纳米改性彩色橡胶防水卷材的研制与生产应用

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　　［摘要］　应用纳米技术解决了取消炭黑后橡胶的补强问题、抗老化问题以及防止退色等一系列技术难关，研制成功了纳米改性彩色防水卷材，它的配方与黑色防水卷材相比有重大的改变，用准纳米级的超细白炭黑和某些相关的纳米材料取代炭黑，作为主要的补强剂；添加适量的具有光学特性的纳米材料以提高抗老化性能；精心设计其他添加剂（填充剂、软化剂、促进剂、硫化剂、增稠剂等）和新的硫化体系；同时采用经过纳米材料改性的颜料以增强保色性能；从几十个试验配方中，优选出了推荐使用的配方范围。用纳米材料改性橡胶，制成高性能彩色防水卷材是一个新的突破，具有重要的科学意义和显著的应用价值。
　　关键词：纳米材料　彩色防水卷材　橡胶 三元乙丙防水卷材
　　一、概述
　　近十年来在世界范围内，纳米材料的研究与应用开发十分活跃，许多方面正处于重大突破的前夜，对未来世界科技与经济的发展可能产生不可估量的战略影响，当前纳米材料发展的关键在于真正实现产业化特别是能够带动经济发展的产业，在这一方面，国内外都还处于初期阶段。纳米材料不仅在高科技和军工领域有重要用途，而且在民用传统产业部门亦有应用开发的重要价值，用纳米高新技术改造传统产业，以带动传统产业的振兴，是纳米材料应用开发的的重要方向，具有重大的现实意义。谁能清醒的认识到这一点并取得突破，谁就能在纳米科技领域进入世界先进行列，并为国家作出重大贡献。
本公司工作的重点，就是利用纳米技术来改性开发某些传统产业。我们坚信没有夕阳产业，只有夕阳技术，高科技不拒绝任何行业，每行每业都有高科技。利用纳米技术成功地改性彩色防水卷材，就是较有说服力的例证之一。 　　
5 |5 x( m0 T2 [: V3 k' r# \4 B/ ^
二、问题的提出
7 t# M5 d% g/ S6 f( Y　　三元乙丙及氯化聚乙烯防水卷材是世界公认的高性能的高分子防水材料。尤其是三元乙丙防水卷材更是受各国防水界的青睐，美国和日本是应用三元乙丙防水卷材最成功和用量最大的国家，但是到目前为止大量使用的防水卷材均为黑色产品，很不美观，特别是铺在屋顶，从空中眺望，一片灰黑，令人感到压抑；此外，黑色材料铺在屋顶，吸热量大，夏季会增加顶层温度, 因此，彩色防水卷材已成为建材发展方向之一。据９７年我国建筑防水材料工业协会市场信息网络的不完全统计，防水卷材总产量约为1000万平方米／年，并以每年20％的速度增长。美国目前的三元乙丙防防水卷材的年用量达1亿平方米，如果研制出高性能的彩色防水卷材，价格性能比与黑色一级品相当，它的市场销售前景肯定是比较乐观的。
　　三、产品特点及技术难点剖析
　　建筑防水卷材直接暴露在大气中，经受高温、风、雨、臭氧、紫外光，甚至酸、碱雨等的侵袭。这些自然因素都能对高分子材料起着老化作用，其中紫外光辐射是主要的老化因素。而达到地球表面的紫外光波长在290 ~ 400 纳米的范围内。正是这些波长范围的紫外光对产品起着不可忽视的老化作用。在黑色防水卷材中所加的炭黑是一种抗老化性能非常强的物质，而彩色防水卷材中不能添加一丁点炭黑，所以一定要寻找一种浅色的、抗老化性能与炭黑相当的补强剂，这是研制彩色卷材的难点之一。
8 j/ t0 w- y5 @3 n0 p" H! T' {　　难点之二是，要研制出高质量高水平的彩色防水卷材，首先一定要考虑其主体材料需要用100% 三元乙丙胶，而使用三元乙丙胶最大的问题是喷霜。喷霜与促进剂的种类和用量有关，非结晶性化合无和不溶于橡胶的化合物不喷霜。
# t: N' W8 J  V5 H( u% J　　难点之三是，在研制彩色卷材的过程中，硫化体系的确定是至关重要的。如果采用过氧化物硫化体系则产品硫化速度慢，拉伸强度、撕裂强度和耐磨性能较低，且产生令人不愉快的臭味。
　　难点之四是，彩色卷材如不解决保色性能就失去了意义，而褪色是由于空气中的紫外光及臭氧等引起的。 　

