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高分子防水卷材的应用及发展
摘 要: 概述了高分子防水卷材的特点，介绍了三元乙丙橡胶、聚氯乙烯、氯
化聚乙烯、热塑性弹性体等防水卷材的应用及研究现状，指出了我国高分子防水卷材行业存在的问题，对高分子防水卷材行业的发展方向进行了展望。
关键词: 高分子；防水卷材；三元乙丙橡胶；聚氯乙烯；氯化聚乙烯；热塑性
弹性体
防水材料是建筑业及其他有关行业所需要的重要功能材料。随着我国经济的快速发展，建筑、桥梁、隧道、农业水利和交通运输等领域均对防水材料提出了多品种、高质量的要求。建筑防水材料通常分为5大类：高聚物改性沥青基防水卷材、合成高分子防水卷材、防水涂料、密封材料、刚性防水及堵漏止水材料。目前，我国新型防水材料仍是以沥青基防水材料为主，占全部防水材料的80%，高分子防水卷材占10%左右，其他防水材料占10%左右。其中，高分子防水卷材是典型的新型建筑防水材料, 因其性能卓越、符合建材革新的目的，以及轻钢结构建筑的兴起，近年来发展非常迅速。目前，主要的高分子防水卷材有三元乙丙橡胶(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与橡胶共混防水卷材、三元丁橡胶防水卷材、再生胶油毡，以及新兴的热塑性聚烯烃(TPO)防水卷材等。
1 高分子防水卷材的特点
（1）拉伸强度高，低温柔性好，延伸率大，对不同气候条件下建筑结构层的伸缩、变形等具有较强的适应性，解决了传统防水材料易产生开裂的问题，从而确保了防水质量。
（2）耐腐蚀、耐老化、使用寿命长，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。
（3）采用冷施工。出于对工地防火及城市环境卫生的要求，很多城市已明令禁止明火施工和熬热沥青，而高分子防水卷材的黏结、机械固定、松浦压顶等施工方法均为冷作业，不仅改善了工人的施工条件和施工现场的管理，也减少了环境 污染。
（4）可作单层防水，施工速度快。
（5）除可用于建筑防水外，亦大量用于水利及土木工程。由于一些高分子材料具有极佳的长期耐水性，用于地下、水中或其他潮湿环境，高分子防水卷材的基本性能不变，能有效地耐腐蚀和霉烂。
（6）具有装饰性。高分子防水卷材在生产时可通过加入颜料的方式使卷材获得各种颜色，在防水的同时还可起到装饰作用。
2 主要高分子防水卷材
2.1 PVC 防水卷材
PVC防水卷材的主要原料为PVC 树脂、增塑剂、稳定剂及其他助剂，按成型方法
可分为压延法和涂布法，按产品结构可分为有织物增强型和无织物增强型。其中，压延法是普遍采用的成型方法，可生产增强型和非增强型卷材。涂布法一般是将PVC涂布于基材上，其主要优点是产品收缩率较低。产和推广应用的必要条件。 （2）PVC 为极性高分子材料，与其他极性材料互容性好，改性途径多，通过改性和优化配方，可以大大提高其物理力学性能。PVC分子主链无双键结构，因而耐臭氧性优良。
（3）易焊接，这是PVC 防水卷材最大的特点，其相互搭接处可用自动控温的焊枪或焊机热焊，因焊接处的材质和PVC 防水卷材的材质一致，解决了EPDM防水卷材的搭接难题，给施工带来了很大的方便。并且，PVC 搭接也可用树脂胶黏剂进行冷施工。 （4）PVC 防水卷材抗水蒸气渗透性好，特别适用于地下工程、水利工程。PVC 树脂自身具有阻燃性能，虽然加入增塑剂后阻燃性能有所降低，但只要稍加改性就可生产出阻燃级的防水卷材，与其他阻燃级的防水卷材相比，其价格是最低的。PVC 防水卷材绝缘性好，耐化学腐蚀，抗菌，防霉，耐磨性优良。刘先南[10]报道了PVC防水卷材在机场航站楼基础工程结构外防水中的应用，结果发现：与传统的改性沥青防水卷材相比，PVC防水卷材施工方便，接缝处连接均匀、密实牢靠，并且节约材料。在工程验收后的几年内，PVC卷材防水层渗 水较少，特别是在变形缝、施工缝、后浇带和结构复杂处很少出现渗水现象。PVC防水卷材也被广泛应用在地下室、屋面及其他场合的防水施工中。实践证明：虽然PVC防水卷材的一次性投入比沥青油毡高一些，但其使用寿命长，防水效果好，具有良好的经济效益和社会效益。
