合成高分子防水卷材的特點及其發展

【摘 要】 建筑防水材料是建筑防水、抗滲必需的重要功能性材料，合成高分子防水卷材由于其優異的耐老化性能，在我國建筑防水材料中所占比例逐年提升，本文綜述了合成高分子防水卷材的種類、生產工藝、特點以及該類防水材料國內外發展概況，并對合成高分子防水卷材未來發展方向進行了展望。

【關鍵詞】 合成高分子 防水卷材 防水材料 發展狀況

建筑防水材料是建筑防水、抗滲必需的重要功能性材料，其應用領域從傳統的屋面建筑，發展到室內如住宅的廚房、衛生間，又向高速鐵路、高速公路、橋梁、隧道、城市軌道交通、城市高架道路、地下構筑物、建筑物、水利設施和機場碼頭、污水池、垃圾填埋場及建筑幕墻等工程領域延伸和拓展，其質量及性能，直接關系到建筑安全和百姓民生。目前，我國的建筑防水材料大致可分為5大類，即高聚物改性瀝青基防水卷材、合成高分子防水卷材、防水涂料、密封材料、剛性防水及堵漏材料[1]。其中，合成高分子防水卷材由于其優異的耐老化性能，在我國建筑防水材料中所占比例逐年提升，到2012年其在防水材料中所占比例已達14.5%，其生產技術、產品品種以及應用技術仍處在不斷發展和完善之中。

1 高分子防水卷材的種類及其生產工藝

合成高分子卷材也稱高分子防水卷材，是以合成聚合物樹脂及其共聚物或共混物為主要原料，與各種助劑和填料經共混加工成型的，用于防水工程的一種柔性片材防水材料[2]。目前，國內外生產的合成高分子防水卷材的主要品種包括：三元乙丙橡膠（EPDM）防水卷材、聚氯乙烯（PVC）防水卷材、氯化聚乙烯（CPE）防水卷材、CPE與橡膠共混防水卷材、丁基橡膠防水卷材、氯磺化聚乙烯防水卷材、三元丁橡膠防水卷材、再生膠油氈、丙綸或滌綸復合聚乙烯防水卷材等各種復合防水卷材以及新興的熱塑性聚烯烴（TPO）防水卷材[1，3]。

雖然合成高分子防水卷材的種類繁多，但其成型工藝主要可分為擠出、壓延和吹塑等三大類。擠出工藝的顯著特點是生產的產品致密性好、無氣孔、表面光滑，但擠出工藝中物料的塑化均勻程度、擠出溫度和壓力等工藝參數及成型機頭幾何形狀、尺寸、加工精度等因素均對產品質量和使用性能具有重要影響，因而對成型設備、加工工藝要求較高[4]。壓延生產線中，則大多采用預先擠出片材坯料，然后再壓延成型的工藝路線。壓延工藝的特點在于生產片材的寬度及厚度易于控制，但對某些物料（如三元乙丙、丁基膠等）或厚一點的片材，產品質量則容易失控，主要表現為斷面多氣孔且表面粗糙。吹塑工藝可用于生產幅寬較大的制品，但制品厚度一般局限在2mm以內[5]。

2 高分子防水卷材的特點[1，6]

相較于其它類防水材料，高分子防水卷材具有彈性高、延伸率大、耐老化、冷施工、單層防水性能優異和使用壽命長等諸多優點。

（1）彈性高，拉伸強度大，低溫柔性好，延伸率大。合成高分子防水卷材的這一突出的特點，使得該材料對不同氣候條件下建筑結構層的伸縮，變形等具有較強的適應性，解決了傳統防水材料延伸率低、低溫柔性差、易產生開裂的問題，從而確保了建筑物的防水質量。

（2）抗腐蝕、耐老化、使用壽命長。普通瀝青類防水材料溫度敏感性強、易老化、耐防水性能差、使用年限短，一般壽命在5年以上。而一般合成高分子防水卷材的耐用年限均在10年以上，如EPDM防水卷材的使用年限平均在30年以上，遠高于傳統瀝青防水材料，這大大降低了建筑物防水維修的成本。

（3）采用冷施工。出于對工地防火及城市環境衛生的要求，很多城市已明令禁止明火施工和熬熱瀝青，而高分子防水卷材的黏結、機械固定、松浦壓頂等施工方法均為冷作業，不僅改善了工人的施工條件和施工現場的管理，也減少了環境污染。

（4）可作單層防水，施工方便、速度快，維修工作量小。這不僅可使屋頂輕量化，適應建筑新潮流，更可在城市勞動力費用日益上漲的今天，大幅度減少施工成本。

（5）應用范圍廣。合成高分子防水卷材除可用于建筑防水外，亦可大量用于水利及土木工程。這主要是由于一些高分子材料具有極佳的長期耐水性，用于地下、水中或其他潮濕環境，卷材的基本性能可長期保持不變，能有效地耐腐蝕和霉爛，提供良好的長期防水效果。

（6）具有良好的裝飾性。高分子防水卷材在生產時可通過加入顏料的方法使卷材產品獲得各種顏色，在防水的同時還可起到一定裝飾作用。

3 高分子防水卷材的發展及應用

合成高分子防水卷材是以合成橡膠和合成樹脂為主要材料復合制成的卷材，并以粘合劑與屋面基層粘結構成防水層。隨著高層建筑和大跨度工業建筑的增加而出現的。由于兼具高彈性、大延伸、耐老化、冷施工、單層防水性能優異和使用壽命長等諸多優點，高分子防水卷材從研制開發以來，在許多國家均得到迅速發展。

