一种屋面防水隔热卷材及其制备方法与流程

本发明涉及防水隔热材料领域，具体为一种屋面防水隔热卷材及其制备方法。

背景技术：

1、将沥青类或高分子类防水材料浸渍在胎体上，制作成的防水材料产品，以卷材形式提供，称为防水卷材。根据主要组成材料不同，分为沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材和合成高分子防水卷材；根据胎体的不同分为无胎体卷材、纸胎卷材、玻璃纤维胎卷材、玻璃布胎卷材和聚乙烯胎卷材，防水卷材主要用于建筑墙体、屋面、隧道、公路、垃圾填埋场等场所。它是一种柔性建筑材料产品，可以卷成卷，以抵抗外部雨水和地下水的泄漏。作为工程基础与建筑物之间的无渗漏连接，它是整个工程防水的第一道屏障，在整个工程中起着至关重要的作用。防水卷材要求有良好的耐水性，对温度变化的稳定性(高温下不流淌、不起泡、不振动；低温下不脆裂)，一定的机械强度、延伸性和抗断裂性，要有一定的柔韧性和抗老化性。

2、现有技术中卷材主要依赖于材料自身的导热系数进行隔热，传统的pvc和pe材料虽然具有一定的隔热效果，但其导热系数相对较高，在高温或寒冷的极端气候条件下，隔热性能较差，无法有效调节建筑物内部的温度，导致室内温度波动较大，增加了建筑物的空调负荷，进而提高了能源消耗。

3、传统pvc和pe材料由于自身的吸水率较高，在潮湿或长期浸水的环境中，容易发生吸水、膨胀和性能衰减。这种吸水性会导致卷材的隔热性能下降，同时也可能引发材料内部结构的损坏，缩短使用寿命。

4、基于上述问题，本发明提供了一种屋面防水隔热卷材及其制备方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种屋面防水隔热卷材及其制备方法，解决了卷材主要依赖于材料自身的导热系数进行隔热，传统的pvc和pe材料虽然具有一定的隔热效果，但其导热系数相对较高，在高温或寒冷的极端气候条件下，隔热性能较差的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种屋面防水隔热卷材及其制备方法，包括所述卷材包括顺次连接的胎基层、隔热层、防水层、黏结层及隔膜层；其中，所述隔热层由发泡聚氨酯与相变材料复合形成，所述发泡聚氨酯的原料包括聚醚多元醇、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和含羟基阻燃物；所述二苯基甲烷二异氰酸酯与甲苯二异氰酸酯的质量比为1:(1.5-3.5)，所述聚醚多元醇与含羟基阻燃物的质量比为10:(1-4)，相变材料选自聚乙二醇、石蜡或脂肪酸，所述相变材料的质量占隔热层的10％—30％。

3、具体的，对于发泡聚氨酯的原料，选择聚醚多元醇时，优选聚丁二醇作为基础材料，这种聚醚多元醇具有较高的柔韧性和耐化学腐蚀性。二苯基甲烷二异氰酸酯(md i)和甲苯二异氰酸酯(td i)采用组合异氰酸酯，具体配比根据材料的应用环境进行调整。所述聚醚多元醇的重均分子量优选在2000-4000范围内，以确保最终发泡产品的柔韧性和强度，并控制发泡过程中泡孔的均匀性。含羟基阻燃物优选季戊四醇磷酸酯，其结构稳定性有助于提高隔热层的阻燃性。

4、优选的，所述聚醚多元醇的羟值为26.5mgkoh/g-117mgkoh/g，分子量为2000-4000；含羟基阻燃物包括季戊四醇磷酸酯、2,2－双(3-氨基-4-羟基苯基)-六氟丙烷和1,4－双(二甲基羟基硅基)苯。

5、具体的，所述聚醚多元醇与含羟基阻燃物的混合物在反应釜中均匀混合时，优先使用双层不锈钢反应釜，该设备内部带有精确的温度控制系统，温度误差控制在±1℃以内，同时配备气体混合系统，通过通入氮气保持系统内的惰性气氛，避免反应过程中发生副反应。反应时间根据反应物的量和配比进行精确调控，优选30—60分钟，并通过在线监测系统实时监控反应釜内的温度和压力变化。

