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（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心 廣東 510700）

引言

2020年，我國(guó)提出“碳達(dá)峰”“碳中和”的國(guó)家戰(zhàn)目標(biāo)，屋頂綠化（Green Roof）對(duì)減少碳排放有顯著的積極作用。屋頂綠化是指在屋頂、露臺(tái)、天臺(tái)等種植綠色植物，減少能源消耗并利用光合作用實(shí)現(xiàn)固碳釋氧。研究表明，與傳統(tǒng)建筑屋頂相比，拓展性屋頂綠化可以節(jié)省20%的能耗，密集型屋頂綠化可以節(jié)省70%的能耗。

我國(guó)積極推進(jìn)屋頂綠化建設(shè)，北京屋頂綠化面積已經(jīng)達(dá)到了200多萬(wàn)平方米，成都也建成260萬(wàn)平方米綠色屋頂。但與此同時(shí)，新增綠色屋頂面積占各城市屋頂總面積僅為約1%左右，遠(yuǎn)低于歐洲約15%的屋頂綠化比例，我國(guó)屋頂綠化產(chǎn)業(yè)仍有極大的發(fā)展空間，亟需進(jìn)一步推廣發(fā)展。目前，制約屋頂綠化發(fā)展的重要原因之一是建筑物安全問(wèn)題。建筑物屋頂綠化可能影響屋頂承重和防水，特別是植物粗壯的樹(shù)根可能破壞屋頂防水層甚至天花板，帶來(lái)安全隱患，引起業(yè)主擔(dān)憂。

防水卷材是建筑物防水的關(guān)鍵材料，普通改性瀝青防水材料一般三個(gè)月內(nèi)就會(huì)被植物根系穿透，推廣城市屋頂綠化亟需防水性能良好、耐根穿刺、施工方便、成本較低的防水卷材技術(shù)。2018年我國(guó)制定了《種植屋面用耐根穿刺防水卷材》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，各企業(yè)、研究員也積極研發(fā)適于屋頂綠化的新型卷材，如銅胎基防水卷材、阻根劑改性防水卷材、復(fù)合型阻根防水卷材等。

1.銅胎基防水卷材

銅胎基防水卷材是一種植物根系阻攔屋頂材料，以銅箔胎基為卷材胎基，以改性瀝青為涂蓋材料，可以達(dá)到根阻的效果，同時(shí)不會(huì)破壞周?chē)沫h(huán)境。銅胎基不僅具有物理阻攔的作用，還利用了植物根系遇到金屬銅離子會(huì)改變生長(zhǎng)方向的特性。當(dāng)植物根與銅胎基接觸時(shí)，根系不會(huì)繼續(xù)向下生長(zhǎng)，而是沿防水層的一定范圍平行生長(zhǎng)或背向防水層生長(zhǎng)。銅胎基防水卷材可以形成高強(qiáng)度防水層，對(duì)加壓水具有很強(qiáng)的抵抗力，并且耐刺穿、開(kāi)裂、撕裂和疲勞，同時(shí)其抗拉強(qiáng)度高，改性瀝青涂料的厚度大，對(duì)基層收縮變形和開(kāi)裂的適應(yīng)性強(qiáng)。

例如，盤(pán)錦禹王防水建材集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的金屬銅胎改性瀝青防水卷材是以金屬銅箔和網(wǎng)格布為胎基，上下兩層分別涂以高聚物改性瀝青膠或自粘瀝青膠，兩面覆以隔離材料所制成的防水卷材。該產(chǎn)品具有增加了金屬保護(hù)作用，并且綜合了自粘卷材和高聚物改性瀝青卷材的優(yōu)勢(shì)[1]。此外，為提高防水卷材的抗跟刺穿能力，也可以設(shè)置多層銅箔結(jié)構(gòu)[2]。

銅胎基防水卷材中的銅箔由于表面較為光滑，附著力較低，改性瀝青難以附著。通過(guò)在銅箔電解過(guò)程中采用合適的電解液和添加劑，然后經(jīng)過(guò)粗化處理，提高銅箔表面的粗糙度，可以提高銅箔的粘合性[3]。此外，也可以采用表面鍍銅的其他胎基材料代替銅箔。

在屋頂施工中，在異形區(qū)域處通常存在有一定程度的折疊或拼接。普通銅箔胎基的延展性較差，折疊或拼接處易出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致阻根面不連續(xù)，甚至造成改性瀝青涂覆層的破損，難以充分保障阻根性能。特別是在低溫條件下，金屬銅箔更易因彎折而產(chǎn)生斷口。

聚酯復(fù)合銅胎基防水卷材在銅箔的基礎(chǔ)上添加有聚酯胎，聚酯胎的延展性好、抗拉性高，耐刺穿和耐撕裂性能優(yōu)異。聚酯胎和銅胎基復(fù)合使用，在外力作用下兩者同時(shí)受力，具有更大抗拉張力，提高防水卷材對(duì)于變形和開(kāi)裂的適應(yīng)性，提高尺寸穩(wěn)定性和耐根穿刺效果[4]。在兩者復(fù)合時(shí)，將銅箔或鍍銅氈置于上層，聚酯胎置于下層，可以避免聚酯胎被植物根系破壞。

