热塑性聚烯烃防水卷材及其制备方法与流程

1.本技术属于防水卷材技术领域，具体涉及一种热塑性聚烯烃防水卷材及其制备方法。


背景技术：

2.热塑性聚烯烃防水卷材综合了epdm(三元乙丙橡胶)和pvc(聚氯乙烯热塑性弹性体)的性能优点，具有前者的耐候能力、低温柔度和后者的可焊接特性，同时还具有长久的使用寿命和优异的防水性能等特点，可为工业建筑屋面提供持久安全的保护。
3.由于建筑物屋面平整度高，可利用面积大，是屋面分布式光伏电站安装的绝佳场所，但随着光伏电站投入运行年限增加以及现在市面上的热塑性聚烯烃防水卷材阻燃和耐高温性能较差，当逆变器中电子元器件出现老化、电缆破裂、触点松动、燃烧跌落等问题时，易烫坏热塑性聚烯烃防水卷材，产生漏水点，甚至引发火灾。因此，作为紧贴光伏元器件的热塑性聚烯烃防水卷材的阻燃和耐高温性能亟待提高。


技术实现要素：

4.鉴于此，本技术提供一种热塑性聚烯烃防水卷材及其制备方法，旨在解决热塑性聚烯烃防水卷材阻燃和耐高温性能不佳的问题。
5.本技术第一方面提供了一种热塑性聚烯烃防水卷材，包括按重量份计的如下组份：
6.热塑性聚烯烃，50重量份；
7.阻燃填料，15-30重量份；
8.有机硅橡胶，16-26重量份；
9.交联剂，2-6重量份；
10.补强填料，10-25重量份；
11.偶联剂，1-3重量份；
12.光稳定剂，1-5重量份；
13.抗氧剂，0.5-1.2重量份；
14.钛白粉，2-5重量份。
15.根据本技术第一方面的实施例，上述阻燃填料选自氮系阻燃剂、磷系阻燃剂和无机盐类阻燃剂中的一种或多种。
16.根据本技术第一方面的实施例，上述有机硅橡胶选自二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶和甲基乙烯基苯基硅橡胶中的一种或多种。
17.根据本技术第一方面的实施例，上述交联剂选自2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、2,4-二氯过氧化苯甲酰和过氧化二异丙苯中的一种或多种。
18.根据本技术第一方面的实施例，上述补强填料选自气相白炭黑、碳酸钙、碳酸镁和氧化锌中的一种或多种，其中，所述气相白炭黑的比表面积≥200m2/g。
19.根据本技术第一方面的实施例，上述偶联剂选自3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰基丙基三甲氧基硅烷的一种或多种。
20.根据本技术第一方面的实施例，上述光稳定剂选自天罡hs-200、光稳定剂944和光稳定剂770中的一种或多种。
21.根据本技术第一方面的实施例，上述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、芳香胺类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种。
22.本技术第二方面提供了一种热塑性聚烯烃防水卷材的制备方法，包括：将所述热塑性聚烯烃、阻燃填料、有机硅橡胶、交联剂、补强填料、偶联剂、光稳定剂、抗氧剂和钛白粉混合，搅拌、挤出、冷却，得到所述热塑性聚烯烃防水卷材。
23.根据本技术的第二方面的实施例，上述搅拌时长为20-40min，所述挤出温度为185-210℃。
24.与现有技术相比，本技术至少具有以下有益效果：
25.(1)本技术提供的热塑性聚烯烃防水卷材具有优异的阻燃和耐高温性能，从而保证了热塑性聚烯烃防水卷材在屋面光伏系统长时间使用过程中的安全可靠性。
26.本技术通过改进热塑性聚烯烃防水卷材的配方体系，在阻燃填料、有机硅橡胶、交联剂等各组分的协同作用下，使卷材内部产生具有阻燃和耐高温性能的改性包覆层，该改性包覆层可对热塑性聚烯烃高分子链和阻燃填料等组分进行缠绕包裹，进而优化卷材内部的骨架结构，进一步提高热塑性聚烯烃防水卷材的阻燃和耐高温性能。
27.(2)本技术提供的热塑性聚烯烃防水卷材的制备方法简单易行，对设备要求低，能很好兼容现有工艺，极具大规模应用潜力。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。
29.图1为热塑性聚烯烃防水卷材的结构示意图。
30.附图标记说明：