6、优选的，所述发泡聚氨酯的辅料包括三(环己-2,5-二烯-1-基)硅烷、扩链剂和催化剂；其中，三(环己-2,5-二烯-1-基)硅烷的用量为发泡聚氨酯主料质量的3％—7％，扩链剂为乙二醇，催化剂包括有机金属催化剂、胺类催化剂和酸性催化剂或两种的组合。

7、具体的，发泡聚氨酯的辅料包括三(环己-2,5-二烯-1-基)硅烷时，建议通过特定的添加方法进行处理，三(环己-2,5-二烯-1-基)硅烷在发泡反应的初始阶段加入，以确保其在聚氨酯基体内均匀分布，同时扩链剂乙二醇的添加量依据发泡材料的最终硬度和柔韧性要求进行调控，优选扩链剂的质量占发泡材料总量的2％—5％。催化剂优先使用有机金属催化剂，并与胺类催化剂混合使用，形成双催化体系，以提高反应速率。

8、优选的，所述防水层包括具有纳米二氧化硅、石墨烯或碳纳米管材料组成的纳米防水涂层，所述防水层的厚度为0.5mm—2mm。

9、具体的，防水层的厚度控制在0.5mm—2mm之间，通过在卷材表面均匀喷涂纳米防水涂层进行增强，所述纳米涂层由纳米二氧化硅、石墨烯或碳纳米管组成，纳米粒子的粒径优选为10nm-50nm，确保涂层的高疏水性和高耐久性。防水涂层采用超声波喷涂设备，喷涂过程中将涂料均匀地沉积在材料表面，喷涂厚度通过设备的精确控制系统保持在0.5μm-1μm内，以确保纳米涂层的均匀性和防水效果。

10、优选的，所述胎基层的厚度为1.5mm以下，所述隔膜层的厚度为50μm-100μm，隔膜层材料选自高密度聚乙烯(hdpe)或聚偏二氯乙烯(pvdc)。

11、具体的，胎基层的厚度进一步限定在1.5mm以下，优先使用玻璃纤维或聚酯纤维织物作为基材。玻璃纤维织物具有更高的耐热性和抗拉强度，适用于高温环境下的使用。隔膜层的厚度控制在50μm-100μm之间，隔膜材料选自高密度聚乙烯(hdpe)或聚偏二氯乙烯(pvdc)，这些材料能够有效阻隔水汽和湿气的渗透，隔膜层通过热压工艺黏附在卷材表面，热压温度控制在100℃-150℃之间，保证材料层之间的紧密结合。

12、一种屋面防水隔热卷材的制备方法：

13、将二苯基甲烷二异氰酸酯与甲苯二异氰酸酯按质量比1:(1.5-3.5)混合，并加热至60℃-80℃使其完全熔化，得到异氰酸酯混合物；

14、将聚醚多元醇、含羟基阻燃物、扩链剂和催化剂在反应釜中按比例混合，加热至100℃-150℃，通过真空泵维持真空度为100pa—500pa，在搅拌速度为500rpm-800rpm的条件下进行反应，反应时间为30—90分钟，通入氮气脱水直至水分含量低于600ppm；

15、在反应釜中逐步加入熔化的异氰酸酯混合物，在100℃-150℃下继续搅拌反应30—60分钟，形成发泡聚氨酯预聚物；

16、将发泡聚氨酯预聚物与相变材料按比例混合，通过单螺杆挤出机进行初步混合，挤出机温度为150℃-180℃；

17、将初步混合的发泡聚氨酯与相变材料在双螺杆挤出机中二次混合，双螺杆挤出机螺杆直径为45mm—75mm，螺杆长径比为30-40:1，螺杆转速为80rpm-150rpm，物料停留时间为2—5分钟，挤出并压延形成厚度为5mm—60mm的隔热层片材；