PVC防水卷材具有以下优点：
（1）树脂生产量大，原料来源丰富，价格适
中，加入其他助剂后可加入大量的改性填料，使得PVC 防水卷材的成本大大降低，具备了生
2.2 EPDM 防水卷材
EPDM防水卷材是以EPDM与丁基橡胶为基本原料，添加软化剂、填充补强剂、促进剂以及硫化剂等，经混炼、过滤、精炼、挤出(或压延)成型，并经硫化等工序制成的片状防水材料。EPDM防水卷材(EPDM/丁基橡胶=70/30)具有以下特点： （1）EPDM和丁基橡胶在各种橡胶材料中耐老化性能最优，日光、紫外线对其物理力学性能及外观几乎没有影响。使用白色配合剂时表现出良好的耐老化性，能获得鲜明的着色效果，EPDM防水卷材经过几年的风化，物性保持率非常稳定。 （2）由于没有双键，EPDM表现出非常良好的耐臭氧性，几乎不会发生龟裂。与丁基橡胶共混后，可以进一步增强EPDM防水卷材的耐臭氧性。
（3）EPDM和丁基橡胶表现出比其他橡胶更优越的热稳定性，能在高温下长时间使用。耐低温性亦优越，适用温度范围广。此外EPDM防水卷材耐蒸汽性良好，在200℃左右，其物理性能也几乎不变。 （4）EPDM的溶解度参数值为7.9左右，有比较强的耐溶剂性和耐酸碱性，因此，EPDM防水卷材可以广泛地用于防腐领域。另外，EPDM密度小，作为防水卷材可以减轻屋顶结构的负荷[13]。EPDM防水卷材在50 年代早期首次应用于屋面，在今天的卷材市场中仍占据着主导地位。美国是世界上EPDM生产和应用量最多的国家。美国芝加哥机场圆形屋顶的EPDM防水层于50年代安装，至今没有发
现渗漏；70年代开始在地铁隧道中应用EPDM防水卷材，至今已有30 余年的寿命，足以说明其施工技术的成熟和体系的完善。EPDM防水卷广泛用于房屋、桥梁、隧道、水库、堤坝等防水工程。近年来，全球EPDM防水卷材消费量年均增长率为10%~12%，发达国家建筑领域EPDM防水卷材的消费量占乙丙橡胶总消费量的10%~15%。目前我国每年需EPDM防水卷材约550万m2，尚有一定缺口。
2.3 CPE 防水卷材
CPE属非交联型弹性体。CPE防水卷材的特点是可用热塑性状态制造，能在使用过程中自然交联，从而获得很好的耐臭氧、耐气候和耐潮湿性能，能像PVC那样，使用热融搭接或黏结剂黏结，而硫化类型的防水卷材搭接时较难。CPE防水卷材通常用压延法、挤出-涂布法生产，其中以压延法为主。压延工艺是将CPE树脂和其他添加剂用密炼机等混炼设备进行混炼，然后再送入双辊机内充分混炼，挤出后送入压延机压延成卷材。CPE防水卷材以其耐老化性能及兼具塑性和弹性的特点，在防水工程中得到了广泛应用，尤 其在地下防水工程的应用中效果更佳。
2.4 CPE 橡胶共混防水卷材
CPE橡胶共混防水卷材是以含氯30 %~40 %的CPE树脂和合成橡胶为主体，加入适量的硫化剂、促进剂、稳定剂和填充剂等材料，采用常规的塑料加工方法制成的弹性防水材料，具有拉伸强度高，抗撕裂性能好，延伸率大，耐低温性能优良，不污染环境等特性，而且造价低，使用寿命长。在地下室、屋面及其他场所的应用实例表明：与传统的“二毡三油”相比，CPE橡胶共混防水卷材耐用年限长，年均成本低，防水效果优良[。
2.5 TPO 防水卷材