31.10：热塑性聚烯烃防水卷材；11：热塑性聚烯烃高分子链；12：改性包覆层；13：阻燃填料。
具体实施方式
32.为了使本技术的申请目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本技术，并非为了限定本技术。
33.为了简便，本技术仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但
是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
34.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中的“多种”的含义是两种及其两种以上。
35.本技术的上述申请内容并不意欲描述本技术中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。
36.随着光伏电站投入运行年限的增加以及热塑性聚烯烃防水卷材阻燃和耐高温性能较差，热塑性聚烯烃防水卷材在实际应用中，极易因电子元器件老化、电缆破裂、触点松动、燃烧跌落等问题，使热塑性聚烯烃防水卷材被烫坏，产生漏水点，甚至引发火灾等问题。
37.基于此，发明人进行了大量的研究，旨在提供一种具备优异的阻燃和耐高温性能的热塑性聚烯烃防水卷材。
38.热塑性聚烯烃防水卷材
39.本技术第一方面的实施例提供的热塑性聚烯烃防水卷材，包括按重量份计的如下组份：
40.热塑性聚烯烃，50重量份；
41.阻燃填料，15-30重量份；
42.有机硅橡胶，16-26重量份；
43.交联剂，2-6重量份；
44.补强填料，10-25重量份；
45.偶联剂，1-3重量份；
46.光稳定剂，1-5重量份；
47.抗氧剂，0.5-1.2重量份；
48.钛白粉，2-5重量份。
49.根据本技术实施例的热塑性聚烯烃防水卷材10具备优异的阻燃和耐高温性能，可保证热塑性聚烯烃防水卷材在屋面光伏系统长时间使用过程中的安全可靠性。
50.根据本技术的实施例，首先，热塑性聚烯烃防水卷材中的阻燃填料13可以赋予防水卷材阻燃性能，其次，交联剂在加热时可分解产生自由基，这些自由基能引发有机硅橡胶中自由基发生链反应，使线型的分子链之间产生化学键并连接在一起形成三维交联网状结构，即改性包覆层12，该改性包覆层可对热塑性聚烯烃高分子链11和阻燃填料13等组分进行缠绕包裹，从而在阻燃填料和改性包覆层的协同作用下，进一步提高热塑性聚烯烃防水卷材的阻燃和耐高温性。此外，有机硅橡胶加入到热塑性聚烯烃防水卷材中不仅可以增强阻燃和耐高温性，还可改善防水卷材表面的光滑性、加工性能和力学性能。
51.在一些实施例中，热塑性聚烯烃防水卷材可以包括按重量份计的如下组份：热塑性聚烯烃，50重量份；阻燃填料，20-25重量份；有机硅橡胶，20-24重量份；交联剂，3-5重量份；补强填料，15-20重量份；偶联剂，1-3重量份；光稳定剂，1-4重量份；抗氧剂，0.6-1.0重量份；钛白粉，3-5重量份。
52.在一些实施例中，阻燃填料可以选自氮系阻燃剂、磷系阻燃剂和无机盐类阻燃剂中的一种或多种。
53.在一些实施例中，阻燃填料可以选自三聚氰胺、红磷、磷酸酯、氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌和氧化锑中的一种或多种。例如，阻燃填料可以是红磷，也可以是氢氧化镁，还可以是硼酸锌，或者是由氢氧化镁和氢氧化铝组成的混合物。阻燃填料也可以是以上任意一种阻燃填料或以上任意多种阻燃填料组成的混合物。
54.根据本技术的实施例，上述阻燃填料为添加型阻燃剂，可通过机械混合的方法加入到热塑性聚烯烃中，从而赋予防水卷材良好的阻燃性能。其中，红磷与氢氧化镁复配使用，制成复合型磷/镁阻燃填料，可使阻燃填料用量大幅降低，从而改善防水卷材的加工性能和物理机械性能。
55.在一些实施例中，有机硅橡胶可以选自二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶和甲基乙烯基苯基硅橡胶中的一种或多种。
56.在一些实施例中，有机硅橡胶的分子量为200000-400000。
