高聚合度PVC防水卷材的開發

牧保文

(河南省皮革塑料研究所有限公司，河南 鄭州 450000)

PVC防水卷材主要用于建筑墻體、屋面、隧道、公路、垃圾填埋場等，起到防止雨水、地下水滲漏的作用，是一種可卷曲成卷狀的柔性建材產品。作為工程基礎與建筑物之間的連接，PVC防水卷材是整個工程防水的第一道屏障，對整個工程起著至關重要的作用[1]。目前，市面上銷售的防水卷材大多采用普通PVC樹脂(平均聚合度為1 000～1 300)來生產，但是普通PVC樹脂的分子質量小，所生產的防水卷材的拉伸強度偏低，耐寒性、耐熱性、耐溶劑性和耐疲勞性均一般，使用壽命短，應用領域受到限制。

高聚合度PVC樹脂的平均聚合度在2 500以上，與普通PVC樹脂相比，其具有優異的耐寒性、耐熱性、耐溶劑性和耐疲勞性。但是高聚合度PVC樹脂的黏度大，流動性差，塑化溫度高，加工性能差，用來生產防水卷材時加工難度較大。筆者采用高聚合度PVC樹脂制備了防水卷材，對其配方和生產技術進行介紹。

1 主要原料

筆者制備的高聚合度PVC防水卷材的主要原料如下(僅供參考)：PVC樹脂，平均聚合度2 500，中國石油化工股份有限公司齊魯分公司；CPE-135A,濰坊亞星化學股份有限公司；液體丁腈橡膠(LNBR)，衡水騰宇橡塑有限公司；高分子聚酯增塑劑、鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)、對苯二甲酸二辛酯(DOTP)，山東藍帆化工有限公司；鈣鋅復合穩定劑 ，深圳市志海實業有限公司；其余助劑均為工業品，市售。

2 主要生產設備

筆者制備高聚合度PVC防水卷材時主要的生產設備如下(僅供參考)：SRL-2型高低速混合機組，蘇州鐵龍機械有限公司；JSH65-150型擠出機組、JSCH80型復合機組，昆山科信橡塑機械有限公司。

3 生產工藝

3.1 工藝流程

原料稱量→加料→高速混合→低速攪拌冷卻→冷卻靜置→自動輸送→擠出成型→復合成型→冷卻定型→自動牽引→定長切割→產品檢驗→包裝入庫。

3.2 工藝參數

(1)高速混合時出料溫度：100～110 ℃。

(2)擠出機組成型溫度：1區150 ℃，2區160 ℃，3區165 ℃，4區168 ℃，5區175 ℃；主機轉速為25 r/min,牽引轉速為230～270 r/min。

(3)復合機組成型溫度：170～180 ℃。

4 配方

常用的高聚合度PVC防水卷材為：PVC樹脂(平均聚合度2 500)，100份；鈣鋅穩定劑，5份；DOP，10～30份；DOTP，10～25份；CPE-135A，8～10份；LNBR，8～16份；高分子聚酯增塑劑，10～25份；石蠟，0.2～0.4份；PE蠟，0.3～0.6份；加工型ACR，3份；碳酸鈣，20～40份；抗氧劑，0.6～0.8份；顏料，適量。

筆者給出3個參考配方，見表1。

表1 高聚合度PVC防水卷材參考配方Table 1 Reference formula of high polymerization degree PVC waterproof membranes

5 主要原料對產品性能的影響

5.1 PVC樹脂

高聚合度PVC樹脂的分子間有輕微交聯。與普通PVC樹脂相比，高聚合度PVC樹脂的拉伸強度和斷裂伸長率更高，耐疲勞性、耐磨耗性、耐候性、耐油性、耐寒性、耐臭氧性、耐熱性、耐溶劑性等更好，制品的硬度隨溫度變化小，具有類似橡膠的性能。但是高聚合度PVC樹脂的分子質量大，黏度大，流動性差，加工性能差，塑化溫度比普通PVC樹脂要高15～20 ℃。對于防水卷材而言，還需要針對高聚合度PVC樹脂的加工特性對配方進行相應的調整，才能順利擠出成型。

5.2 穩定劑

普通PVC防水卷材大多使用三鹽穩定劑、二鹽穩定劑或復合鉛鹽穩定劑。隨著人們對環保要求的提高和塑料助劑行業的發展，鈣鋅復合穩定劑的使用越來越普遍。在實際生產中，筆者發現在生產色彩鮮艷的PVC防水卷材時，如果使用鈣鋅穩定劑則更容易調色，并且顏料用量相對于鉛鹽穩定劑要少15%左右。在基礎配方相同的情況下，與鉛鹽穩定劑相比，使用鈣鋅復合穩定劑生產的PVC防水卷材的密度要小0.015～0.035 g/cm3。但市面上的鈣鋅復合穩定劑的質量與穩定效果參差不齊，對生產廠家和牌號的選擇很重要，不但要求能夠保證高聚合度PVC樹脂在加工過程中不分解，還要能保證每批次復合穩定劑質量和性能穩定，以保證防水卷材生產廠家的長期穩定生產。

