POE在高分子自粘预铺防水卷材中的应用

江苏欧西建材科技发展有限公司   顾金佳、夏永军、王立军

摘要：

本文研究了POE颗粒的添加量对自粘预铺防水卷材基材的改性增韧作用。探讨了POE含量的增加对于PE/PP共混体系的拉伸性能、钉杆撕裂性能、低温性能的影响。结果表明POE能大幅提高PP/PE共混体系的相容性，且对整个体系起到明显的增韧效果，提升体系的低温性能。

一、引言

高分子自粘预铺防水卷材广泛应用于基础设施建设工程，材料优秀的综合性能为工程的防水提供了基本保证。预铺反粘的施工方式使卷材与结构形成不可分割的一体。随着GB/T 23457-2017标准的推出，对高分子类基材的强度和韧性提出了更高的要求，单一的原料生产很难达到所有关键指标的要求，为此引入功能性材料的作用也就凸显而出。

二、高分子自粘预铺防水卷材现状

目前厂家常用的原料主要有以下3种：

1）高密度聚乙烯

高密度聚乙烯(High Density Polyethylene，简称为"HDPE")又称低压聚乙烯，是一种结晶度高、非极性面呈一定程度的半透明的塑料粒子。高密度聚乙烯相对于低密度聚乙烯，具有更高的拉伸强度，但伸长率和柔韧性不如低密度聚乙烯。采用单一HDPE为原料生产高分子基材（预铺防水卷材 GB/T 23457-2017 中P类标准）时，容易出现钉杆撕裂不合格现象，且由于其熔融指数较低，加工性能较差，会导致生产效率低，产品外观差等现象。单一HDPE作为原料生产出的预铺产品还存在硬度大，不好施工的缺点。

2）低密度聚乙烯

低密度聚乙烯(LDPE)又称高压聚乙烯，是一种塑料材料，它适合热塑性成型加工的各种成型工艺，成型加工性好。目前防水厂家使用最为广泛的是线性低密度聚乙烯（LLDPE），LLDPE对比于HDPE，有易加工，柔韧性好等优点。单一LLDPE作为原料生产出的高分子基材，外观相对平整，但是拉伸强度、钉杆撕裂强度均无法满足GB/T 23457-2017要求。同时，由于LLDPE的热变形温度只有100℃左右，生产中涂胶时会产生二次加热，在纵向牵引力的作用下，容易出现预铺成品不平整或者平直度较大的情况。

3）聚丙烯

聚丙烯（Polypropylene，简称PP）是一种半结晶的热塑性塑料。具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀，缺点是脆性大、韧性差，尤其是低温脆性差。PP在高分子预铺产品基材中的使用不如前两者广泛，因为大部分厂家使用的主材料都是PE类的，而PP与PE混合时是不相容的，在无相容剂的作用下，做出来的基材拉伸时会分层现象，也就无法满足标准的性能要求。但是PP与PE类原料相比，且具有更高的热变形温度、拉伸强度，做出来的成品也更平整。

综合以上，我们可以发现，由于这三款材料都有各自的优缺点，想单靠某一单一原料来生产完全符合标准要求的高分子基材是非常困难的。如果想做出一款柔软适中，外观平整，性能合格的高分子预铺基材，我们就需要综合上述三种原料的优缺点，取长补短，通过引入功能性材料来使三种或其中两种共混挤出后的基材能够同时继承LLDPE的柔韧性、HDPE的强度、PP的平整度与高热变形温度。

本文主要讨论POE在PP与PE共混体系中的应用。

三、POE改性高分子预铺基材的实验方法和表征方法

3.1 实验方法

本文主要从POE用量对PE和PP共混体系的拉伸性能、钉杆撕裂性能、低温弯折性的影响进行研究。

本文采用共混挤出加工工艺制备高分子预铺基材，具体的工艺如下：小型挤出机预先加热到220~230℃，将原料按配比混合均匀后投入，挤出压片后进行测试，压片厚度0.9mm左右。基础配方如下：

PE（HDPE与LLDPE复配）：   60   

PP:                       40

POE：                  0~20

本实验将POE分别以0、5、10、15、20份加入。

使用的实验仪器有：

微机控制电子万能试验机：104B型，深圳万测试验设备有限公司。

低温试验箱：40FDW/200型，天津港原仪器厂。

3.2 表征方法

试验条件为温度（23±2）℃，相对湿度（50±10）%。

1）拉伸性能

按照GB/T23457-2017中的6.8.1进行，试验速度250mm/min。拉伸性能包含拉力、拉伸强度、膜断裂伸长率。拉力采用矩形试件，主要用来体现产品的强度。拉伸强度采用哑铃型试件，材料的相容性越好，测出的强度越大。膜断裂伸长率，共混材料间的相容性越好，测出的伸长率越大。

