高聚合度PVC防水卷材的开发

牧保文

(河南省皮革塑料研究所有限公司，河南 郑州 450000)

PVC防水卷材主要用于建筑墙体、屋面、隧道、公路、垃圾填埋场等，起到防止雨水、地下水渗漏的作用，是一种可卷曲成卷状的柔性建材产品。作为工程基础与建筑物之间的连接，PVC防水卷材是整个工程防水的第一道屏障，对整个工程起着至关重要的作用[1]。目前，市面上销售的防水卷材大多采用普通PVC树脂(平均聚合度为1 000～1 300)来生产，但是普通PVC树脂的分子质量小，所生产的防水卷材的拉伸强度偏低，耐寒性、耐热性、耐溶剂性和耐疲劳性均一般，使用寿命短，应用领域受到限制。

高聚合度PVC树脂的平均聚合度在2 500以上，与普通PVC树脂相比，其具有优异的耐寒性、耐热性、耐溶剂性和耐疲劳性。但是高聚合度PVC树脂的黏度大，流动性差，塑化温度高，加工性能差，用来生产防水卷材时加工难度较大。笔者采用高聚合度PVC树脂制备了防水卷材，对其配方和生产技术进行介绍。

1 主要原料

笔者制备的高聚合度PVC防水卷材的主要原料如下(仅供参考)：PVC树脂，平均聚合度2 500，中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司；CPE-135A,潍坊亚星化学股份有限公司；液体丁腈橡胶(LNBR)，衡水腾宇橡塑有限公司；高分子聚酯增塑剂、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、对苯二甲酸二辛酯(DOTP)，山东蓝帆化工有限公司；钙锌复合稳定剂 ，深圳市志海实业有限公司；其余助剂均为工业品，市售。

2 主要生产设备

笔者制备高聚合度PVC防水卷材时主要的生产设备如下(仅供参考)：SRL-2型高低速混合机组，苏州铁龙机械有限公司；JSH65-150型挤出机组、JSCH80型复合机组，昆山科信橡塑机械有限公司。

3 生产工艺

3.1 工艺流程

原料称量→加料→高速混合→低速搅拌冷却→冷却静置→自动输送→挤出成型→复合成型→冷却定型→自动牵引→定长切割→产品检验→包装入库。

3.2 工艺参数

(1)高速混合时出料温度：100～110 ℃。

(2)挤出机组成型温度：1区150 ℃，2区160 ℃，3区165 ℃，4区168 ℃，5区175 ℃；主机转速为25 r/min,牵引转速为230～270 r/min。

(3)复合机组成型温度：170～180 ℃。

4 配方

常用的高聚合度PVC防水卷材为：PVC树脂(平均聚合度2 500)，100份；钙锌稳定剂，5份；DOP，10～30份；DOTP，10～25份；CPE-135A，8～10份；LNBR，8～16份；高分子聚酯增塑剂，10～25份；石蜡，0.2～0.4份；PE蜡，0.3～0.6份；加工型ACR，3份；碳酸钙，20～40份；抗氧剂，0.6～0.8份；颜料，适量。

笔者给出3个参考配方，见表1。

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

5 主要原料对产品性能的影响

5.1 PVC树脂

高聚合度PVC树脂的分子间有轻微交联。与普通PVC树脂相比，高聚合度PVC树脂的拉伸强度和断裂伸长率更高，耐疲劳性、耐磨耗性、耐候性、耐油性、耐寒性、耐臭氧性、耐热性、耐溶剂性等更好，制品的硬度随温度变化小，具有类似橡胶的性能。但是高聚合度PVC树脂的分子质量大，黏度大，流动性差，加工性能差，塑化温度比普通PVC树脂要高15～20 ℃。对于防水卷材而言，还需要针对高聚合度PVC树脂的加工特性对配方进行相应的调整，才能顺利挤出成型。

5.2 稳定剂

普通PVC防水卷材大多使用三盐稳定剂、二盐稳定剂或复合铅盐稳定剂。随着人们对环保要求的提高和塑料助剂行业的发展，钙锌复合稳定剂的使用越来越普遍。在实际生产中，笔者发现在生产色彩鲜艳的PVC防水卷材时，如果使用钙锌稳定剂则更容易调色，并且颜料用量相对于铅盐稳定剂要少15%左右。在基础配方相同的情况下，与铅盐稳定剂相比，使用钙锌复合稳定剂生产的PVC防水卷材的密度要小0.015～0.035 g/cm3。但市面上的钙锌复合稳定剂的质量与稳定效果参差不齐，对生产厂家和牌号的选择很重要，不但要求能够保证高聚合度PVC树脂在加工过程中不分解，还要能保证每批次复合稳定剂质量和性能稳定，以保证防水卷材生产厂家的长期稳定生产。

