软化油对自粘聚合物改性沥青防水卷材性能的影响研究

郑贵涛，毛三鹏，，余剑英，程帅，曹志龙

（1.中石油燃料油有限责任公司研究院，北京 100195；2.武汉理工大学材料科学与工程学院，湖北武汉 430070）

0 前 言

聚合物改性沥青防水卷材以其优良的防水性能和施工性能在我国建筑防水材料中一直占据主导地位[1-2]。随着科技的进步，新型聚合物改性沥青防水卷材种类也不断涌现，如自粘防水卷材、湿铺防水卷材、耐根刺防水卷材等，其中铺贴施工便捷、抗基层变形开裂能力优异、具有刺穿自愈合性的自粘聚合物改性沥青防水卷材在建筑防水工程中已得到越来越广泛的应用[3]。

自粘聚合物改性沥青防水卷材是以基质沥青、软化油、橡胶改性剂、增粘剂、填料等制备的基材、无胎体或聚酯胎增强的防水材料[4]。王治等[5]研究了SBR 对自粘聚合物改性沥青防水卷材性能的影响，结果表明，随着SBR 掺量的增加，自粘聚合物改性沥青的低温柔度提高，持粘时间延长，剥离强度增大。关敏杰等[6]研究了软化油对自粘聚合物改性沥青防水卷材初粘性的影响，结果发现，不同种类软化油均能明显改善自粘卷材的初粘性，其中环烷油最好、基础油次之、芳烃油最差，但芳烃油有利于长期储存后自粘卷材的初粘性。徐茂震等[7]通过对软化油、改性剂的优选，制备了高耐热自粘聚合物改性沥青防水卷材。李雄等[8]研究了自粘聚合物改性沥青防水卷材热老化后低温柔度的影响因素，发现自粘卷材低温柔度的衰减主要是由于沥青涂盖料组成之间相分离所导致，热氧老化会促进自粘防水卷材沥青涂盖料相分离，加速低温柔度的衰减。这些研究工作对于提高自粘聚合物改性沥青防水卷材的质量具有很好的参考作用。

软化油的主要作用是改善自粘聚合物改性沥青防水卷材的低温柔度，但其对剥离强度和老化性能也有重要影响。本文采用不同化学组成的软化油制备了自粘聚合物改性沥青基材，通过热老化和紫外光老化，研究了不同组成的软化油对自粘聚合物改性沥青基材物理性能和老化性能的影响。

1 实 验

1.1 原材料

基质沥青：中石油燃料油有限责任公司生产，软化点40.1℃，25 ℃针入度201（0.1 mm），60 ℃黏度70 Pa·s。软化油：石油炼制中间产物，3 种代号为A、B、C 的软化油化学组成及60 ℃黏度如表1 所示。SBS、SBR、胶粉、增粘剂、填料等原料为市售。

表1 软化油的化学组成及黏度

1.2 自粘聚合物改性沥青基材的制备

将加热至流动态的沥青加入到改性罐中，然后加入软化油，升温至190～195 ℃；加入SBS、SBR，搅拌30 min，再加入胶粉、增粘剂，搅拌90 min；最后加入填料，搅拌30 min，即制得自粘聚合物改性沥青基料。按照相同的原料配比和制备工艺，采用相同掺量的软化油A、B、C 分别制备自粘聚合物改性沥青基料，记为A-SPMB、B-SPMB、C-SPMB。

1.3 老化实验

1.3.1 热老化

将制备的3 种自粘聚合物改性沥青基材分别放入老化盘中，在70 ℃烘箱中分别老化10、20 d，取出后在25 ℃环境中放置24 h，进行相关性能测试。

1.3.2 紫外光老化

将制备的3 种自粘聚合物改性沥青基材加入老化盘中，置于LHX-205 型紫外老化箱中进行紫外老化，紫外灯的功率为500 W，箱内温度为70 ℃，老化时间分别为10、20 d，取出后在25 ℃环境中放置24 h，进行相关性能测试。

1.3.3 性能测试方法

自粘聚合物改性沥青基材的软化点和针入度分别按照GB/T 4507—2014《沥青软化点测定法环球法》和GB/T 4509—2010《沥青针入度测定法》进行测试；低温柔度和剥离强度分别按照GB/T 328.14—2007《建筑防水卷材试验方法第14 部分：沥青防水卷材低温柔度》和GB/T 328.20—2007《建筑防水卷材试验方法第20 部分：沥青防水卷材接缝剥离性能》进行测试。

2 结果与讨论

2.1 软化油对自粘聚合物改性沥青基材性能的影响

2.1.1 软化点

3 种软化油A、B、C 制备的自粘聚合物改性沥青基料软化点分别为82.4、87.2、78.6 ℃。可见软化油对自粘聚合物改性沥青基材的软化点有较大影响。B-SPMB 的软化点最高，其次为A-SPMB，C-SPMB 的软化点最低。这是因为软化油B 中化学组成较为均衡，芳香分有利于溶解分散SBS 和SBR，饱和分有利于促进胶粉的溶胀，胶质和沥青质等重组分有利于提高基材的软化点，软化油A 中饱和分和芳香分含量适中，但其胶质和沥青质含量较少；而软化油C 中芳香分含量最高，饱和分、胶质和沥青质均较少，不利于胶粉的溶胀及耐热性的提高，故制备的基材软化点最低。