57.根据本技术的实施例，有机硅橡胶中的si-o键键能(370kj/mol)比c-c键能(240kj/mol)高，且分子链柔顺，因而使其具有较宽的工作温度范围、良好的耐高低温性能，并且耐臭氧及防潮性良好。上述有机硅橡胶在交联剂的作用下易发生交联，形成三维网状改性包覆层，该包覆层可对热塑性聚烯烃高分子链和阻燃填料进行缠绕包裹，进而提高热塑性聚烯烃防水卷材的阻燃和耐高温性能。200000-400000分子量的有机硅橡胶，在交联剂的作用下，可充分交联并形成良好的改性包覆层，且具有更加突出的阻燃和耐高温性能。若分子量高于400000，形成的改性包覆层会阻碍阻燃填料性能的发挥；若分子量低于200000，无法充分发挥阻燃填料和改性包覆层的协同作用，达不到良好的阻燃和耐高温性能。
58.在一些实施例中，有机硅橡胶为甲基乙烯基苯基硅橡胶，其中，苯基的摩尔含量为15-25％，符合上述苯基摩尔含量范围的甲基乙烯基苯基硅橡胶具有更突出的阻燃和耐烧蚀性能。
59.在一些实施例中，交联剂选自2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、2,4-二氯过氧化苯甲酰和过氧化二异丙苯中的一种或多种。
60.根据本技术的实施例，上述交联剂可充分使有机硅橡胶发生交联，形成网状大分子结构。在交联反应过程中，上述过氧化交联剂可分解产生自由基，这些自由基引发有机硅橡胶中自由基发生链反应，从而完成交联。
61.在一些实施例中，补强填料可以选自气相白炭黑、碳酸钙、碳酸镁和氧化锌中的一种或多种，其中，所述气相白炭黑的比表面积≥200m2/g。优选的，补强填料为气相白炭黑。
62.根据本技术的实施例，补强填料可以提高防水卷材的力学性能。上述补填料中的气相白炭黑是一种纳米级无机材料，由于其粒径较小，因此具有较大的比表面积，此外，由于其纳米效应，在材料体系中表现出卓越的补强、增稠、触变、消光、防流挂等性质。当气相白炭黑的比表面积≥200m2/g时，气相白炭黑在本技术的材料体系中分散性和相容性较好。
63.在一些实施例中，偶联剂可以选自3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰基丙基三甲氧基硅烷的一种或多种。例如，偶联剂可以是3-氨基丙基三乙氧基硅烷，也可以是乙烯基三乙氧基硅烷。偶联剂还可以是以上任意一种偶联剂或任意多种偶联剂组成的混合物。
64.根据本技术的实施例，上述偶联剂分子中含有化学性质不同的两个基团，一个是亲无机物的基团，易与体系中无机材料结合；另一个是亲有机物的基团，能与有机物质发生交联，进而改善无机材料与有机物质之间的界面作用，提高无机粒子在有机体系中的相容性和分散性。
65.在一些实施例中，上述光稳定剂可以选自天罡hs-200、光稳定剂944和光稳定剂770中的一种或多种。例如，光稳定剂可以是天罡hs-200，也可以是光稳定剂944，还可以是光稳定剂944和光稳定剂770组成的混合物。光稳定剂也可以是以上任意一种光稳定剂或以上任意多种光稳定剂组成的混合物。
66.根据本技术的实施例，上述光稳定剂在本材料体系中，可屏蔽或吸收紫外线的能量，猝灭单线态氧及将氢过氧化物分解成非活性物质等功能，使热塑型聚烯烃在光的辐射下，能排除或减缓光化学反应可能性，阻止或延迟光老化的过程，从而达到延长防水卷材使用寿命的目的。
67.在一些实施例中，抗氧剂可以选自受阻酚类抗氧剂、芳香胺类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种。
68.在一些实施例中，抗氧剂可以选自抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂b225和抗氧剂1330中的一种或多种。例如，抗氧剂可以是抗氧剂1010，也可以是抗氧剂1330，还可以是抗氧剂168和抗氧剂b225组成的混合物。抗氧剂也可以是以上任意一种抗氧剂或以上任意多种抗氧剂组成的混合物。
69.根据本技术的实施例，上述抗氧剂在防水卷材材料体系，可延缓或抑制热塑型聚烯烃氧化过程的进行，从而阻止防水卷材的老化并延长其使用寿命。
70.根据本技术的实施例，钛白粉作为无机化工颜料，是白色颜料中着色力最强的一种，具有优良的遮盖力和着色牢度。
71.根据本技术的实施例，热塑性聚烯烃防水卷材在各组分的协同作用下，不仅具有良好的阻燃和耐高温性，同时还具有优异的力学、抗氧化、抗老化及较长的使用寿命。
