止水带用高分子热熔压敏胶制备配比优化研究_贾雷雷.pdf

研究报告专论2023 年 2 月第 50 卷第 2 期doi:10.3969/j.issn.1001-5922.2023.02.012Vol.50 No.02，Feb.2023收稿日期:2022-10-10;修回日期:2023-02-10作者简介:贾雷雷(1984-)，男，硕士，高级工程师，研究方向:高分子材料;E-mail:LiZhijunLLX163 com。引文格式:贾雷雷，李朋，赵晓燕 止水带用高分子热熔压敏胶制备配比优化研究 J 粘接，2023，50(2):49-52止水带用高分子热熔压敏胶制备配比优化研究贾雷雷1，李朋2，赵晓燕2(1 衡水中铁建工程橡胶有限责任公司，河北 衡水053000;2 中裕铁信交通科技股份有限公司，河北 衡水053000)摘要:针对传统止水带用高分子热熔压敏胶耐热性能和耐低温性能差的问题，提出一种新型高分子热熔压敏胶的制备。试验以剥离强度和低温柔性为指标，对热熔压敏胶的配方进行优化，研究了优化配比后热熔压敏胶的性能。结果表明:选择混合质量比为 4 6的 5320 型和 H 100W 型石油树脂，1126 号 SIS 橡胶，20%用量的环烷油，1 0%用量的抗氧剂，2%用量的钛白粉为原料制备的热熔压敏胶性能最佳。此时，热熔压敏胶老化前剥离强度均超过了 4 N/mm，经过热老化处理后剥离强度也达到了 3 79 N/mm，玻璃转化温度约为1 5;当 tan=1 对应的流动点为 106，各方面性能均满足 Q/CR 562 22017 相关标准要求，表现出良好的耐热性和耐低温性能。关键词:剥离强度;防水卷材;热熔压敏胶;低温柔性中图分类号:TQ 436+3文献标志码:A文章编号:1001-5922(2023)02-0049-04Study on the preparation and ratio optimization of polymerhot-melt pressure-sensitive adhesive for waterstopJIA Leilei1，LI Peng2，ZHAO Xiaoyan2(1 Hengshui China Railway Construction Engineering Rubber Co，Ltd，Hengshui，053000，Hebei China;2 Zhongyu Tiexin Transportation Technology Co，Ltd，Hengshui 053000，Hebei China)Abstract:In view of the poor heat resistance and low temperature resistance of traditional polymer hot-melt pres-sure-sensitive adhesive for waterstop，a new type of polymer hot-melt pressure-sensitive adhesive was prepared Theformula of hot melt pressure-sensitive adhesive was optimized with the peel strength and low-temperature flexibilityas indicators，and then the properties of the hot melt pressure-sensitive adhesive after the optimized ratio were stud-ied The test results show that the hot melt pressure-sensitive adhesive prepared from 5320 and H 100W petroleumresin，1126 SIS rubber，20%naphthenic oil，1 0%antioxidant and 2%titanium dioxide had the best performanceAt this time，the peel strength of hot-melt pressure-sensitive adhesive before aging exceeds 4 N/mm，and after ther-mal aging treatment，the peel strength also reaches 3 79 N/mm，and the glass transition temperature is about1 5 When tan=1，the corresponding flow point is 106，and all aspects of performance meet the require-ments of Q/CR 562 22017 related standards，showing good low-temperature flexibility and heat resistanceKey words:peel strength;waterproof roll;hot melt pressure-sensitive adhesive;low temperature flexibility公路铁路隧道的防水问题一直都是公路建筑者和设计者关注的问题。