2.1.2 针入度

3 种软化油A、B、C 制备的自粘聚合物改性沥青基材针入度分别为84、68、66（0.1 mm）。A-SPMB 的针入度最大，BSPMB 和C-SPMB 的针入度差异较小。这同样与3 种软化油的组成有关，软化油A 饱和分含量较高、胶质和沥青质含量较低，其黏度最小，导致制备的基材针入度很大；而软化油B中胶质和沥青质含量较高，软化油C 中的芳香分很高、胶质和沥青质含量较低，两者黏度相近，故制备的自粘聚合物改性沥青基材针入度差异很小。

2.1.3 低温柔度

3 种软化油A、B、C 制备的自粘聚合物改性沥青基材低温柔度分别为-29、-28、-26 ℃。软化油A 和B 制备的自粘聚合物改性沥青基材低温柔度差异不大，而软化油C 制备的基材低温柔度则较差。这可能是因为软化油C 中饱和分含量较少，影响了其对胶粉的溶胀，导致基材的低温抗裂性能变差，软化油A 中的饱和分含量最多，所制备基材的低温性能最好。

2.1.4 剥离强度

3 种软化油A、B、C 制备的自粘聚合物改性沥青防水卷材自粘剥离强度分别为1.0、1.3、1.2 N/mm，卷材与铝板的剥离强度分别为1.4、1.6、1.6 N/mm。可见软化油B 制备的自粘聚合物改性沥青基材之间及其与铝板的剥离强度均最高，软化油C 制备的基材也具有较高的剥离强度，而软化油A 制备的基材剥离强度较差。这是因为软化油B 中的胶质和沥青质含量较高，提高了基材的极性，使其具有较高的粘附力；软化油C 中芳香分含量很高，同样对基材的极性有良好的改善作用；而软化油A 中饱和分含量高、胶质和沥青质含量低，影响了基材的粘附力。

2.2 软化油对自粘聚合物改性沥青基材老化性能的影响

2.2.1 软化点增量

热老化和紫外老化10 d 和20 d 后自粘聚合物改性沥青基材的软化点增量见表2。

表2 老化时间对自粘聚合物改性沥青基材软化点增量的影响

由表2 可见，经热老化和紫外老化后，C-SPMB 的软化点增量均最高，其次为B-SPMB，A-SPMB 的软化点增量均最小。沥青在老化过程中化学组分变化关系为：饱和分较为稳定，其含量变化很小，芳香分会转化为胶质，胶质转化为沥青质，导致芳香分含量明显减少、沥青质含量显著增大，使沥青的软化点升高[9]。3 种软化油中，软化油A 的饱和分含量较多，芳香分含量相对较少，而软化油C 中芳香分含量最多，故CSPMB 的软化点增量最大。

2.2.2 针入度保留率

热老化和紫外老化10 d 和20 d 后自粘聚合物改性沥青基材的针入度保留率如表3 所示。

表3 老化时间对自粘聚合物改性沥青基材针入度保留率的影响

由表3 可见，经热老化和紫外老化后，C-SPMB 的针入度保留率均最低，A-SPMB 和B-SPMB 的针入度保留率相差不大。这同样归因于软化油C 中的芳香分含量高，易转化为沥青质，使其硬化最严重。

2.2.3 低温柔度降低值

热老化和紫外老化10 d 和20 d 后自粘聚合物改性沥青基材低温柔度降低值如表4 所示。

表4 热老化和紫外老化对自粘聚合物改性沥青基材低温柔度降低值的影响

由表4 可见，热老化和紫外老化后C-SPMB 低温柔度降低值最大，A-SPMB 和B-SPMB 的低温柔度降低值相差不大，表明C-SPMB 的耐老化性能较差。这是因为软化油C 中芳香分含量较高，转化为胶质和沥青质后使基材变脆，而软化油A和B 的芳香分含量较少，对基材的脆性影响较小。

2.2.4 剥离强度降低值

热老化和紫外老化10 d 和20 d 后自粘聚合物改性沥青基材与基材的粘结剥离强度降低值如表5 所示。

表5 热老化和紫外老化对自粘聚合物改性沥青基材剥离强度的影响

由表5 可见，热老化后，A-SPMB 的剥离强度降低值最小，其次为B-SPMB，C-SPMB 的剥离强度降低值最大；紫外老化后，A-SPMB 和B-SPMB 的剥离强度降低值相同，CSPMB 的剥离强度降低值最大。这也是因为芳香分含量高的软化油C 易老化硬化，故对C-SPMB 的粘附性影响较大。

3 结 论

（1）饱和分高的软化油A 对自粘聚合物改性沥青基材低温性能有良好的改善效果；饱和分、胶质和沥青质含量适宜的软化油B 对自粘聚合物改性沥青基材的高低温性能均具有良好的改善作用；而芳香分含量高的软化油C 对自粘聚合物改性沥青基材高低温性能改善效果相对较差。

（2）芳香分、胶质和沥青质含量较多的软化油B 和C 所制备的自粘聚合物改性沥青基材的剥离强度较大，而饱和分含量较多的软化油A 制备的自粘聚合物改性沥青基材的剥离强度较小。

（3）与高芳香分含量的软化油C 相比，饱和分含量较高的软化油A 和B 制备的自粘聚合物改性沥青基材的软化点增量、针入度保留率、低温柔度和剥离强度降低值均明显减小，表现出更好的抗老化性能。