2.阻根劑改性防水卷材

阻根劑改性防水卷材是通過(guò)在改性瀝青中添加化學(xué)阻根劑來(lái)實(shí)現(xiàn)阻止植物根系穿透的功能。這類防水卷材通常以聚酯纖維作為卷材胎基，涂蓋料為添加阻根劑的改性瀝青，上下表面覆蓋有隔離材料。目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的化學(xué)阻根劑主要為國(guó)外產(chǎn)品，如德國(guó)朗盛的PREVENTOL? B2/B5或奧地利霍夫曼的HerbiTECT?等。常見(jiàn)的化學(xué)阻根劑有銅系阻根劑和苯氧丙酸類阻根劑。

(1)銅系阻根劑

銅系類阻根劑主要成分是銅鹽混合物或者銅復(fù)合物，如氧化銅、硫酸銅、碳酸銅等，銅離子被根系吸收后，與蛋白質(zhì)結(jié)合形成“根瘤”，影響根系頂端分生組織的生長(zhǎng)，導(dǎo)致植物產(chǎn)生的生長(zhǎng)素減少，抑制植物主根生長(zhǎng)，刺激側(cè)根生長(zhǎng)。

直接添加銅系阻根劑可能造成銅元素溢出，導(dǎo)致環(huán)境被污染。為解決這一問(wèn)題，可采用負(fù)載銅的納米粒子或銅絡(luò)合物等。湖北工業(yè)大學(xué)先后研制了四氧化三鐵載銅納米粒子阻根劑、氧化鋁載銅納米粒子阻根劑以及有機(jī)酸銅化合物阻根劑等，具有載銅量高、用途廣等特點(diǎn)，可以減少阻根劑的添加量，克服了金屬銅和單一銅的粒子的缺點(diǎn)，增強(qiáng)了卷材的耐久性[5,6]。陳威等[7]還研發(fā)了一種表面鍍銅的玻璃纖維作為增強(qiáng)材料和阻根劑，大大降低了銅的用量，節(jié)約制造成本，同時(shí)提高了防水材料的力學(xué)強(qiáng)度。

(2)苯氧丙酸酯類阻根劑

苯氧丙酸酯類阻根劑是市售阻根劑的主要類型，如二縮三乙二醇雙2-(4-氯-2-甲基苯氧基)丙酸酯、2-(4-氯-2-甲基苯氧基)丙酸異辛酯、2-(4-氯-2-甲基苯氧基)丙酸正辛酯等[8]。這類阻根劑可以促進(jìn)植物根系角質(zhì)層的增長(zhǎng)，限制根系對(duì)于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和運(yùn)輸，從而達(dá)到阻止根系破壞防水層的目的。苯氧丙酸酯類阻根劑具有廣譜阻根、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

市售苯氧丙酸酯類阻根劑主要依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品較少。朱月泉等[9]以乳酸乙酯為原料，經(jīng)過(guò)磺化、醚化、酯交換等三步反應(yīng)后制備得到了2-(4-氯-2-甲基苯氧基)丙酸正辛酯，制備過(guò)程操作簡(jiǎn)便，降低了原料成本和能耗，提高了收率。陳順等[10]用棉纖維負(fù)載苯氧丙酸酯類阻根劑，具有高負(fù)載量，且與瀝青之間的相互作用可以提高瀝青的抗拉強(qiáng)度，避免瀝青裂紋的形成和擴(kuò)展。

(3)阻根劑的含量檢測(cè)

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《種植屋面用耐根穿刺防水卷材》（GB/T 35468—2017）中規(guī)定了耐根穿刺性能檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法試驗(yàn)周最短為2年。較長(zhǎng)的檢測(cè)周期導(dǎo)致廠家在耐根穿刺性能試驗(yàn)通過(guò)后，后續(xù)生產(chǎn)的耐根穿刺防水卷材中阻根劑添加量可能不足。對(duì)此，中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)和中國(guó)建筑防水協(xié)會(huì)聯(lián)合發(fā)布了協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《瀝青基耐根穿刺防水卷材阻根劑含量試驗(yàn)方法》（T/CBMF 49—2019/T/CWA 301—2019），采用液相色譜法對(duì)瀝青基耐根穿刺防水卷材中的單一化合物類阻根劑和聚合物類阻根劑含量進(jìn)行檢測(cè)[11]。付登升等[12]提出了采用沉淀滴定法檢測(cè)耐根穿刺防水卷材中阻根劑含量，該方法操作簡(jiǎn)單、投資少，適合企業(yè)內(nèi)部質(zhì)檢使用，但同時(shí)對(duì)樣品和空白樣的一致性要求高，不適合作為第三方檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.復(fù)合型阻根防水卷材