受隧道特殊的的地理环境的影响，在修建和使用的过程中，难免出现浸水渗水的问题，影响隧道施工质量，进而影响隧道的使用寿94研究报告专论命。自粘型橡胶止水带是目前较为常用的防水卷材，能与混凝土有效融合，进而改善隧道的渗水问题。但橡胶止水带受其材料特性的影响，在使用的过程中，容易受温度的影响出现老化的问题。有学者对橡胶止水带的老化规律进行了研究，结果表明:橡胶的硬度随使用时间和使用温度的增加而增加，断裂伸长率和拉伸强度均明显下降，这些影响了橡胶止水带的使用 1。针对此问题，有学者提出在止水带上覆涂一层热熔压敏胶来改善止水带的耐老化问题。但传统压敏胶的耐低温柔性和剥离强度均无法达到理想的标准，因此，需要对热熔压敏胶进行性能的改进。对此，部分学者也进行了很多研究，如从原材料选型，原材料比例2 个方面优化了热熔压敏胶的软化点，进而提升了热熔压敏胶的耐热性能 2;从原材料出发，以 SIS树脂为基础，制备了一种新型耐老化的止水带用热熔压敏胶，结果表明:以聚苯乙烯、聚异戊二烯嵌段共聚物(SIS)为基础制备热熔压敏胶在耐老化性能方面表现良好，可以在一定程度上提升止水带的耐老化性能 3-4。本试验在文献 3、文献 4 研究的基础上，对 SIS 基热熔压敏胶的配方进行完善，得到了性能较完善的止水带用热熔压敏胶。1试验材料与方法1 1材料与设备主要材料:钛白粉(工业级)，东柏橡塑;抗氧剂1010(AR)，得佳新材料;KN4010 环烷油，鸿程化工);石油树脂(CP)，斌龙化工)。主要设备:DWR 2 型低温柔度仪(峰仪仪器);DNP 9022Y 型恒温控制器(千司生物);RSA G2 型流变仪(倍迎电子科技)。1 2试验过程(1)将一定质量的钛白粉、抗氧剂 1010、KN4010型环 烷 油 和 石 油 树 脂 放 入 铝 杯 中，然 后 放 入DNP 9022Y型恒温控制器中。之后提高反应温度至 125，并不断搅拌，使石油树脂完全熔化;(2)待树脂熔化结束后，提高反应温度至180;(3)分 2 次在反应铝锅中加入 SIS，充分搅拌，待 SIS 完全熔化后，倒入提前铺设有硅油纸的模具中，室温冷却，得到热熔压敏胶;(4)将热熔压敏胶在温度170 条件下熔化，然后在厚度为6 mm 的橡胶止水带基材上涂布厚度为2 mm热熔压敏胶，并用硅油纸覆盖，得到目标止水带。1 3性能测试1 3 1低温柔性能参照 GB/T 328 142007 用 DWR 2 型低温柔度仪对材料的低温柔性进行测定5。1 3 2剥离强度参照 Q/CR 562 22017 对材料剥离强度进行测定6。1 3 3耐热性能参照 GB/T 328 112007 对材料耐热性能进行测定7-8。2结果与讨论2 1石油树脂类型优化表 1 为不同石油树脂类型对热熔压敏胶性能的影响，其中选用 C5 树脂作为增粘树脂，探讨该树脂的影响，结果如表 1 所示。表 1石油树脂类型的影响Tab 1Impact of petroleum resin type项目结构软化点170 黏度cP剥离强度Nmrn1热老化剥离强度Nmm1低温柔性22O3I C芳烃改性 C589 968 6742 211 45通过ES5100C5 石油树脂1008 7602 571 78通过H 100W氢化 C51009 1322 722 54通过H I15W氢化 C511511 3633 243 08断裂5320氢化双环戊二烯 C5 树脂12512 5683 673 44断裂由表 1 可知，170 黏度和剥离强度均随石油树脂的软化点增加而增加。经老化处理后，剥离强度仍表现良好;但 C5 树脂软化点温度较高，热熔压敏胶的低温柔性相对降低，在进行低温柔性试验时，出现断裂现象9-10。在 3 种不同类型的石油树脂中，5320 型石油树脂因其氢化双环结构，自身具备较强的增粘性和热稳定性，因此软化点高，制备的热熔压敏胶剥离强度较高11;但也因其热稳定性高，其低温柔性也相对较差。热熔压敏胶止水带在使用过程中，对剥离强度和低温柔度均有一定要求，综合考虑，选择 5320 型和 H 100W 型石油树脂混合使用，平衡热熔压敏胶材料的基本性能。2 2石油树脂混合比优化选用 5320 型和 H 100W 型石油树脂混合使用，进一步对其混合比进行优化;平衡热熔压敏胶的剥离强度和低温柔性结果如表 2 所示。