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探索SBS改性沥青防水卷材性能的奥秘

发布日期:2016-05-24 浏览次数：659

SBS改性沥青防水卷材由于其优异的延伸性能、弥合裂缝能力、容易保证质量、施工方便、价格适中等优点，逐渐成为主要的建筑防水材料。其构造是由SBS改性沥青涂盖料、聚酯胎无纺布和PE隔离膜复合而成，其中SBS改性沥青涂盖料具有高弹性、高拉伸强度、高伸长率、耐高低温、耐腐蚀、耐老化、耐疲劳性等特点，也直接决定着防水卷材的物理性能。SBS改性沥青是由SBS在基质沥青中经高温剪切搅拌而成，其性能受原材料和加工条件的影响。

原材料
（1） SBS
SBS是由聚苯乙烯链段（PS）与聚丁二烯链段（PB）组成的嵌段聚合物，PS段提供自补性能，强度高，能够改善沥青抵抗高温永久变形的能力，PB 段提供柔韧性能，耐低温，能够改善沥青低温柔性的能力。在SBS分子中，硬段PS聚集成结晶相，均匀分布在软段PB连续相中，形成物理交联的网状结构，但是PS段与PB段互不相溶，微观上呈两相分离体系，由于SBS这种微观上的物理交联网状结构和两相分离体系，才使SBS呈现热塑性能，这正是SBS用于改性沥青研究的理论基础。
在SBS与基质沥青互溶体系中，由于SBS吸收了基质沥青中的饱和分、芳香分等小分子物质，使体系中的大分子组分、极性物质相对增多，从而显著提升沥青的内聚强度、粘附性和耐高温性能。在SBS改性沥青防水卷材中，则能显著提高改性沥青涂盖料与玻纤胎或聚酯胎胎基布的粘结强度和质密性，从而有效提高SBS改性沥青防水卷材的不透水性和耐热性。由于SBS的玻璃化温度远低于基质沥青，当外界温度降低至沥青的玻璃化温度以下时，基质沥青中的分子运动将被冻结，而SBS分子仍具有良好的柔韧性，能够有效吸收温度应力，从而使改性沥青具有优异的低温柔性；同时由于SBS在基质沥青中形成三维网状结构，其与沥青分子之间产生协同作用，从而使SBS改性沥青防水卷材具有优异的延伸率、拉伸强度和耐疲劳性。
（2） 基质沥青
基质沥青是SBS改性沥青的基础，基质沥青标号的高低反映了基质沥青的软硬及低温性能的好坏。基质沥青标号对SBS改性沥青的低温性能影响很大，标号越低，其玻璃化转变Tg越低，低温性能也越好。基质沥青标号对SBS改性沥青的低温性能有很大的影响，在SBS掺量一定的情况下，基质沥青标号越高，SBS改性沥青的低温性能越好。同时，基质沥青标号对SBS改性沥青低温性能的影响受到SBS掺量的限制，随着SBS掺量的增加，基质沥青标号对SBS改性沥青低温性能的影响也随之增大。这说明SBS改性沥青低温性能一方面受到基质沥青本身性能的影响，另一方面受改性剂SBS掺量的影响。因此，基质沥青自身的低温性能是SBS发挥改性作用的基础，而SBS掺量则提供了影响的程度。

加工条件
（1）加工温度
在SBS改性沥青加工温度较低范围内（低于160℃），随着加工温度的升高，基质沥青的模量降低、损耗因子增大，导致基质沥青的弹性减小、粘性增大；而SBS随温度的升高，模量和损耗因子变化不大，远低于基质沥青的变化幅度，改性沥青的动态力学性能主要取决于基质沥青，SBS对基质沥青的改性作用非常有限。SBS改性沥青加工温度过高（高于220℃），SBS改性沥青动态力学性能主要取决于SBS的性能，这是因为在此温度下SBS中PB段上的部分C=C双键在老化过程中会发生氧化和裂解，造成-C-O含量增加、SBS弹性性能降低、SBS分子间作用力降低、改性沥青损耗因子增大，从而导致SBS改性沥青的低温柔性显著降低
当SBS改性沥青加工温度升高至180~200℃范围内，基质沥青的模量和损耗因子随加工温度的升高变化很小，并且SBS相位角远低于基质沥青，从而导致SBS改性沥青的相位角显著下降，表现出SBS改性沥青的弹性性能明显提高；同时，SBS分子量远高于基质沥青，故其表面张力远高于基质沥青。并且两者表面张力随温度升高均会降低，但是基质沥青的降低幅度远高于SBS，两者之间的表面张力差距将进一步扩大，从而使SBS更容易吸附基质沥青中的小分子以降低SBS自身的表面自由能，进一步加速SBS链段的振动和松弛，从而提高SBS改性沥青的物理性能。
（2）加工时间
SBS改性沥青的过程就是SBS吸收基质沥青中轻质组分后溶胀、展开，并在沥青中分散更细、更均匀的过程。如果SBS改性沥青加工时间过短（低于0.5 h），SBS溶胀就不充分，尤其是PS段溶胀不充分，并且由于PS链段间的作用力较大，相互聚集的趋势较强，因此SBS会很容易聚集成初始状态以降低体系的吉布斯自由能，从而导致SBS与沥青相分离，SBS改性沥青体系就不稳定。随着加工时间延长至1.5~2 h，SBS就能与基质沥青实现充分溶胀，形成发达的三维空间网状结构，SBS改性沥青体系就很稳定，SBS改性沥青各项性能表现优异。当改性沥青加工时间过长（高于3 h），SBS与基质沥青进一步充分溶胀，SBS改性沥青的高温稳定性和5℃延度进一步改善，但是SBS三维空间网状结构就会逐渐消失，SBS改性沥青的弹性性能和低温性能就会随之衰减。因此，综合考虑SBS改性沥青各项性能及防水卷材的生产效率，在加工温度180~200℃下，SBS改性沥青的合理加工时间为1.5~2 h。

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