歐美各國在上世紀三、四十年代已開始將高分子防水卷材用于建筑物的防水，隨著六、七十年代建筑物的輕質高層化和屋頂結構的日益復雜化的發展，高分子防水卷材逐漸得到推廣和普及。美國是高分子防水卷材發展比較迅速的國家。七十年代中期只占平屋頂防水材料的1%，但八十年代末已達30%以上。德國首先使用增塑聚氯乙烯和聚異丁烯作卷材，并頒布了國家標準。八十年代又增加了增強型和加彈性底層的新品種卷材，并提高了其性能。日本高分子防水卷材發展也比較迅速，上世紀八十年代高分子防水卷材占防水材料的比例已達到15%～20%，主要品種已發展至包括丁基橡膠（IRR）、氯丁橡膠（CR）、三元乙丙與丁基橡膠（DEPM/IRR）、聚異丁烯（PIB）等合成橡膠系卷材和聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、丙烯酸醋（MMA）等合成樹脂系卷材[3]。

我國高分子防水卷材在上世紀七十年代末才開始研究和開發，八十年代初開始發展起來。自1980年，我國從日本先后引進了4條三元乙丙防水卷材生產線（每條生產能力約100萬m2），其中1980年保定橡膠一廠建成第一條引進生產線，另外3條分別由包頭橡膠制品二廠、遼陽第一橡膠廠、山東滕州橡塑集團引進生產。此外，還有12條年生產能力在100萬m2的國內消化吸收生產線[7]。這些企業成為我國三元乙丙防水卷材生產的骨干企業。八十年代中期，由我國航空航天部621研究所與紹興橡膠廠共同研制，成功開發出氯化聚乙烯（CPE）防水卷材。八十年代末由我國濟南塑料一廠引進意大利技術和設備，成功生產出寬幅2m的聚氯乙烯（PVC）防水卷材。九十年代以來，隨著我國建筑規模的擴大和單位面積造價的提高，我國中高檔防水材料市場的發展得以促進，高分子防水卷材也呈增長趨勢，防水卷材品種也進一步得到了豐富，逐漸出現了丁基橡膠、氯磺化聚乙烯等多種類型的高分子防水卷材。到九十年代中期已擁有數十條高分子防水卷材生產線，產品質量及生產技術也有了突破性的進展。至2009年我國高分子防水卷材的生產廠家約有100家，生產能力已突破1億m2，其中以三元乙丙橡膠為主要原料生產的防水卷材的性能有了進一步提高，使用壽命可達50年，可在-45℃～80℃環境中長期使用。聚烯烴防水卷材（TPO卷材）是上世紀九十年代末新興起來的一種高分子防水卷材，上海于2009年建成了1條年產可達3000萬m2的TPO防水卷材生產線[8]。雖然經業界人士幾十年的不懈努力，我國的高分子防水卷材生產技術及產品質量有了長足的進步，但由于其造價較高，應用及市場份額的增長速度并不快，與紙胎油氈、高聚物改性瀝青防水卷材和防水涂料相比， 在全部防水材料的市場份額中所占比重是很小的。至2012年年底，我國合成高分防水卷材仍僅占國內建筑防水材料總量的14.5%，遠低于發達國家高分子防水卷材的應用水平。

4 展望

建筑防水材料是建筑防水、抗滲必需的重要功能性材料，與建筑安全和百姓民生密切相關，因此開發防水性能優異、耐候性更好、使用壽命更長的防水材料一直是防水工程科研工作人員的努力解決的課題。而合成高分子材料兼具耐腐蝕、耐老化、使用壽命長、防水性能好等優點，具有廣闊的發展前景。目前合成高分子卷材使用過程中較大的缺點仍主要在于卷材接縫及卷材與無機建筑材料的粘接性能差，易導致滲漏的問題。因此，開發有機高分子與無機高分子復合物新型卷材，或開發粘合力強、固化快、耐老化性同等優良的含有機硅或有機氟高分子的粘接密封劑是目前研究較多的方向。此外，采用納米無機材料填充有機高分子復合防水卷材，如TiO2、ZnO及SiO2等，使有機高分子免遭陽光的照射而降解變質，從而提高防水卷材的耐侯性及使用壽命，也是近年來比較熱門的研究方向。隨著社會經濟的快速發展，城市化進程的不斷推進，現代建筑尤其是高層建筑的質量要求不斷提高，其使用期限也遠不只十幾、二十幾年，許多房屋的使用期甚至要達到百年以上，因此，開發耐候性更好、防水保質期更久、可適應現代建筑輕量化的防水材料任重而道遠。

參考文獻：

[1]雍奎剛，孫曉丹.高分子防水卷材的應用及發展.塑料科技.2008，36（12）：60-64

[2]李良波，孟平蕊.超高分子童聚氛乙烯防水卷材的研制.化學建材.1999，15（2）：20-22

[3]顧正亮，陳國榮.防水卷材的現狀和發展.化學建材.1987，（4）：15-19

[4]高正志，林育江.橡膠防水片材擠出連續硫化生產線的國產化.中國建筑防水，1997，（l）：29-31

[5]宿果英.寬幅高分子防水卷材擠出成型CAE研究—基于三維有限元流場模擬分析的L型寬幅片材擠出機頭流道設計及流動均勻性分析.碩士研究生論文.北京化工大學，2001

[6]趙軍.高分子防水卷材國內外概況.新型建筑材料.1996，（6）：12-16

[7]沈春林.國內外建筑防水材料現狀和我國發展規劃及建議.新型建筑材料.2003，（4）：36-40

[8]王偉.建筑防水材料發展的現狀與展望.成都航空職業技術學院學報.2011，（86）：45-48