& Z9 T8 z3 C* D　四、纳米材料改性橡胶方面的具体进展
5 y# O$ t/ P- H, A! J7 g　　１． 纳米材料改性彩色三元乙丙防水卷材及其配套胶粘剂
; E( n( a  Q0 H3 p　　近代材料科学的新星——纳米材料的兴起为以上难点的解决提供了机会，经我们反复研究，通过采用特殊的纳米材料技术完全解决了上述技术难点，从而研制成功纳米改性彩色三元乙丙防水卷材，并完成了工业性试生产，工艺技术已经成熟。纳米改性彩色三元乙丙防水卷材的主要特点是：
  ^& s. a7 T5 W# f/ o　　（1） 通过特殊的配方设计，发挥了纳米材料的优势作用，使其物理性能特别是抗老化性能全面达到并超过了黑色三元乙丙防水卷材一级品的标准（该标准已与国际接轨）；
  F  b: F9 e# {0 s! U9 O　　（2）颜料经纳米材料改性，色彩鲜艳，具有优异的耐候性；
+ V! H; P0 T, c　　（3）采用了特别设计的硫化体系，消除了刺激性异味，并克服了喷霜现象；
# X! u# i8 c/ V- [) W! Q　　（4）成功解决了配套的胶粘剂（带）；
5 N) |6 h( Z* t3 }% b　　综合起来，本项技术达到了国内外领先水平。主要性能如下表：
　　纳米改性彩色三元乙丙防水卷材不仅在屋顶防水材料中独树一帜、色彩艳丽，是最佳选择，而且克服了一般橡胶制品的刺激性异味，因此具有更广阔的应用空间，例如在橡胶坝、电器机房、变电所、实验室、公共场所、幼儿园、以及火车、轮船、汽车、飞机等领域，以及其它各种彩色橡胶制品方面，都有广泛应用的可能性，其潜在应用市场极其广阔。项目可行性分析指出：新建一个“年产150万平方米彩色三元乙丙防水卷及400万米配套胶粘带厂”，总投资需1800万元，所产值为6800万元，年利税为2660元，投资回收期为一年，经济效益十分显著。
$ z. U' I) n2 R: K* F6 R: _3 U$ X　　2、纳米改性彩色氯化聚乙烯防水卷材
　　彩色氯化聚乙烯防水卷材是一种新型的中高档高分子防水卷材，在当前大量生产的黑色防水卷材中脱颖而出，成为兼有美化环境特色的新产品。氯化聚乙烯/溶聚丁苯（CPE/S-SBR）彩色防水卷材的配方与黑色防水卷材相比有重大的改变，基体采用比较经济的氯化聚乙烯（CPE135A）和溶聚丁苯（S-SBR1204）混合胶；用沉淀法制得的超细白炭黑取代炭黑，作为主要的补强剂；添加适量的具有特殊光学特性的纳米材料以提高抗老化性能；同时精心设计其它添加剂（填充剂、软化剂、促进剂、硫化剂、增稠剂等）；颜料经过纳米材料改性以确保不褪色性，从几十个试验配方中，优选出了推荐使用的配方范围。纳米材料是八十年代末发展起来的新材料领域，用特种纳米材料改性橡胶，制成高性能彩色防水卷材是一个新的突破，具有重要的科学意义和显著的应用价值。
1 E6 R3 r8 |+ J2 e* Z　　纳米改性CPE/S-SBR彩色防水卷材的性能全面达到了高档黑色防水卷材的合格品性能标准，纳米改性与未经纳米改性卷材的主要性能对比如下：

$ g( Z! u* r* n　　
' K5 U2 c$ u4 ~( e
产品名称　　
' E; M; d5 q2 Y5 d/ `( h0 | 三元乙丙彩色防水卷材
" f2 ], x4 J. h- l# S 执行标准
7 X# [% X- F- k# X* O5 q HG2402 – 922
$ R* E5 N( p5 `$ c. J) |
试验日期
/ A6 S9 f3 X9 U9 i 2000年5月12~22日
相对湿度
48~50%
! v" b* `0 c% G+ a4 V* B 室温
21~ 23℃
& r9 q8 d- E! O  ?! O
# Z! s' t6 P; c检　　测　　项　　目
2 ^" |# u; r/ |4 K2 L8 E 标准要求
' J, ~2 F# ^0 N! v( F, _# C) O 纵向实测值
/ N% ?7 c7 j# X/ m7 R 横向实测值
8 f) w  \# S2 U5 X0 ]/ ` 单项判定
  `9 N5 X, n& X4 H% _/ w, w! w0 `
. A1 h" A8 t" a抗拉强度　（MPa）
# [9 _* d) T' t; @ ≥8
/ `4 o9 R( E' X3 ]% S+ Q" f 10
) ?9 [3 \+ r' [; n( M7 @ 9
4 _+ b0 `+ h" n# H9 c: I 合格
* ^# K+ w, E' O. C7 W+ r
7 e9 N# F4 j! i: k% k断裂伸长率　（%）
≥450
771
1 R5 h4 h. P2 y. x' O) l 809
合格
  j# [7 C% l7 ^
直角撕裂强度　（N/cm）
' F  {5 _% X0 s( k( h  B ≥280
288
290
) c" r( |- W7 z8 T: n7 C) J) T  J 合格
+ W, u, b  I$ z% q. e
不透水性　（MPa×30min）
' y) }. G7 k) r$ H6 E2 |6 z* L 合格
合格
合格
- N( }1 c. Q9 B
% f) {+ \) z' e0 [- B6 O加热伸缩量
/ l1 X- B' M3 W. A 延伸　（mm）
< 2
+ p- v' K1 i% `. A —
9 {! ~/ [/ x, d  \- u) V —
, o; @5 R5 H3 e —