5.3 增塑剂

增塑剂品种较多，可根据客户的具体要求选择不同品种的增塑剂。DOP是PVC最常用的增塑剂，其成本低，综合性能好，但是邻苯类增塑剂不能用于出口产品。DOTP作为非邻苯类增塑剂，具有耐热、耐寒、难挥发、耐抽出、柔韧性好等优点，可作为主增塑剂使用。对于耐热性要求高的PVC防水卷材，可配合使用偏苯三酸三辛酯(TOTM)。对于高档PVC防水卷材，最好使用高分子聚酯增塑剂，其具有优异的耐低温性能、耐迁移性能、耐油性能以及优良的相容性能和加工性能，是高档PVC防水卷材理想的增塑剂。对于氯化石蜡类增塑剂，虽然其成本低，但会使PVC防水卷材的耐低温性能变差，使用时应慎重。另外一些低档增塑剂，如氧化地沟油、氯化地沟油、低级芳烃等，其与PVC树脂的相容性差，容易迁移渗出，会严重影响PVC防水卷材的低温性能和耐老化性能，不能使用。

5.4 改性剂

高聚合度PVC防水卷材可采用CPE-135A和LNBR(丁腈橡胶质量分数30%～40%)的复合改性剂。CPE是一种线型非晶型饱和弹性体，具有优良的耐低温性、耐候性、耐臭氧性、耐化学药品性及耐老化性，以及良好的耐油性、阻燃性和着色性。CPE与高聚合度PVC有良好的相容性，并且成本相对于LNBR来说要低得多。LNBR是以丁二烯、丙烯腈为主链结构，常温下呈黏稠液体状的橡胶[2]，可改善PVC材料的加工流动性，替代DOP、DBP、DOA、DOS等增塑剂，改进PVC材料的耐寒性、耐热性、耐光性、耐老化性、耐油性，提高制品的回弹性、冲击性能及表观质量，并可改善制品中增塑剂易迁移的问题。

由于高聚合度PVC的分子质量大，流动性差，为了改善其流动性，需要加入较多的LNBR。但LNBR会使PVC防水卷材的拉伸强度明显降低，并增加产品成本。经试验发现，当LNBR的用量超过16份时，高聚合度PVC防水卷材的拉伸强度显著降低，且产品成本提高幅度较大。因此，需要添加辅助改性剂——CPE-135A。CPE-135A的结构与高聚合度PVC树脂接近，且其分子质量相对较小，与LNBR一样同为线型非晶型饱和弹性体，因此将这2种改性剂与高聚合度PVC树脂混合后，LNBR和CPE-135A可均匀填充在高聚合度PVC树脂形成的空间网状结构的空隙中。CPE-135A不仅能改善高聚合度PVC树脂的加工性能，制成的防水卷材的性能稳定，而且可减少LNBR的用量，从而降低产品成本。

此外，由于高聚合度PVC树脂的平均聚合度较高，其制品脆性较大，抗弯折性能差，韧性较差，而CPE-135A具有良好的低温韧性，能弥补高聚合度PVC树脂的性能缺陷。因此，采用CPE-135A和LNBR的复合改性剂制得的高聚合度PVC防水卷材的性能优良，并且一些性能参数优于普通PVC防水卷材，而其价格与普通PVC防水卷材相比差别不大。

5.5 加工改性剂

高聚合度PVC防水卷材在生产过程中使用的加工改性剂是加工型ACR，其能够有效降低塑化温度，促进塑化效果，提高熔体强度，防止熔体破裂，提高制品的表面光洁度。值得提出的是，在PVC防水卷材的生产过程中经常会出现熔体破裂现象。熔体破裂一般是指在高剪切条件下，挤出的物料出现表面凹凸不平或熔体断裂的现象。许多厂家在生产PVC防水卷材时遇到过这样的问题：虽然添加了加工型ACR，但熔体破裂现象不但没有得到控制，反而越发严重；特别是在提高挤出速度时，这种现象更严重。由于加工型ACR分为2种(润滑型ACR和促进凝胶化型ACR)，生产厂家将润滑型ACR误用作促进凝胶化型ACR而导致上述问题。润滑型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-壳结构，分子质量较小，不仅有一般加工改性剂的特性，还具有外润滑的功能(主要是共聚物中的苯乙烯与PVC相容性不好而显示出外润滑功能，像小分子润滑剂一样)，这会加重熔体的破裂，应引起注意。

6 结语

在高聚合度PVC防水卷材的生产过程中，增塑剂、改性剂、加工改性剂等都会影响塑化温度和流动性，要充分了解所用原料的性能，掌握助剂中有效成分的含量，应在确保产品质量、长期稳定生产的前提下，全面把握,统筹考虑产品性能与成本的关系，从而提高产品竞争力，增加企业的经济效益。