一种高焊接强度tpo防水卷材及其制备方法
【专利摘要】一种高焊接强度TPO防水卷材及其制备方法，属于防水建材【技术领域】。高焊接强度TPO防水卷材层的配方是由茂金属烯烃聚合物、TPO树脂、阻燃剂、填料、抗氧剂、光稳定剂、颜料按照一定重量份数组合而成，其中按重量份数的配方为：茂金属烯烃聚合物10-50份、TPO树脂50-90份、阻燃剂5-50份、填料0-50份、抗氧剂和加工助剂0.01-5份、光稳定剂0.01-5份、颜料0-8份，茂金属烯烃聚合物+TPO树脂为100份。本发明TPO防水卷材焊接强度增大并且具有优异的节能特性和耐候性能。
【专利说明】一种高焊接强度TPO防水卷材及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于防水建材【技术领域】，具体涉及一种高焊接强度ΤΡ0防水卷材及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 相对于叠层和多层屋面防水系统，单层屋面是指以三元乙丙（EPDM)、聚氯乙烯 (PVC)或热塑性聚烯烃（ΤΡ0)等高分子防水卷材外露使用，采用机械固定、满粘或空铺压顶 等方法进行施工的屋面系统，具有结构简单、自重轻、施工快捷、易检修、长期性价比优等特 点，广泛应用于体育场馆、展览馆、机场、工业厂房、商场、医院等工程项目。
[0003] 然而，由于材料结构特性和工艺技术原因，并不是所有高分子防水卷材都能令人 满意。例如，EPDM防水卷材自粘性较差，特别是硫化交联后自身粘接性更差，几乎难以找到 满足性能要求（如足够大的粘结强度、抗氧化、耐水解和耐化学腐蚀等）的胶黏剂，并且接 缝达到足够粘结强度所需时间较长（室温下需2-7天）、操作环境较差（溶剂挥发）、成本 较高。热风焊接即是利用温度和速度程序可控的焊接机在两片卷材热焊接面连续输出一定 温度的热风，使界面处聚合物皮层轻微熔融，随后在一定压力下将其压实、冷却熔接在一起 的一种接缝搭接技术。PVC和ΤΡ0防水卷材搭接缝均采用热风焊接处理，摒弃了传统胶黏剂 粘结处理方法。在工程应用过程中发现，PVC热焊接过程中常产生大量烟雾且释放出有毒 气体，对人体健康影响较大，而ΤΡ0防水卷材无上述现象，但有时存在虚焊、烧穿/烧焦等现 象。
[0004] 典型的ΤΡ0树脂是由聚烯烃（如聚丙烯）与烯烃共聚物弹性体（如乙丙橡胶ΕΡΜ 或EPDM)经反应釜原位聚合混合或熔融共混制备而成；它既具有类似ΕΡΜ橡胶的高弹性、 低温柔韧性和耐候性，又具有热塑性塑料的热加工性和耐高温性等。从施工角度考虑，无论 是反应釜原位聚合混合型还是熔融共混型ΤΡ0防水卷材均期望具有较宽的热焊接窗口（温 度一速率匹配性）、较高的接缝剥离强度。
[0005] 通过对聚烯经催化剂体系分析可知，传统的Ziegler-Natta催化体系属于多活性 催化聚合，制备的聚合物分子量分布较宽，约为4-8左右，而茂金属催化体系属于单活性催 化体系，分子量分布较窄，约为2-2. 5左右，因此同种材料分子量分布越宽，低分子量的低 聚物含量相对越多。针对这种情况下，卷材在热焊接和长期使用过程中，低分子量的低聚物 受热后极不稳定，易向热焊接表面迁移，在熔体复合相界面处形成缺陷点，影响卷材热焊接 效果、剥离强度及力学强度，进而降低材料的抗风揭能力。因此，有效抑制或减少低分子量 低聚合物向热焊接面的迁移，是制备具有高焊接强度ΤΡ0防水卷材的关键之一。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于利用茂金属烯烃聚合物的窄分子量分布特性制备一种高焊接 强度的ΤΡ0防水卷材，解决上述技术中存在的问题。
[0007] 本发明一种高焊接强度ΤΡ0防水卷材，其特征在于，卷材结构可以为仅含高焊接 强度TPO防水卷材层的均质型防水卷材，也可以为上表面和底面均为高焊接强度TPO防水 卷材层、中间为网格布增强层的增强型防水卷材。
