摘要：本文研究探讨了一种建筑防水卷材用热熔压敏胶的生产工艺，热熔压敏胶一般采用苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)等热塑性弹性体，配合增粘剂，软化剂，抗氧剂等原料，在反应釜中加热塑化熔融和搅拌混合而成。对热熔压敏胶主要原料进行了优化分析，指出最佳原料来源及选择，并简单介绍了热熔压敏胶的生产设备及工艺流程。最后提出热熔压敏胶生产过程中一般可能存在的问题和解决方案。
一、前言
高分子自粘防水卷材由高分子片材（PVC、HDPE、EVA、EPDM、TPO等为原料生产）、自粘胶层和隔离膜组成，可根据需要在高分子片材上复合织物加强；该卷材集高分子防水卷材和自粘卷材优点于一身，大大提高了抗穿刺、耐候、自愈、耐高低温等性能，物理性能更优异，化学性能更稳定。新型的高分子自粘防水卷材能够与混凝土结构层永久性粘结为一体，形成“皮肤式”防水结构，中间无窜水隐患；即使卷材局部遭遇破坏，又基本上被混凝土结构堵塞。即使不完美的卷材防水层和同样不完美的混凝土结构层，通过自粘胶层互为藩篱，形成了完美的防水体系，大大提高了防水层的可靠性。
由上述可见，自粘胶层的粘结性能尤为重要，通常依据自粘胶层所用材料不同分为沥青基自粘防水卷材和非沥青基自粘防水卷材。沥青基自粘防水卷材自粘层采用橡胶改性沥青自粘胶，非沥青基自粘防水卷材胶层目前所用材料主要为热熔压敏胶。
橡胶改性沥青自粘胶是由石油沥青、橡胶、增塑剂、增粘剂等产品组成，此产品虽然已经在防水卷材中应用，但存在着剥离强度低的缺点，在低温下失粘，通常在10℃以下就不能使用。
热熔压敏胶是指一类对压力敏感、稍加压力即可与被粘物粘接，不需要使用溶剂或其他辅助手段的一类胶粘剂，具有安全环保，使用方便等特点，已经广泛的应用于家电，包装，无纺布等行业。热熔压敏胶首先由美国防水材料生产企业应用于防水卷材，特别是高分子自粘胶膜防水卷材，宜采用预铺反粘施工，能够和结构混凝土实现满粘。
如表1所示，防水卷材国家标准《预铺/湿铺防水卷材》GB/T 23457-2009规定了卷材自粘层与混凝土剥离强度要求。标准除了无处理时要求剥离强度≥2N/mm，还在模拟现场施工条件下可能存在的水泥污染、紫外线老化、热老化、浸水等影响热熔压敏胶剥离强度的各种因素。因为在施工过程中，卷材全部铺设完成需要进行钢筋捆绑，混凝土铺设等工序，在此期间防水材料暴漏在阳光下，防水卷材的自粘胶层在高温及紫外线照射下容易受到影响而降低粘接性，所以防水卷材用热熔压敏胶要求具备非常好的耐紫外老化，耐热老化性能。在预铺卷材施工过程中，现场环境如泥沙，尘土等会对卷材表面产生污染，卷材铺设完成后进行后续施工时也可能污染自粘胶层，所以防水卷材用热熔压敏胶在受到污染后应进行清洁处理，要求仍和混凝土具有良好的剥离强度。
马双等人探讨了改性沥青自粘胶和高分子热熔压敏胶的性能差别，结果表明：在常温下，改性沥青自粘胶的最大剥离强度为1N/mm，剪切强度约为6N/mm，剥离强度明显不能满足GB/T 23457-2009标准要求；而高分子热熔压敏胶的最大剥离强度为4.5N/mm，剪切强度可达10N/mm，远超标准的要求。在低温下时，改性沥青自粘胶的剥离强度较常温时差，5℃时界面分离，几乎失粘；而高分子热熔压敏胶低温时剥离强度优于常温，0℃时最高可达10N/mm。
综上所述，与橡胶改性沥青自粘胶相比，高分子自粘防水卷材采用热熔压敏胶作为自粘胶层，既能满足标准要求，性能优越，又可以低温施工，拓宽了高分子自粘防水卷材的使用范围。另外，自粘胶层表面经过撒沙处理后，涂布热熔压敏胶的高分子自粘防水卷材耐污染能力强，在施工时更加方便，施工周期更短。