收缩　（mm）
< 4
# p! N% ]" z' O2 v+ t; P+ f8 n 2
2
合格

! b% w- R# j/ y2 b热空气老化
( ~0 j$ W  r+ h: P" K5 P2 d
% F# ^9 V& e; e# `80 ℃×168h
拉伸强度变化率（%）
2 _! b* X, t; L% c' _& z6 H+ z$ D  G －20 ~ 40
8 J' r1 H9 B9 G- B, I4 W+ R7 |1 e 22
19
合格

扯断伸长率变化率（%）
/ f4 e2 Q  P7 b6 s8 c 减少值不超过30
24
5 o, ]( s9 k+ b$ J: u* `* f+ X 22
合格

8 }: f2 x/ Q% Y8 Q0 A4 J撕裂强度变化率（%）
－40 ~ 40
5 j2 r2 S; Z- t －8
3 ?7 R% X1 f6 Q# a! }/ @ －4
) r8 I" w7 ?4 |" [8 [7 F  _& g 合格

耐碱性10%NaOH，168h×常温
1 e  w2 E0 E! n. _$ \ 拉伸强度变化率（%）
－20 ~ 20
8 g+ a. y; T$ S6 I, G 2
2
- G' Q! F. i! w+ G6 t 合格
7 A- {% A: _1 C1 Q! i$ f
扯断伸长率变化率（%）
) C. J  n8 z# u7 A8 j1 G1 t5 o8 g6 @ 减少值不超过20
# r) e) V: q9 k+ A8 w" F* Y 4
2
合格
: n2 U6 Z5 A! C- s0 {9 u
脆性温度　（℃）
≤－45
－50
6 Z+ f& N5 L  _" J& u 合格
/ m) Y, i. o) W4 ?0 v; g
4 R" U( _6 b, s5 x2 E' B热老化（80℃×168h; 伸长率40%）
无裂纹
无裂纹
无裂纹
$ Q" h) G% [4 |% S 合格
4 C  p% y  n3 n
- v9 i( W) Z7 F8 I8 b  w臭氧老化(500pphm;
6 B' V" X( C6 v% o
2 v6 S" ?& d6 b9 a1 D40℃×168h;伸长率40%静态)
无裂纹
- z, \& V: Z+ {+ @. t% J 无裂纹
7 a% ?" s1 A; T6 T# M( h7 F6 R 无裂纹
合格
- \4 z: Z, u+ r9 d, \2 ^. v: J1 z/ e
3 A  Z6 Z2 B" U! T. B5 X. {+ w4 S拉伸强度
－20℃    (Mpa)　
" u" p( _; f! ?- E2 _; S  N ≤15
4 M- c: O( [2 y" H 8
8
  C( M  z% P% H6 V3 y# e 合格
# A8 t" A& p1 U( ~$ g& P- C) z
60℃     (Mpa)  
* N) _5 V7 K+ F ≥2.5
3.0
! v; E4 Q& q& u/ e! C; G6 [  k# A 2.7
3 Y$ s% V) x8 _+ i. z8 i& X 合格
9 i: v  Q" e$ S/ \
直角撕裂强度
9 y% @' Z/ {2 s! E$ G7 R& G －20℃   (N/cm)
≤490
375
' u( l9 H% t7 v 428
) e+ R3 o2 t2 |9 @* E# b: e 合格
0 \9 O5 ~, p5 }$ \# \8 K
8 S2 @2 z+ Z5 t: B4 p60℃     (N/cm)
) ~) n2 b( W/ b5 ] ≥74
3 S. e& ?7 Z3 w9 u 161
168
合格

扯断伸长率   －20℃      (%)
0 a/ T5 W8 g+ L1 R; X ≥200
, `9 G' `" m8 \; t, y* } 475
$ h4 B1 }+ z8 {9 q" u9 T 475
合格
$ t" [, ^/ i, w4 u9 X9 P" n) U
            

& w3 J: H# ~# b0 Y' s9 K
3 B* t+ _7 E( z5 Z8 [. b" c+ |　　可以看到，经纳米材料改性后，防水卷材的撕裂强度、伸长率、抗热氧和臭氧老化、保色性有显著的改善。
　　五、纳米材料改性橡胶的经济评价： 通过纳米改性橡胶的技术路线，研制成功了两个体系（即三元乙丙胶体系及氯化聚乙烯-溶聚丁笨体系）的彩色防水卷材，考虑到高新技术产品的市场竞争（产品性能价格比，生产稳定性，工程应用，市场开拓，再到被用户接受乃至创立名牌都需要一个过程，其中有一点很重要的因素——产品性能价格比，我公司研制成的彩色防水卷材，质量远远超过了黑色一级品，而价格与黑色持平，这样的颜色卷材，在当今人们疯狂追求“绿色世界”的社会里将具有极强的竞争力。

龙行天下

看看------学习一下也好嘛,谢谢版主

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