18、将隔热层片材与胎基层通过辊压复合机进行复合，复合温度为80℃-120℃，复合压力为5mpa-10mpa，复合速度为10m/min-30m/min，然后涂覆防水层、黏结层和隔膜层，最终形成卷材。

19、具体的，制备方法中的混合和反应步骤在反应釜中进行时，反应釜优选为双层夹套设计，内部配备高效搅拌桨，搅拌速度为500rpm-800rpm，并在反应釜外部设置冷却和加热系统，以精确调节反应温度。加热至100℃-150℃后，通过真空泵将反应系统内的气体抽出，真空度优选为100pa—500pa，保证反应过程中无杂质进入，并确保脱水完全。脱水过程持续时间根据反应物的水分含量实时监控，确保水分含量低于600ppm。

20、优选的，所述单螺杆挤出机的螺杆直径为50mm—100mm，长径比为25-30:1，温度控制系统的精度为±2℃，保证物料的混合均匀性。

21、具体的，在将发泡聚氨酯与相变材料通过单螺杆挤出机初步混合时，所述挤出机的螺杆直径优选为50mm—100mm，螺杆结构采用逐步增压设计，确保材料在螺杆通道内逐步受压，最终形成均匀混合的物料。挤出过程中，温度控制在150℃-180℃，并通过温度控制系统保证±2℃的温度误差，确保物料的混合均匀性。

22、优选的，所述复合过程中使用静电吸附设备对胎基层进行表面处理，静电吸附电压为10kv-20kv，复合胎基层为聚酯纤维或玻璃纤维织物。

23、具体的，在复合工艺中，使用静电吸附设备对胎基层进行表面处理，所述静电吸附设备的吸附电压为10kv-20kv，胎基层经过处理后表面电荷分布均匀，确保隔热层片材与胎基层之间的附着力稳定且牢固。复合胎基层优选为聚酯纤维或玻璃纤维织物，以提供更高的抗拉伸强度和耐热性能，复合速度为10m/min-30m/min，并通过伺服系统实时控制复合压力，复合压力为5mpa-10mpa，保证材料在高压下稳定成型。

24、优选的，所述发泡聚氨酯与相变材料的混合物通过超临界co2发泡工艺进行发泡，co2的压力为30mpa-50mpa，温度为80℃-100℃，发泡时间为30—120分钟；所述发泡过程使用的设备为高压反应釜和超临界co2发泡装置，高压反应釜的容积为50l—200l，操作压力为30mpa-60mpa，配备温度控制系统精度为±1℃；发泡步骤包括：将发泡聚氨酯与相变材料的混合物装入反应釜中，逐步升压至所述30mpa-50mpa范围内，并将温度控制在80℃-100℃，保持该状态30—120分钟，随后通过快速降压至常压状态完成发泡过程。

25、具体的，发泡聚氨酯与相变材料的混合物通过超临界co2发泡工艺进行发泡，co2的压力为30mpa-50mpa，温度为80℃-100℃，发泡时间为30—120分钟；所述发泡过程使用的设备为高压反应釜和超临界co2发泡装置，高压反应釜的容积为50l—200l，操作压力为30mpa-60mpa，配备温度控制系统精度为±1℃；发泡步骤包括：将发泡聚氨酯与相变材料的混合物装入反应釜中，逐步升压至所述30mpa-50mpa范围内，并将温度控制在80℃-100℃，保持该状态30—120分钟，随后通过快速降压至常压状态完成发泡过程。

26、优选的，所述隔热层片材通过γ射线辐照交联处理，辐照剂量为30kgy-100kgy，辐照剂量率为3kgy/min-6kgy/min，确保材料的结构稳定性；所述辐照过程使用的设备为工业γ射线辐照装置，射线源为钴-60，设备的射线输出功率为500ci-2000ci，配备自动传输系统以确保隔热层片材均匀接受辐照；辐照步骤包括：将制备好的隔热层片材放置在辐照装置的传输带上，传输速度控制在5m/min-15m/min，辐照剂量控制在30kgy-100kgy范围内，并实时监测辐照剂量率，以保证材料的交联充分完成。