[0008] 本发明所述的一种高焊接强度ΤΡ0防水卷材层的配方是由茂金属烯烃聚合物、 ΤΡ0树脂、阻燃剂、填料、抗氧剂、光稳定剂、颜料按照一定重量份数组合而成，其中按重量份 数的配方为：
[0009] 茂金属烯烃聚合物：10-50份 ΤΡ0树脂： 50-90份 阻燃剂： 5-50份 填料： 0-50份 抗氧剂和加工助剂：0. 01-5份 光稳定剂： 0.01-5份 颜料： 0-8份 茂金属烯烃聚合物+ΤΡ0树脂为100份。
[0010] 一种高焊接强度ΤΡ0防水卷材中所述茂金属烯烃聚合物和ΤΡ0树脂二者均可作为 ΤΡ0防水卷材的基体材料，通常二者在配方中的用量之和为100份。
[0011] 一种高焊接强度ΤΡ0防水卷材中所述ΤΡ0树脂至少包括主链中含乙烯链节 (-ch2-ch 2-)或/和丙烯链节（-CH3CH-CH2-)单元的聚烯烃，可以为但不限制于诸如反应釜 聚合型热塑性聚烯烃、丙烯和/或乙烯与含有c 3-c8的烯烃单体经茂金属催化剂或/和齐格 勒一纳塔催化剂催化制备而成丙烯-α -烯烃共聚物和乙烯-α -烯烃共聚物中的一种或几 种；优选c3-c8烯烃共聚单体包括1-丙烯、异丁烯、1- 丁烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊 烯中的一种或几种。
[0012] 一种高焊接强度ΤΡ0防水卷材配方中所述的茂金属烯烃聚合物是由丙烯和/或乙 烯与含有c 3-c2(l的烯烃单体经茂金属催化剂催化聚合而成的烯烃共聚物，合适的c3-c 2(l的 烯经共聚单体选自1-丙烯、异丁烯、1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、1-辛烯、苯乙烯中 的一种或几种。这类茂金属烯烃聚合物可以为但不限制于茂金属线性低密度聚乙烯、茂金 属线性高密度聚乙烯、茂金属低密度聚乙烯、茂金属聚丙烯基弹性体、茂金属聚乙烯基弹性 体中的一种或几种。
[0013] 一种高焊接强度ΤΡ0防水卷材配方中所述的阻燃剂在于提高ΤΡ0防水卷材的阻燃 性能，可以为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸盐类、碳酸镁水合物、磷一氮一硅复合阻燃剂、磷系 阻燃剂、云母、二氧化硅、珍珠岩、蛭石、氧化锑中的一种和一种以上组合。
[0014] 一种高焊接强度ΤΡ0防水卷材配方中所述的填料可以为碳酸钙、方解石、滑石粉 中的一种和一种以上组合。
[0015] 一种高焊接强度ΤΡ0防水卷材配方中所述的抗氧剂可以为受阻酚类抗氧剂、芳香 胺类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种和一种以上组合。
[0016] 一种高焊接强度ΤΡ0防水卷材配方中所述的颜料包为二氧化钛、炭黑、氧化铁、普 鲁士蓝、硅酸铅、单偶氮、双偶氮、酞靑中的一种和一种以上组合。
[0017] 本发明所述的一类高热焊接强度ΤΡ0防水卷材厚度为1. 2mm-2. 0_，结构可以为 仅含ΤΡ0防水卷材层（称为均质型ΤΡ0卷材），也可为由ΤΡ0防水卷材表面层、中间网格布、 ΤΡ0防水卷材底面层构成（称为增强型ΤΡ0卷材），其中ΤΡ0防水卷材表面层可以为白色或 彩色。
[0018] -种高焊接强度ΤΡ0防水卷材的制备方法，生产工艺如下：
[0019] a) ΤΡ0复合料母粒制备：根据高焊接强度ΤΡ0防水卷材层配方，首先将所有配方原 材料在混合设备中混合均匀；接着将混合均匀的复合料利用搅拌设备输送到双螺杆挤出机 造粒设备中，挤出、牵引、冷却、造粒、烘干、收集，双螺杆挤出机的机筒设定温度为165°C - 230°C，切粒速率为100转/分钟一400转/分钟；
[0020] b)均质型防水卷材挤出：将a)获得母粒利用挤出机直接挤出并经三辊轧光辊轧 光，随后经冷却、纠偏、切边、裁剪、收卷、包装制备成均质型ΤΡ0卷材；