二、原材料及生产设备
1、主要原材料
热熔压敏胶主要由橡胶主体，增粘体系，软化剂、抗氧剂、紫外线吸收剂等组成。橡胶主体材料目前通常采用热塑性弹性体；增粘体系摒弃了传统橡胶改性采用的含有有害物的古马隆等深色树脂，更多采用石油树脂、改性松香等浅色树脂提高压敏胶的耐老化性。热熔压敏胶基础配方如表2所示，按照初粘性和持粘性的要求，以及产品成本控制考虑，可以具体调节配比。本文对各种原料进行分析比对，优选适用于防水卷材用热熔压敏胶的原料如下所示：
（1）热塑性弹性体：一般包括苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SIS）、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）、氢化SBS(SEBS)等。SIS是嵌段共聚物，其中苯乙烯为硬段，表现为塑胶的热塑性，异戊二烯为软段，表现为橡胶的高弹性，因此SIS在室温下具有橡胶的性能，在高温下又呈现可塑性。同时由于软段异戊二烯结构上具有甲基侧链的特性，所以SIS具有很好的内聚力，优良的粘着性能，与添加物相容性强，加工性能好等优点。与SBS相比，SIS的低温柔韧性更好，制得产品透明度更高，粘贴性更强，因此，SIS逐渐成为制备热熔压敏胶的主体材料。目前SIS的主要供应商有美国的科腾公司，日本的瑞翁公司，意大利的埃尼公司，中国的巴陵石化，南通台橡等。
（2）增粘树脂：石油树脂、氢化石油树脂、萜烯树脂、松香等。增粘树脂添加于胶黏剂中，通过表面扩散或内部扩散，能够在一定条件下产生高粘性的物质。
松香的主要成分是松香酸，含有共轭双键，粘性较好，其软化点为70-80℃，由于SIS软化点温度在90℃以上，生产温度较高，且松香反应活性高，易被氧化，所以不适合用于SIS热熔压敏胶的增粘。
萜烯树脂是α-蒎烯，β-蒎烯的聚合物，具有良好的稳定性，耐碱，耐光，耐老化性，但由于萜烯树脂和SIS，SBS等弹性体相容性较差，因此也不用作SIS热熔压敏胶的增粘剂。
石油树脂是由石油裂解副产物的不饱和馏分聚合而成，可分为脂肪族，芳香族，脂环族等。由于防水卷材用热熔压敏胶对耐紫外，耐热老化等性能有要求，而普通的石油树脂存在双键，不利于提高压敏胶的耐紫外，耐老化性。
C5加氢石油树脂是在C5石油树脂的基础上，通过加氢处理消除双键，能够有效的提高热熔压敏胶的性能，且C5加氢石油树脂具有与SIS相容性好，粘接强度高，软化点与SIS相似等特点[5]，而且安全环保，逐步取代价格较高的萜烯树脂，松香树脂等成为是SIS热熔压敏胶主要的增粘剂。目前C5加氢石油树脂的主要生产厂家有日本瑞翁，三井石化，美国埃克森、伊士曼，中国扬子石化，兰州石化等。
（3）软化剂：环烷油、石蜡油、甲苯、二甲苯等。软化剂主要起到降低热熔胶的熔融粘度，改善胶液的润湿性和涂布性增加热熔胶的初粘力等作用。在选择软化剂时，软化剂应具有与基体相容性好，挥发性小，粘度低，价格便宜等特点，传统的软化剂如甲苯，二甲苯等为有毒物质，石蜡油也会对人体产生危害，而环烷油无毒环保且能与SIS弹性体良好的混合，因此环烷油更符合当今社会发展的趋势。目前我国使用的环烷油主要有新疆克拉玛依公司生产。
（4）抗氧剂：抗氧剂在热熔压敏胶起到防止胶液在高温下制备和熔融涂布时产生氧化和降解反应提高胶液的使用寿命的作用。抗氧剂分为主抗氧剂和辅助抗氧剂。常用的抗氧剂有：抗氧剂1010，抗氧剂168等，抗氧剂1010为多元受阻酚型抗氧剂，与多数聚合物具有良好的相容性；抗氧剂168为辅助抗氧剂，与抗氧剂1010具有良好的协同效应，在生产中常将两种抗氧剂配合使用以达到更好的抗氧效果。