TPO防水卷材的主要原料包括聚烯烃、软化剂和多种添加剂，通过特殊的聚合工艺加工而成，是一种新型防水卷材。通常由橡胶组分作为软化剂，一般选用EPDM、丁腈橡胶和丁基橡胶；聚烯烃组分主要为聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）。目前用得较多的是PP与EPDM。TPO防水卷材具有优异的耐候性、耐臭氧、耐紫外线及良好的耐高温和耐冲击性能，可用普通热塑性塑料加工设备进行成型加工，具有加工简便、成本低、可连续生产及边角余料可回收利用等优点，广泛应用于各种防水领域。目前，TPO防水卷材的生产工艺主要有机械掺混法、动态全硫化法等。机械掺混法是开发最早、技术最成熟的生产工艺。TPO防水卷材中橡胶组分根据应用领域的不同有较大差别。在动态全硫化法生产的TPO防水卷材中，橡胶组分含量高达60%~70%，制品的抗动态疲劳性能优异，耐磨性、耐臭氧及耐候性能良好，撕裂强度高，压缩变形及永久变形小，综合性能优于EPDM防水卷材，而且加工容易，生产成本低，有较强的竞争优势，应用领域广泛。与EPDM防水卷材相比，TPO防水卷材的防穿刺性更好，泛水可以焊接，接缝的耐久性和强度更好，可提供持久的白色或浅色。与PVC防水卷材相比，TPO防水卷材在耐候性、反射性和热焊接方面并无显著的优点，但TPO防水卷材可提 供更好的耐穿刺性、耐化学性及环境效益。在 TPO的配方中没有添加增塑剂，TPO柔性保持率 高，这是TPO的另一个固有优势。
3 其他高分子防水卷材
3.1 三元丁橡胶防水卷材
三元丁橡胶防水卷材是因卷材以丁基废胶为主，加入丁酯作改性剂、丁醇作促进剂而得名。根据卷材的加工及使用要求，还需加入软化剂、增黏剂、防老化剂、填充剂等助剂。三元丁橡胶防水卷材耐高低温性能好，而且延伸率大，特别适用于基层变形较大或开裂部位防水，用其维修旧的油毡屋面，可以不拆除原有防水层而直接粘贴该卷材，施工简单、造价较低。选用丁基废旧胶为基材是因为其具有以下优点：丁基废旧胶货源充充足，而且价格比较低廉，适合制作低成本防水卷材；丁基废胶在报废之前经过反复使用，经历了各种苛刻条件的检验，耐老化性能优良；丁基废胶本身含有大量的硫化剂、防老化剂、补强剂等价格昂贵的辅料，使用价值变得更大。
3.2 再生胶防水卷材
再生胶是一种以废旧橡胶制品和边角料为原料加工而成的弹性材料。再生胶防水卷材是再生胶、沥青、填料等经混炼、压延而制成的无胎卷材，弥补了沥青防水卷材的缺点，具有延伸率大、高温不流淌、低温不脆裂的特性，而且使用寿命长，成本低。但因为对环境有一定的污染，所以，近年来再生胶防水卷材的产量逐渐下降。除上面提到的高分子防水卷材外，其他常用的高分子防水卷材还包括土工膜防渗卷材、聚乙烯丙纶防水卷材、丁基橡胶防水卷材和氯丁橡胶防水卷材等。
4 国内高分子防水卷材业发展存在的问题
4.1 存在的问题
（1）企业规模小，设备自动化程度低，工艺水平低。我国高分子防水卷材生产企业的设备大多为通用设备，相应的专用设备较少，产品规格少，可供用户选择的余地不大。
（2）原料问题是长期困扰我国高分子防水卷材业的一大难题，如EPDM、丁基橡胶等绝大部分需要进口，导致高分子防水卷材价格相对较高，使其推广应用受到了限制。
（3）施工技术落后。首先表现在设计无规范，设计人员的设计主要凭经验；其次是施工理论研究滞后，不能正确地指导施工；最后是施工机具落后。
（4）产品标准仍不完善。我国现在已有了不少高分子防水卷材产品标准，但几乎每个标准都各行一套，试验方法不统一，抽样与判定要求不一致，产品性能无法比较，执行起来太麻烦，不利于产品的推广，也不利于用户和设计部门选用。
4.2 发展建议
（1）高分子防水卷材生产企业需要采用专用的生产设备，改进工艺路线，大力开发新产品，以满足不同的市场需要。
（2）加速发展我国合成橡胶工业，促进EPDM、氯丁橡胶等的工业化生产，尽量降低高分子防水卷材的价格。 （3）有关部门应为高分子防水卷材制定、修改产品标准，规范企业的产品规格。 （4）我国的防水材料中仍包含一些在生产、施工和使用过程中均难以达到环保