表 2石油树脂混合比优化结果Tab2Optimization results of petroleum resin mixing ratiom(5320)m(H 100W)170 黏度cP剥离强度Nmm1低温柔性10 012 3403 57断裂7 311 2683 43断裂4 69 9413 15通过3 79 0102 70通过0 108 9982 63通过05研究报告专论由表 2 可知，随 5320 型和 H 100W 型石油树脂混合比的降低，制备的热熔压敏胶低温柔性明显增加，170 熔融黏度和剥离强度明显降低。出现这个变化的主要原因在于，5320 型石油树脂受其特殊结构的影响，该石油树脂的的分子量较大，在体系内占比较大时，对胶体玻璃化转变温度的提升作用较大12-13。而 H 100W 型石油树脂的分子量相对较小，当体系内含有该树脂的量较多时，剥离转化温度随之降低，因此低温柔性增加。同时，H 100W型石油树脂黏度小于 5320 型石油树脂，因此热熔压敏胶体系内含有的 H 100W 型石油树脂越多，170 黏度和剥离强度也明显降低。当 m(5320)m(H 100W)=4 6时，制备的热熔压敏胶剥离强度最高达到了 3 26 N/mm，低温柔性也合格，满足Q/CR562 22017铁路隧道防排水材料(第 2 部分:止水带)中的标准要求。因此选择适合的石油树脂混合比为 m(5320)m(H 100W)=4 6。2 3SIS 二嵌段含量优化结果表 3 为 SIS 含量优化结果。表 3SIS 二嵌段含量优化结果Tab 3SIS diblock content optimization results项目二嵌段质量分数/%嵌段比(S/I)170 黏度cP剥离强度Nmm11105015/8511 1431 95110616 516/849 9573 0311242514/8611 2323 5211283815/858 8214 1111265016/8410 9544 27由表 3 可知，热熔压敏胶的剥离强度随 SIS 二嵌段含量的增加而增加。这是因为，SIS 中二嵌段的含量决定了材料与石油树脂的相容性，其含量越高，相容性越好，热熔压敏胶粘附性能也越好14。同时，二嵌段的 SIS 与三嵌段的 SIS 相比，缺少了物理交联点，存在交联网络的缺失，热熔压敏胶内聚强度下降15。而热熔压敏胶剥离强度的直接决定性因素为与混凝土基体粘附强度最小值和胶体自身的内聚强度，而在本试验研究的范围内，胶体与混凝土基体粘附强度始终小于胶体自身的内聚强度，因此胶体与混凝土基体粘附强度变化暂不考虑。这就出现了体系二嵌段含量越多，其剥离强度越大的情况。在热熔压敏胶用于橡胶止水带时，剥离强度越大，与混凝土基体结合的越紧密，因此从剥离强度出发，选择 1126 号 SIS 橡胶(二嵌段含量为 50%)作为制备热熔压敏胶的主要材料。2 4环烷油用量优化在上一节中已经说明了影响热熔压敏胶剥离强度的决定性因素为胶体自身的内聚强度和胶体与混凝土基体的粘附强度。增塑剂环烷油用量也是影响热熔压敏胶剥离强度的主要因素，因此还需要进一步对环烷油用量进行优化，具体结果如表 4 所示。表 4环烷油用量优化结果Tab 4Optimization results of naphthenic oil consumptionw(KN4010)%剥离强度Nmm1170 黏度cP低温柔性165 1618 027断裂184 7815 058有裂纹204 2711 017通过223 688 889通过243 327 195通过由表 4 可知，制备热熔压敏胶时，使用的环烷油用量越多，产物的剥离强度和170 黏度越小，低温柔性越好。这是因为，热熔压敏胶体系内含有的环烷油越多，SIS 体系分子间的间距也越大，体系自身的黏度增加，胶体与混凝土基材的粘附能力有一定下降，剥离强度也随之下降。但体系内掺入环烷油后，热熔压敏胶体系内部的混合石油树脂比例有一定的下降，这就增加了胶体的耐低温性能，胶体低温柔性合格。因此，适合的环烷油用量为 20%。2 5抗氧剂用量优化在对原料进行加热熔融的过程中，受光热和氧气的影响，材料可能出现氧化降解的现象，对制备的热熔压敏胶性能造成影响;抗氧剂对材料的影响结果如表 5 所示。表 5抗氧剂用量优化Tab 5Optimization of antioxidant dosage抗氧剂 1010/%剥离强度/(Nmm1)0 503 521 004 271 504 47由表5 可知，随热熔压敏胶用量的增加，材料的剥离强度变化规律为先增加后平衡，当抗氧剂用量为1%时，材料剥离强度已经达到了最大值，为了避免造成不必要的浪费，选择适合的抗氧剂用量为10%。2 6填料用量优化填料主要是用来降低热熔压敏胶的成本，适宜的填料对材料的性能也有很大的影响。随填料用量进行优化，优化结果如表 6 所示。表 6填料优化结果Tab 6Packing optimization results钛白粉/%剥离强度/(Nmm1)13 5824 2733 3742 15由表 6 可知，随钛白粉用量的增加，热熔压敏胶的剥离强度先增加后降低。