2、主要生产设备
（1）低温研磨机：采用液氮冷却，实现超低温粉碎，主要用于SIS的粉碎研磨。
（2）反应釜：由于热熔压敏胶生产温度高，因此必须使用高温反应釜
（3）真空泵：在热熔胶生产过程中，为了保护物料的性能稳定，需要抽真空并用N2 置换。同时热熔压敏胶中应避免出现气泡，也需要进行抽真空处理。
三、生产工艺
工艺流程为：SIS研磨-反应釜初次投料-抽真空并用氮气置换-反应釜升温-二次投料-抽真空-出料
（1）SIS研磨：热熔压敏胶生产反应釜内无高速搅拌，因此为了使SIS能够够更好的分散，应预先对SIS进行研磨。由于SIS为热塑性弹性体，因此在低温下更有利于提高物料的研磨的细腻度。在生产过程中，采用液氮冷却的方法使物料及生产设备维持在低温（-100℃）进行研磨从而达到生产所需指标。
（2）初次投料：将C5加氢石油树脂，环烷油，抗氧剂1010，抗氧剂168，紫外吸收剂UV531等物料加入到反应釜的过程应尽量有利于物料的混合，特别是抗氧剂，紫外吸收剂等用量较小的物料，投入釜中时应尽量分散开。投料结束后将投料口清理干净，保证反应釜密封性。
（3）抽真空并用N2置换：为了保护物料及产品的稳定性，应用N2置换出釜内的空气，抽真空时真空度应达到-0.095MPa以上。
（4）反应釜升温：打开反应釜加热器，设定温度至160℃。在升温过程中要注意保持反应釜放气阀打开，保证反应釜内部压力为常压。从观察口观察反应釜内物料，至增粘树脂全部融化后，开启搅拌（80r/min）使物料分散均匀。
（5）二次投料：待温度达到规定值后，分三次加入SIS，第一次加入量约为总量的50%，开启搅拌（60r/min），待SIS溶解后第二次加入30%，搅拌溶解，最后加入剩余的20%，继续搅拌直至SIS全部熔解。这样做是为了使SIS能够更好的分散在胶液中，避免胶液因混合不均匀而导致的质量问题。加料结束待物料全部溶解后，调整搅拌速度到80r/min，继续搅拌反应，直至胶液变为粘稠液体。
（6）抽真空：将搅拌速度调为40r/min，开启真空泵，抽真空50min，抽真空时真空度保持在-0.095MPa以上。此次抽真空是为了排除胶液中的气泡。
（7）出料：抽真空结束后，充氮气，停止加热，趁热出料。
四、生产问题与解决方案
液氮温度极低，在常压下可达-196℃，容易对人体产生危害，使用过程中应具有完备的保护措施，同时，液氮若遇高热，容器内的压力增大，会有开裂和爆炸的危险，应将液氮置于阴凉处。
SIS投料时，由于受热不均匀，易出现团聚现象，团聚后，胶液出现颗粒，不能搅拌均匀，影响产品质量，应采用少量多次的原则，防止SIS结团。
在生产过程中对温度要求严格，温度过高会使物料出现碳化等反应，温度过低会使胶液混合不均匀，所以生产时应严格控制反应温度，防止温度变化导致产品质量问题。
胶液生产完后，由于胶液的粘度较大，釜内残留有部分胶液不能回收干净，会造成釜内结胶，应及时清理反应釜。
五、结语
随着社会的发展，人们对建筑防水的要求越来越高，而高分子热熔压敏胶作为一种新兴的环保材料，得到了越来越多的关注，虽然在现阶段热熔压敏胶的性能符合自粘型防水卷材的标准要求，然而由于热熔压敏胶发展时间较短，生产工艺，配方设计等不可避免的存在缺陷，但是因为热熔压敏胶相对于其他自粘胶具有极大的优越性，高分子热熔压敏胶必定会成为未来建筑防水卷材用自粘胶的主流。
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