72.热塑性聚烯烃防水卷材的制备方法
73.本技术第二方面还提出了一种热塑性聚烯烃防水卷材的制备方法，包括以下步骤：将所述热塑性聚烯烃、阻燃填料、有机硅橡胶、交联剂、补强填料、偶联剂、光稳定剂、抗氧剂和钛白粉混合，搅拌、挤出、冷却，得到所述热塑性聚烯烃防水卷材。
74.在一些实施例中，将所述原料混合后，搅拌所用时长为22-40min，以使各组分充分混匀相容。
75.在一些实施例中，挤出温度可以是185-210℃。
76.根据本技术实施例的预铺防水卷材的制备方法，简单易行，对设备要求低，能很好兼容现有工艺，极具大规模应用潜力。
77.本技术提供的热塑性聚烯烃防水卷材具有良好的阻燃和耐高温性能；此外，还具有优异的防水、力学、抗氧化、抗老化及较长的使用寿命。因此，上述热塑性聚烯烃防水卷材作为整个工程防水的第一道屏障，可应用于建筑屋顶、墙体、隧道、公路以及垃圾填埋场等各种场所。
78.实施例
79.下述实施例更具体地描述了本技术公开的内容，这些实施例仅仅用于阐述性说
明，因为在本技术公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明，以下实施例中所报道的所有份、百分比、和比值都是基于重量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。
80.实施例1
81.制备热塑性聚烯烃防水卷材：将热塑性聚烯烃(basell ca10a)45重量份、阻燃填料(雅宝magnifin h5)15重量份、二甲基硅橡胶(山东东岳rtv107-2硅橡胶)16重量份、2,4-二氯过氧化苯甲酰2重量份、气相法白炭黑10重量份、乙烯基三甲氧基硅烷1重量份、天罡hs-200(巴斯夫2020)1重量份、抗氧剂1330 0.5重量份和钛白粉2重量份置于低速搅拌罐中，搅拌混合30min，上述混合物经真空吸料机吸料进入双螺杆挤出机，挤出机温度设定190℃，通过三辊压延机定型冷却，三辊设定温度35℃，得到热塑性聚烯烃防水卷材。
82.实施例2
83.制备热塑性聚烯烃防水卷材：将热塑性聚烯烃(basell ca10a)50重量份、阻燃填料(济南泰星硼酸锌ht-207)22重量份、甲基乙烯基硅橡胶(山东东岳110型硅橡胶)20重量份、过氧化二异丙苯4重量份、气相法白炭黑18重量份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷2重量份、天罡hs-200(巴斯夫2020)3重量份、抗氧剂1010 0.8重量份和钛白粉3.5重量份置于低速搅拌罐中，搅拌混合30min，上述混合物经真空吸料机吸料进入双螺杆挤出机，挤出机温度设定200℃，通过三辊压延机定型冷却，三辊设定温度40℃，得到热塑性聚烯烃防水卷材。
84.实施例3
85.制备热塑性聚烯烃防水卷材：将热塑性聚烯烃(basell x101h)60重量份、阻燃填料(艾迪科fp-2200)30重量份、甲基乙烯基苯基硅橡胶(山东东岳prv170硅橡胶)26重量份、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷6重量份、气相法白炭黑25重量份、乙烯基三乙氧基硅烷3重量份、光稳定剂944 5重量份、抗氧剂b225 1.2重量份和钛白粉5重量份置于低速搅拌罐中，搅拌混合30min，上述混合物经真空吸料机吸料进入双螺杆挤出机，挤出机温度设定205℃，通过三辊压延机定型冷却，三辊设定温度45℃，得到热塑性聚烯烃防水卷材。
86.对比例
87.对比例1
88.制备热塑性聚烯烃防水卷材：将热塑性聚烯烃(basell ca10a)50重量份、甲基乙烯基硅橡胶(山东东岳110型硅橡胶)20重量份、过氧化二异丙苯4重量份、气相法白炭黑18重量份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷2重量份、天罡hs-200(巴斯夫2020)3重量份、抗氧剂1010 0.8重量份和钛白粉3.5重量份置于低速搅拌罐中，搅拌混合30min，上述混合物经真空吸料机吸料进入双螺杆挤出机，挤出机温度设定200℃，通过三辊压延机定型冷却，三辊设定温度40℃，得到热塑性聚烯烃防水卷材。
89.对比例2