当剥离强度在钛白粉用量为 2%时达到最高，出现这个变化的主要原因在于，填料进入热熔压敏胶基体后，对胶体与基体间的孔隙有填充作用，固化后，产生钩合和锚合作用，在15研究报告专论一定程度上提高了热熔压敏胶的剥离强度。但热熔压敏胶体系内含有的填料超过了适宜值后，填料分子在胶体内均匀分散，这就阻止了分子链的运动，降低了热熔压敏胶的剥离强度。因此，适合的钛白粉用量为 2%。2 7优化后热熔压敏胶性能在以上结论中，对热熔压敏胶配比进行了优化，以 Q/CR 562 22017 为指标，确定最佳配比制备的热熔胶性能是否满足要求，具体结果如表 7 所示。表 7热熔压敏胶性能对比Tab 7Performance comparison of hot melt pressure sensitive adhesive项目剥离强度/(Nmm1)无处理水泥处理热老化浸水泥沙处理耐热性热老化低温柔性浸水目标值32222无位移无裂纹实测值4 494 734 373 794 51无位移无裂纹由表 7 可知，最优配比下制备的热熔压敏胶老化前剥离强度均超过了 4 N/mm，经过热老化处理后剥离强度也达到了 3 79 N/mm，各方面性能均符合 Q/CR 562 22017 相关标准要求，可以用于橡胶止水带。为验证热熔压敏胶的耐热性和耐低温性，进一步对热熔压敏胶进行流变分析，结果如图 1 所示。图 1流变曲线Fig 1Rheological curve从图1 可以看出，优化条件下的热熔压敏胶玻璃转化温度约为15，当 tan=1 对应的流动点温度为106 时，表现出良好的耐热性能和耐低温性能。3结语本试验制备的热熔压敏胶表现出良好的耐热性和耐低温性能，可以在橡胶止水带中发挥重要作用。(1)石 油 树 脂 优 化 结 果:选 择 5320 型 和H 100W型石油树脂混合使用，其最佳混合比为m(5320)m(H 100W)=4 6;(2)SIS 二嵌段含量优化结果为，选择适合的SIS 二嵌段含量为50%(1126 号 SIS 橡胶)为热熔压敏胶的主要材料;(3)综合考虑制备的热熔压敏胶的剥离强度和低温柔性，选择适合的环烷油用量为 20%;(4)随体系内抗氧剂用量的增加，制备的热熔压敏胶剥离强度表现出先增加后不变的变化趋势，当抗氧剂用量为 1%时，压敏胶剥离强度达到最高值，选择适合的抗氧剂用量为 1%;(5)当钛白粉用量为 2%，制备的热熔压敏胶剥离强度最佳，因此选择适合的钛白粉用量为 2%;(6)在最佳条件下制备的热熔压敏胶老化前剥离强度均超过了 4 N/mm，经过热老化处理后剥离强度也达到了 3 79 N/mm，玻璃转化温度约为1 5;当 tan=1 对应的流动温度为 106 时，各方面性能均满足 Q/CR 562 22017 相关标准要求，表现出良好的耐热性和耐低温性能。【参考文献】1 杨大勇，张小飞，章定文，等 隧道接缝橡胶止水带老化性能试验研究与分析 J 地基处理，2022，4(S1):51-57 2 宋冠成，黄鹭鹭，张金涛，等 非沥青基预铺防水卷材用热熔压敏胶软化点的影响因素研究J 中国建筑防水，2021，437(5):1-4 3 张彬，张勇，刘志，等 自粘型橡胶止水带用热熔压敏胶制备研究 J 中国胶粘剂，2020，29(10):33-36 4 邢立江，张书会 SIS 热熔压敏胶的制备 J 化学与生物工程，2020，37(12):59-62 5 崔丙顺，崔文强，郭方飞，等 SIS 基热熔压敏胶结构与性能关系 J 化工新型材料，2020，48(4):121-124 6 龚伟 新型聚脲防水材料在海洋环境明挖隧道中的应用研究 J 铁道建筑技术，2020，322(3):138-141 7 解亚东，吕志强，刘攀 富水山岭隧道衬砌结构缝防水施工技术优化 J 公路，2020，65(12):151-155 8 徐云雷 APF 防水卷材预铺反粘新技术在富水地层地下隧道的应用 J 烟台职业学院学报，2021，16(4):77-82 9 李冠鹏，翟聚云，罗从双，等 介子掺合料改性注浆材料增强隧道防水效果及机理研究 J 新型建筑材料，2021，48(7):119-123 10 杨金明，高信康，王淑祺，等 防水卷材用长纤聚酯胎的发展现状及趋势分析J 工程塑料应用，2022，50(5):175-178 11 李祥祥，林涛，范福祥 聚合物对湿铺防水卷材专用水泥基粘结剂性能的影响J 新型建筑材料，2022，49(4):131-134 12 张巧枝，赵亚东，薛全文 TPZ 分子粘防水卷材在地下室防水中的应用 J 粘接，2022，49(8):32-35 13 孙璐 地铁站暗挖区间隧道防水施工技术应用研究 J 新型工业化，2022，12(2):96-98 14陆明 明挖法隧道全包防水与接缝防水设计优化 J 施工技术，2020，49(21):24-28 15 周庆国，陈俊，胡景波 结构防水融合体系在川藏高速公路隧道中的应用 J 铁道建筑，2020，60(12):43-4725