤出机组包括两台共用一个模头的单螺杆挤出机；工作时，每台单螺杆挤出机的加料段、熔融段、计量段及模头段的温度分别为：150℃、180℃、200℃及190℃。

(2)利用第二挤出机组分别挤出第二面层和第二粘结层，然后在模具内进行复合共挤出，得到第二面层和第二粘结层复合片材；其中，所述第二挤出机组包括两台共用一个模头的单螺杆挤出机；工作时，每台单螺杆挤出机的加料段、熔融段、计量段及模头段的温度分别为：150℃、180℃、200℃及190℃。

(3)将步骤(1)和步骤(2)得到的面层与粘接层的复合片材的第一粘结层和第二粘结层在三辊压光机中再次进行复合，然后冷却、收卷，得到所述多层复合高分子防水片材；其中，所述复合的温度为150℃。

对比例2

本对比例与实施例3的区别仅为芯层厚度减少为0.01mm，其它各参数和制备方法均同实施例3。

对比例3

本对比例与实施例1的区别仅为双向拉伸倍率提高至3.5×3.5，其它各参数和制备方法均同实施例1。

对比例4

本对比例的多层复合高分子防水片材依次包括第一面层、粘结层和第二面层；粘结层的厚度为0.01mm，粘结层的材质为马来酸酐聚烯烃类接枝物(购自陶氏化学amplify牌号)，所述马来酸酐聚烯烃类接枝物的熔融指数为2.0g/10min，密度为0.870g/cm³；第一面层和第二面层的材质各自独立的为tpo；所述第一面层和第二面层的厚度均为0.5mm。

具体制备方法为：

(1)利用第一挤出机组分别挤出第一面层和第一粘结层，然后在模头内进行复合共挤出，得到第一面层和第一粘结层复合片材；其中，所述第一挤出机组包括两台共用一个模头的单螺杆挤出机；工作时，每台单螺杆挤出机的加料段、熔融段、计量段及模头段的温度分别为：150℃、180℃、200℃及190℃。

(2)利用第二挤出机组分别挤出第二面层和第二粘结层，然后在模具内进行复合共挤出，得到第二面层和第二粘结层复合片材；其中，所述第二挤出机组包括两台共用一个模头的单螺杆挤出机；工作时，每台单螺杆挤出机的加料段、熔融段、计量段及模头段的温度分别为：150℃、180℃、200℃及190℃。

(3)将步骤(1)和步骤(2)得到的面层与粘接层的复合片材的第一粘结层和第二粘结层在三辊压光机中再次进行复合，然后冷却、收卷，得到所述多层复合高分子防水片材；其中，所述复合的温度为130℃。

对比例5

本对比例与实施例5的区别仅为双向拉伸倍率降低至1.5×1.5，其它各参数和制备方法均同实施例5。

表1实施例1-5和对比例1-5的复合高分子防水片材主要参数对比表

实施例6

如图1所示，本实施例与实施例3的区别仅为所用的马来酸酐聚烯烃类接枝物的熔融指数提高至3.0g/10min，其它各参数和制备方法均同实施例3。

实施例7

如图1所示，本实施例与实施例3的区别仅为所用的马来酸酐聚烯烃类接枝物的密度提高至0.935g/cm³，其它各参数和制备方法均同实施例3。

实施例8

如图1所示，本实施例与实施例5的区别仅为所用的马来酸酐聚烯烃类接枝物的密度提高至0.910g/cm³，马来酸酐聚烯烃类接枝物的融指数为1.7g/10min，其它各参数和制备方法均同实施例5。

对比例6

本对比例的多层复合高分子防水片材依次包括第一面层、芯层和第二面层；其中，所述芯层为双向拉伸尼龙薄膜层(bopa，购自日本尤尼吉可公司)，芯层厚度为0.025mm，双向拉伸倍率(横向×纵向)为2.5×2.5；第一面层和第二面层的材质各自独立的为聚乙烯树脂，所述聚乙烯树脂的配方同实施例1；所述第一面层和第二面层的厚度均为0.5mm。

具体制备方法为：

(1)利用第一挤出机组挤出第一面层，其中，所述第一挤出机组包括两台共用一个模头的单螺杆挤出机；工作时，每台单螺杆挤出机的加料段、熔融段、计量段及模头段的温度分别为：150℃、180℃、200℃及190℃。

(2)将经放卷、纠偏后的芯层的一面与所述第一面层在1#三辊压光机中进行复合；其中，所述复合的温度为150℃；

(3)利用第二挤出机组挤出第二面层，其中，所述第二挤出机组包括两台共用一个模头的单螺杆挤出机；工作时，每台单螺杆挤出机的加料段、熔融段、计量段及模头段的温度分别为：150℃、180℃、200℃及190℃。

(4)将所述芯层的另一面与所述第二面层在2#三辊压光机中进行复合，然后冷却、收卷，得到所述多层复合高分子防水片材；其中，所述复合的温度为150℃。

对比例7

本对比例与实施例3的区别仅为所用的马来酸酐聚烯烃类接枝物的熔融指数提高至8.0g/10min，其它各参数和制备方法均同实施例3。

对比例8

本对比例与实施例5的区别仅为所用的马来酸酐聚烯烃类接枝物的密度提高至0.940g/10min，其它各参数和制备方法均同实施例5。

表2实施例6-8和对比例6-8的复合高分子防水片材主要参数对比表

实施例9

如图1所示，本实施例与实施例3的区别仅为步骤(2)和步骤(4)中的复合温度降低至140℃，其它各参数和制备方法均同实施例3。

实施例10

如图1所示，本实施例与实施例3的区别仅为步骤(2)和步骤(4)中的复合温度降低至130℃，其它各参数和制备方法均同实施例3。

表3实施例9-10的复合高分子防水片材主要参数对比表

测试例

分别测试上述各实施例和对比例的复合高分子防水片材的抗穿刺强度、抗冲击强度、拉伸强度以及延伸率；并对片材成品于横截面处进行剥离，观察分层现象。具体测试结果见表4，其中，表4中：○表示不分层，◎表示轻微分层，△表示芯层发生严重收缩，×表示发生严重分层。

表4

由表4中的实施例1-5和对比例1-5的对比可以看出，本申请的五层结构比对比例的三层结构的复合高分子防水片显著提高了抗穿刺强度、抗冲击强度及拉伸强度；提高bopa层的厚度，使得抗穿刺强度、抗冲击强度及拉伸强度的提升效果更明显，但延伸率发生下降。双向拉伸倍率过高时，复合时将发生芯层收缩现象。

由表4中实施例6-8和对比例6-8的对比可以看出，没有粘结层的粘接作用，面层和芯层将发生严重分层。粘结层的熔融指数过高时，挤出过程中面层和粘接层无法形成稳定的层叠结构，粘结层对芯层的粘接功能失效，复合时也会发生分层；面层为tpo时，如果选用的粘接层的密度过高，意味着粘结层的结晶度高，与tpo的相容性变差，也会发生分层。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。