90.制备热塑性聚烯烃防水卷材：将热塑性聚烯烃(basell ca10a)50重量份、阻燃填料(济南泰星硼酸锌ht-207)22重量份、过氧化二异丙苯4重量份、气相法白炭黑18重量份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷2重量份、天罡hs-200(巴斯夫2020)3重量份、抗氧剂1010 0.8重量份和钛白粉3.5重量份置于低速搅拌罐中，搅拌混合30min，上述混合物经真空吸料机吸料进入双螺杆挤出机，挤出机温度设定200℃，通过三辊压延机定型冷却，三辊设定温度40
℃，得到热塑性聚烯烃防水卷材。
91.对比例3
92.制备热塑性聚烯烃防水卷材：将热塑性聚烯烃(basell ca10a)50重量份、阻燃填料(济南泰星硼酸锌ht-207)10重量份、甲基乙烯基硅橡胶(山东东岳110型硅橡胶)15重量份、过氧化二异丙苯1重量份、气相法白炭黑18重量份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷2重量份、天罡hs-200(巴斯夫2020)3重量份、抗氧剂1010 0.8重量份和钛白粉3.5重量份置于低速搅拌罐中，搅拌混合30min，上述混合物经真空吸料机吸料进入双螺杆挤出机，挤出机温度设定200℃，通过三辊压延机定型冷却，三辊设定温度40℃，得到热塑性聚烯烃防水卷材。
93.对比例1与实施例2的区别在于，对比例1中不含阻燃填料；对比例2与实施例2的区别在于，对比例2中不含有机硅橡胶，对比例3和实施例2的不同之处在于，对比例3中部分原料组分的重量份不再本技术所述的范围内。
94.测试部分
95.参照标准gb 27789-2011，将上述实施例1～3及对比例1～3中的热塑性聚烯烃防水卷材进行化学、物理力学性能的测试，实施例1～3及对比例1～3的测试结果如下表1所示。
96.由下表1的测试结果可知，本技术实施例1～3中的热塑性聚烯烃防水卷材的耐低温和高温性能均较优，且在-60℃下进行弯折无裂纹，热处理尺寸变化率低于0.45％，经热老化处理后的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率均较高。而对比例1、2和3中的热塑性聚烯烃防水卷材的低温弯折、热处理尺寸变化率、热老化处理后的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率均较实施例1～3的性能差，说明本技术实施例提供的热塑性聚烯烃防水卷材在一定重量份的各组分的协同作用下，具备良好的耐高低温以及耐老化性能。
97.表1实施例1～3及对比例1～3的测试结果
[0098][0099]
参照标准gb 8624-2012，将上述实施例1～3及对比例1～3中的热塑性聚烯烃防水卷材进行阻燃和耐高温性能的测试，实施例1～3及对比例1～3的测试结果如下表2所示。
[0100]
表2实施例1～3及对比例1～3的阻燃、耐高温测试结果
[0101][0102]
由表2测试结果可知，实施例1～3的热塑性聚烯烃防水卷材的阻燃级别为1级，且耐热温度在300℃下1h，仍无流淌、无变形。而对比例1在无阻燃填料存在的情况下，热塑性聚烯烃防水卷材的阻燃性和耐高温性能均较实施例1～3差，说明阻燃填料的添加有利于提高材料体系的阻燃和耐热性能。在对比例2不添加有机硅橡胶时，阻燃和耐热性能较低，说明对比例2中无法形成本技术材料体系中的三维网状结构，也就无法对热塑性聚烯烃分子链段和阻燃填料等组分进行缠绕包裹，导致对比例2中热塑性聚烯烃防水卷材的阻燃和耐高温性能较低。在对比例3中部分原料的重量份不在本技术所述的范围内时，热塑性聚烯烃防水卷材的阻燃级数为2级，且在在200℃下静置1h后，出现软化流淌，变形现象。
[0103]
综上所述，本技术通过改进热塑性聚烯烃防水卷材的配方体系，在阻燃填料、有机硅橡胶、交联剂等各组分的协同作用下，使卷材内部产生具有阻燃和耐高温性能的改性包覆层，进而优化卷材内部的骨架结构，提高热塑性聚烯烃防水卷材的阻燃和耐高温性能，从而保证热塑性聚烯烃防水卷材在屋面光伏系统长时间使用过程中的安全可靠性。
[0104]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。