為了確保屋頂綠化用耐根穿刺改性瀝青防水卷材的阻根效果，可以將銅胎基或復(fù)合銅胎基與化學(xué)阻根劑組合使用，實(shí)現(xiàn)雙重的阻根效果。

羅偉新等[13]制備了一種耐根穿刺改性SBS改性瀝青防水卷材，具有聚酯復(fù)合銅箔胎基，同時(shí)該防水卷材分為主體區(qū)和搭接區(qū)，在搭接區(qū)的改性瀝青中添加化學(xué)阻根劑，防止根系穿透接縫部，實(shí)現(xiàn)物理和化學(xué)的雙重阻根。銀川綜合客運(yùn)樞紐擴(kuò)建工程地下車(chē)庫(kù)種植頂板也使用了復(fù)合銅胎基防水卷材，金屬銅箔和聚酯無(wú)紡布復(fù)合制成胎基，兩面涂蓋添加阻根劑的聚合物改性瀝青，覆以隔離材料制成，在施工過(guò)程中再輔以水性非固化橡膠瀝青防水涂料，降低滲漏和竄水風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)植物的良好種植[14]。

4.其他類型屋頂綠化用防水卷材

根據(jù)不同的施工環(huán)境和性能需求，可賦予屋頂綠化用防水卷材不同的額外性能，如自粘性、自修復(fù)性、阻燃性等，滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

王雙等[15]生產(chǎn)了一種耐根穿刺TPO自粘復(fù)合防水卷材，由PET鍍鋁膜隔離層、添加有化學(xué)阻根劑的高聚物改性瀝青自粘層、粘結(jié)層和可以實(shí)現(xiàn)物理抗根的TPO卷材層組成，并在實(shí)際施工應(yīng)用中取得了良好的效果。曹海濤等[16]研發(fā)了一種自粘施工的改性瀝青耐根穿刺防水卷材，包括有表面層、改性瀝青層、復(fù)合銅胎基芯層、自粘層和隔離膜，通過(guò)自粘法冷施工實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

沈?qū)W明等[17]制備了一種自修復(fù)阻根防水卷材，包括有上下隔離層、添加有化學(xué)阻根劑的非固化橡膠層、高分子層和金屬芯層，非固化橡膠層與空氣長(zhǎng)期解除后不固化，可自動(dòng)尋找漏水部分修復(fù)已損壞的防水層，具有自修復(fù)、耐刺穿、耐老化等特點(diǎn)，適用于屋頂綠化防水層，可確保整個(gè)防水系統(tǒng)的長(zhǎng)期完整性。李馳昊等[18]制備了一種自修復(fù)高分子防水卷材，將硅橡膠和化學(xué)阻根劑混合并用微膠囊進(jìn)行包裹得到有機(jī)硅預(yù)聚體，將有機(jī)硅預(yù)聚體涂覆在高分子層表面形成自修復(fù)層。通過(guò)采用微膠囊技術(shù)為防水卷材提供自修復(fù)功能，采用化學(xué)阻根劑提供阻根性能，同時(shí)即便被植物根系刺穿后也可以快速進(jìn)行修復(fù)，保障良好的防水性。

通過(guò)在改性瀝青或高分子涂覆材料中添加阻燃劑，還可以賦予耐根穿刺防水卷材阻燃耐火性能，提高防水卷材的安全性。仇立靜等[19]制備了一種阻燃型耐根穿刺防水卷材，以高分子樹(shù)脂和瀝青為基材，添加化學(xué)阻根劑和阻燃劑，其中阻燃劑選擇有機(jī)阻燃劑和無(wú)機(jī)阻燃劑復(fù)配，在遇明火時(shí)可以形成致密碳層隔絕氧氣，實(shí)現(xiàn)離火自熄。此外，還可以選擇在銅胎基或復(fù)合銅胎基防水卷材中設(shè)置單獨(dú)的阻燃層或耐高溫層，實(shí)現(xiàn)更好的阻燃和耐根穿刺效果。

除上述性能外，屋頂綠化用耐根穿刺的防水卷材的耐霉菌性能[20]、耐鹽堿性能等也逐漸引起業(yè)界的關(guān)注。

5.總結(jié)

在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下，屋頂綠化是建筑行業(yè)降低能耗和減少碳排放的重要手段。使用耐根穿刺屋頂綠化用防水卷材能夠有效地降低建筑物的能耗，提高城市綠化面積，其綠色環(huán)保的特點(diǎn)也符合綠色建筑的要求。目前我國(guó)已有多種不同類型的屋頂綠化用防水卷材可以滿足不同地域、不同應(yīng)用場(chǎng)景的需要，但對(duì)于防水卷材用化學(xué)阻根劑的自研還相對(duì)薄弱，對(duì)于復(fù)雜環(huán)境下使用的特種耐根穿刺防水卷材相對(duì)較少，防水卷材的綜合性能仍有進(jìn)一步提高的需求。