5.3 增塑劑

增塑劑品種較多，可根據客戶的具體要求選擇不同品種的增塑劑。DOP是PVC最常用的增塑劑，其成本低，綜合性能好，但是鄰苯類增塑劑不能用于出口產品。DOTP作為非鄰苯類增塑劑，具有耐熱、耐寒、難揮發、耐抽出、柔韌性好等優點，可作為主增塑劑使用。對于耐熱性要求高的PVC防水卷材，可配合使用偏苯三酸三辛酯(TOTM)。對于高檔PVC防水卷材，最好使用高分子聚酯增塑劑，其具有優異的耐低溫性能、耐遷移性能、耐油性能以及優良的相容性能和加工性能，是高檔PVC防水卷材理想的增塑劑。對于氯化石蠟類增塑劑，雖然其成本低，但會使PVC防水卷材的耐低溫性能變差，使用時應慎重。另外一些低檔增塑劑，如氧化地溝油、氯化地溝油、低級芳烴等，其與PVC樹脂的相容性差，容易遷移滲出，會嚴重影響PVC防水卷材的低溫性能和耐老化性能，不能使用。

5.4 改性劑

高聚合度PVC防水卷材可采用CPE-135A和LNBR(丁腈橡膠質量分數30%～40%)的復合改性劑。CPE是一種線型非晶型飽和彈性體，具有優良的耐低溫性、耐候性、耐臭氧性、耐化學藥品性及耐老化性，以及良好的耐油性、阻燃性和著色性。CPE與高聚合度PVC有良好的相容性，并且成本相對于LNBR來說要低得多。LNBR是以丁二烯、丙烯腈為主鏈結構，常溫下呈黏稠液體狀的橡膠[2]，可改善PVC材料的加工流動性，替代DOP、DBP、DOA、DOS等增塑劑，改進PVC材料的耐寒性、耐熱性、耐光性、耐老化性、耐油性，提高制品的回彈性、沖擊性能及表觀質量，并可改善制品中增塑劑易遷移的問題。

由于高聚合度PVC的分子質量大，流動性差，為了改善其流動性，需要加入較多的LNBR。但LNBR會使PVC防水卷材的拉伸強度明顯降低，并增加產品成本。經試驗發現，當LNBR的用量超過16份時，高聚合度PVC防水卷材的拉伸強度顯著降低，且產品成本提高幅度較大。因此，需要添加輔助改性劑——CPE-135A。CPE-135A的結構與高聚合度PVC樹脂接近，且其分子質量相對較小，與LNBR一樣同為線型非晶型飽和彈性體，因此將這2種改性劑與高聚合度PVC樹脂混合后，LNBR和CPE-135A可均勻填充在高聚合度PVC樹脂形成的空間網狀結構的空隙中。CPE-135A不僅能改善高聚合度PVC樹脂的加工性能，制成的防水卷材的性能穩定，而且可減少LNBR的用量，從而降低產品成本。

此外，由于高聚合度PVC樹脂的平均聚合度較高，其制品脆性較大，抗彎折性能差，韌性較差，而CPE-135A具有良好的低溫韌性，能彌補高聚合度PVC樹脂的性能缺陷。因此，采用CPE-135A和LNBR的復合改性劑制得的高聚合度PVC防水卷材的性能優良，并且一些性能參數優于普通PVC防水卷材，而其價格與普通PVC防水卷材相比差別不大。

5.5 加工改性劑

高聚合度PVC防水卷材在生產過程中使用的加工改性劑是加工型ACR，其能夠有效降低塑化溫度，促進塑化效果，提高熔體強度，防止熔體破裂，提高制品的表面光潔度。值得提出的是，在PVC防水卷材的生產過程中經常會出現熔體破裂現象。熔體破裂一般是指在高剪切條件下，擠出的物料出現表面凹凸不平或熔體斷裂的現象。許多廠家在生產PVC防水卷材時遇到過這樣的問題：雖然添加了加工型ACR，但熔體破裂現象不但沒有得到控制，反而越發嚴重；特別是在提高擠出速度時，這種現象更嚴重。由于加工型ACR分為2種(潤滑型ACR和促進凝膠化型ACR)，生產廠家將潤滑型ACR誤用作促進凝膠化型ACR而導致上述問題。潤滑型ACR是甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和苯乙烯的共聚物，其具有核-殼結構，分子質量較小，不僅有一般加工改性劑的特性，還具有外潤滑的功能(主要是共聚物中的苯乙烯與PVC相容性不好而顯示出外潤滑功能，像小分子潤滑劑一樣)，這會加重熔體的破裂，應引起注意。

6 結語

在高聚合度PVC防水卷材的生產過程中，增塑劑、改性劑、加工改性劑等都會影響塑化溫度和流動性，要充分了解所用原料的性能，掌握助劑中有效成分的含量，應在確保產品質量、長期穩定生產的前提下，全面把握,統籌考慮產品性能與成本的關系，從而提高產品競爭力，增加企業的經濟效益。