27、具体的，隔热层片材通过γ射线辐照交联处理，辐照剂量为30kgy-100kgy，辐照剂量率为3kgy/min-6kgy/min，确保材料的结构稳定性；所述辐照过程使用的设备为工业γ射线辐照装置，射线源为钴-60，设备的射线输出功率为500ci-2000ci，配备自动传输系统以确保隔热层片材均匀接受辐照；辐照步骤包括：将制备好的隔热层片材放置在辐照装置的传输带上，传输速度控制在5m/min-15m/min，辐照剂量控制在30kgy-100kgy范围内，并实时监测辐照剂量率，以保证材料的交联充分完成。

28、本发明提供了一种屋面防水隔热卷材及其制备方法。具备以下有益效果：

29、1、本发明通过在卷材的隔热层中引入相变材料(如聚乙二醇、石蜡、脂肪酸)，相较于现有技术的传统聚合物基材，能够实现动态的温度调节，优化了材料的隔热性能，相变材料能够在外部温度升高时吸收热量并保持内部温度的稳定，当外部温度降低时释放储存的热量，这种动态调节机制大大降低了卷材的热导率，此外，本发明中采用了具有较低吸水率的改性聚合物复合材料，有效降低了卷材在潮湿环境下的吸水量，避免了材料吸水后性能下降的问题，极大提升了卷材在长期暴露于潮湿或水环境中的使用寿命。

30、2、本发明通过对聚合物基材进行改性，优化了分子结构，使得卷材在保持高拉伸强度的同时大幅度提高了断裂伸长率，从而增强了材料的韧性和抗拉强度，相比现有技术中使用的普通聚乙烯(pe)或聚氯乙烯(pvc)，本发明的卷材具有更强的耐撕裂性和延展性，减少了材料在受到外力或环境应力作用下发生脆性断裂的风险。此外，通过使用超临界co2发泡工艺和辐照交联技术，卷材的抗老化性能显著提升，材料在长时间暴露于高温、紫外线和湿度环境下仍能保持其力学性能，延长了其使用寿命。

31、3、本发明通过引入增强型聚氨酯复合材料，并采用辐照交联处理，使得卷材在长时间的户外使用中能够保持其原有的物理性能和外观状态。相比传统聚氨酯材料，本发明中的增强型聚氨酯在长时间紫外线照射下不会发生龟裂或褪色，这种抗紫外线能力显著减少了材料表面的老化损伤，此外，本发明中的改性聚合物材料在耐候性测试中表现出良好的抵抗极端气候条件的能力，无论是高温、低温、潮湿或干燥环境，卷材均能保持良好的结构完整性和防护性能，这使得其在严酷的户外环境中具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种屋面防水隔热卷材，其特征在于，所述卷材包括顺次连接的胎基层、隔热层、防水层、黏结层及隔膜层；其中，所述隔热层由发泡聚氨酯与相变材料复合形成，所述发泡聚氨酯的原料包括聚醚多元醇、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和含羟基阻燃物；所述二苯基甲烷二异氰酸酯与甲苯二异氰酸酯的质量比为1:(1.5-3.5)，所述聚醚多元醇与含羟基阻燃物的质量比为10:(1-4)，相变材料选自聚乙二醇、石蜡或脂肪酸，所述相变材料的质量占隔热层的10％—30％。

2.根据权利要求1所述的一种屋面防水隔热卷材，其特征在于，所述聚醚多元醇的羟值为26.5mgkoh/g-117mgkoh/g，分子量为2000-4000；含羟基阻燃物包括季戊四醇磷酸酯、2,2－双(3-氨基-4-羟基苯基)-六氟丙烷和1,4－双(二甲基羟基硅基)苯。