2）钉杆撕裂强度

按照GB/T23457-2017中的6.9进行，钉杆撕裂越大说明材料的韧性越好。根据预铺产品的施工工法，产品铺设完成后，是直接在卷材防粘层表面扎钢筋浇筑混凝土的，所以这项性能的好坏，直接影响了产品这项施工的可靠性。

3）低弯折性能

按照GB/T328.15-2007的规定进行测试，低温弯折性描述了高分子预铺基材变脆的极限温度，反映了高分子预铺基材在低温状态时的变形能力，极限温度越低表高分子预铺基材的低温变形性能越好，因此，低温柔度主要反映了高分子预铺基材的抗低温变形能力。

四、POE含量对PE和PP共混体系拉伸性能的影响

4.1 POE含量对体系拉力的影响

按照3.1、3.2的实验方法进行实验和测试，实验结果如图4.1、表4.1所示。

图4.1拉力-POE含量变化图

表4.1 不同POE添加量下的拉伸时现象

从图4.1我们可以看出，POE的加入对体系的拉力影响并不大，随着POE含量的提高，体系的拉力先增大后降低，这是因为当POE含量为0时，体系的相容性很差，基材在拉伸时几乎没有伸长率，拉力几乎是瞬间到了**值，接着就出现分层断裂的现象，整个体系的拉力无法发挥出极限值。当POE的含量达到5、10份时，体系的相容性改善，拉力有所提高。当POE的含量大于10份时，整个体系的拉力又会下降，这是因为POE的拉伸强度只有10MPA左右，远远小于PE和PP，POE含量的增加降低了整个体系的力值极限。从表4.1可以看出，随着POE含量的增加，整个体系的相容性逐渐变好，添加到5份时已有明显的效果，15份时效果**，再往后添加基本改善不大。

4.2   POE含量对体系拉伸强度及膜断裂伸长率的影响

按照3.1、3.2的实验方法进行实验和测试，实验结果如图4.2、4.3所示。

图4.2拉伸强度-POE含量变化图

图4.3 伸长率-POE含量变化图

从图4.2中我们可以看出，随着POE添加量的增加，体系的拉伸强度先增加后降低，原因与拉力变化相同，这是因为拉伸强度测试时采用的是哑铃型试件，分层的影响在测试中体现的更加明显，无POE添加的情况下，基材几乎一拉就断。

图4.3中，伸长率随着POE含量的增加，先是大幅度增长，含量达到10份以后，增长趋于平缓。这说明POE的添加确实在PE和PP共混体系中起到了类似相容剂的作用，且本身的柔性链条也起到了一定的增韧效果。

4.3   POE含量对体系钉杆撕裂强度的影响

按照3.1、3.2的实验方法进行实验和测试，实验结果如图4.4所示。

图4.4钉杆撕裂强度-POE含量变化图

结合图4.4，随着POE含量的增加，钉杆撕裂强度增加非常明显，从0份添加到5份时，钉杆撕裂强度增加了143%，5份增加到10份，钉杆撕裂强度增加了20%左右，当POE含量超过10份时，钉杆撕裂强度的增加已经不明显了，说明此时POE对整个体系的增韧效果已经达到了**效果。

4.4   POE含量对体系低温弯折性能的影响

表4.2POE含量对低温弯折性的影响

从表2中可以看出，POE的含量对体系低温柔韧性的影响也是非常明显的，当POE的含量添加到10份时，基材的低温弯折性可以达到GB/T 23457-2017要求的-35。℃无裂纹的要求。

五、结论

a）POE对使用PE和PP共混体系生产的高分子预铺基材有着良好的增韧效果，随着POE含量的增加增韧效果越好，但是当POE的含量大于10份时，POE的增韧效果明显下降，且会降低体系的拉伸强度。

b）POE在PE和PP共混体系中可以起到很好的相容剂作用，添加量为10份左右时，基材在拉伸时就基本不会出现分层现象。

c）POE的含量增加，为体系提供了橡胶区，能够有效的改善PE和PP体系的低温柔韧性能。

d）考虑到目前市场上三种材料的价格，POE＞PE＞PP，所以综合各添加量基材在测试中的表现，企业在保证产品质量的同时，为了控制成本，可以将POE的含量控制在10份~15份之间。

e）本研究提供的高分子预铺基材配方所生产出的基材在POE含量大于10份时可以完全达到最新的预铺防水卷材GB/T23457-2017的标准要求，同时解决了产品柔韧性、平整性、涂胶后易起皱的问题。