3.根据权利要求1所述的一种屋面防水隔热卷材，其特征在于，所述发泡聚氨酯的辅料包括三(环己-2,5-二烯-1-基)硅烷、扩链剂和催化剂；其中，三(环己-2,5-二烯-1-基)硅烷的用量为发泡聚氨酯主料质量的3％—7％，扩链剂为乙二醇，催化剂包括有机金属催化剂、胺类催化剂和酸性催化剂或两种组合。

4.根据权利要求1所述的一种屋面防水隔热卷材，其特征在于，所述防水层包括具有纳米二氧化硅、石墨烯或碳纳米管材料组成的纳米防水涂层，所述防水层的厚度为0.5mm—2mm。

5.根据权利要求1所述的一种屋面防水隔热卷材，其特征在于，所述胎基层的厚度为1.5mm以下，所述隔膜层的厚度为50μm-100μm，隔膜层材料选自高密度聚乙烯(hdpe)或聚偏二氯乙烯(pvdc)。

6.一种屋面防水隔热卷材的制备方法，根据权利要求1-5所述的一种屋面防水隔热卷材，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的一种屋面防水隔热卷材及其制备方法，其特征在于，所述单螺杆挤出机的螺杆直径为50mm—100mm，长径比为25-30:1，温度控制系统的精度为±2℃，保证物料的混合均匀性。

8.根据权利要求6所述的一种屋面防水隔热卷材及其制备方法，其特征在于，所述复合过程中使用静电吸附设备对胎基层进行表面处理，静电吸附电压为10kv-20kv，复合胎基层为聚酯纤维或玻璃纤维织物。

9.根据权利要求6所述的一种屋面防水隔热卷材及其制备方法，其特征在于，所述发泡聚氨酯与相变材料的混合物通过超临界co2发泡工艺进行发泡，co2的压力为30mpa-50mpa，温度为80℃-100℃，发泡时间为30—120分钟；所述发泡过程使用的设备为高压反应釜和超临界co2发泡装置，高压反应釜的容积为50l—200l，操作压力为30mpa-60mpa，配备温度控制系统精度为±1℃；发泡步骤包括：将发泡聚氨酯与相变材料的混合物装入反应釜中，逐步升压至所述30mpa-50mpa范围内，并将温度控制在80℃-100℃，保持该状态30—120分钟，随后通过快速降压至常压状态完成发泡过程。

10.根据权利要求6所述的一种屋面防水隔热卷材及其制备方法，其特征在于，所述隔热层片材通过γ射线辐照交联处理，辐照剂量为30kgy-100kgy，辐照剂量率为3kgy/min-6kgy/min，确保材料的结构稳定性；所述辐照过程使用的设备为工业γ射线辐照装置，射线源为钴-60，设备的射线输出功率为500ci-2000ci，配备自动传输系统以确保隔热层片材均匀接受辐照；辐照步骤包括：将制备好的隔热层片材放置在辐照装置的传输带上，传输速度控制在5m/min-15m/min，辐照剂量控制在30kgy-100kgy范围内，并实时监测辐照剂量率，以保证材料的交联充分完成。

技术总结
本申请涉及防水隔热材料领域，公开了一种屋面防水隔热卷材及其制备方法，所述卷材包括顺次连接的胎基层、隔热层、防水层、黏结层及隔膜层；其中，所述隔热层由发泡聚氨酯与相变材料复合形成，所述发泡聚氨酯的原料包括聚醚多元醇、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和含羟基阻燃物；所述二苯基甲烷二异氰酸酯与甲苯二异氰酸酯的质量比为1:(1.5‑3.5)，所述聚醚多元醇与含羟基阻燃物的质量比为10:(1‑4)，相变材料选自聚乙二醇、石蜡或脂肪酸，所述相变材料的质量占隔热层的10％‑30％。通过在卷材的隔热层中引入相变材料(如聚乙二醇、石蜡、脂肪酸)，相较于现有技术的传统聚合物基材，能够实现动态的温度调节，优化了材料的隔热性能。

技术研发人员：王家乡,李云飞,刘冠麟,潘磊
受保护的技术使用者：云南欣城防水科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5