[0021] 增强型防水卷材挤出：利用a)获得母粒分别挤出表面层和底面层，其中底面层先 与网格布在三辊轧光辊热压复合，随后经冷却后进入另一三辊轧光辊与ΤΡ0表面层热压复 合，随后经冷却、纠偏、切边、裁剪、收卷、包装制备成增强型卷材，片材挤出机温度160°c- 240°C，转速为100转/分钟一500转/分钟。
[0022] -种高焊接强度ΤΡ0防水卷材热焊接试验：采用的焊接设备是由瑞士 Leister公 司产的热空气焊接机（型号CH-6060,室温一620°C，0. 5m/min-5m/min);焊接方法：首先裁 取200mmX300mm的样片，接着用无水乙醇将卷材焊接面擦拭干净；随后，采用热空气焊接 机在岩棉操作台上将两片卷材搭接边焊接密实，并用钩子检查焊接缝的密实性，有无虚焊、 漏焊现象。冷却后，裁取200mmX 50mm的试片，根据GB/T328. 21-2007高分子卷材接缝剥离 强度所述测试方法进行测试。
[0023] 本发明所述的一种高焊接强度ΤΡ0防水卷材及其制备方法，具有以下性能特 点：ΤΡ0防水卷材在350°C - 620°C范围内可焊接，焊接强度最大800N/50mm(均质型）、 1500N/50mm(增强型），其白色制品具有优异的节能特性和耐候性能。
[0024] 具体实施方法
[0025] 应当指出的是：以下实例仅用以说明而并非限制本发明所描述的技术方案，一切 不脱离精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之内。
[0026] 实施例1
[0027] 一种高热焊接强度ΤΡ0防水卷材（均质型）的配方为：
[0028] 茂金属烯烃聚合物：茂金属线性低密度聚乙烯 15份 ΤΡ0树脂：反应釜聚合型热塑性聚烯烃 85份 阻燃剂：氢氧化镁 7份 填料：碳酸興 28份 抗氧剂和加工助剂：抗氧剂1010和抗氧剂168 0.5份 光稳定剂：受阻胺类复合光稳定剂 〇. 3份 颜料包：二氧化钛和色母料 3. 5份
[0029] 实施例2
[0030] -种高热焊接强度ΤΡ0防水卷材（均质型）的配方为：
[0031] 茂金属烯烃聚合物：茂金属线性低密度聚乙烯和聚丙烯基弹性体 30份 ΤΡ0树脂：反应釜聚合型热塑性聚烯烃 70份 阻燃剂：氢氧化镁和氢氧化铝 35份 填料：碳酸钙 10份 抗氧剂和加工助剂：抗氧剂1010和抗氧剂168 0.8份 光稳定剂： 1. 2份
[0032] 颜料包：二氧化钛 2份
[0033] 实施例3
[0034] 一种高热焊接强度ΤΡ0防水卷材（均质型）的配方为：
[0035] 茂金属聚合物：茂金属聚丙烯基弹性体 50份 ΤΡ0树脂：热塑性弹性体和聚丙烯 50份 阻燃剂：P-N-Si复合阻燃剂 20份 填料：超细方解石 10份 抗氧剂和加工助剂：抗氧剂1010和抗氧剂168 0. 8份 光稳定剂： 1. 2份 颜料包：二氧化钛 2份
[0036] 制备方法：
[0037] a)实施例1-3配方的ΤΡ0复合料母粒制备。根据ΤΡ0卷材造粒配方，首先将所有 造粒配方原材料在混合设备中混合均匀；接着将混合均匀的复合料利用搅拌设备输送到双 螺杆挤出机造粒设备中，挤出、牵引、冷却、造粒、烘干、收集。双螺杆挤出机的机筒设定温度 为165°C-200°C，切粒速率为300转/分钟。
[0038] b)实施例1-3均质型ΤΡ0防水卷材挤出。将a)获得ΤΡ0母粒根据卷材配方，利用 挤出机直接挤出并经三辊轧光辊轧光，随后经冷却、纠偏、切边、裁剪、收卷、包装制备成均 质型ΤΡ0卷材，编号分别为1#、2#、3#。
[0039] 实施例4
[0040] 增强型ΤΡ0防水卷材挤出。将实施例2中ΤΡ0配方作为ΤΡ0卷材表面层和以实施 例1中ΤΡ0配方为卷材底面层分别采用挤出机挤出，其中底面层先与网格布在三辊轧光辊 热压复合，随后经冷却后进入另一三辊轧光辊与ΤΡ0表面层热压复合，随后经冷却、纠偏、 切边、裁剪、收卷、包装制备成增强型ΤΡ0卷材4#。片材挤出机温度160°C-240°C，转速为 350转/分钟。
[0041] 实施例5
[0042] 将实施例3中ΤΡ0配方作为ΤΡ0卷材表面层和以实施例1中ΤΡ0配方为卷材底面 层分别采用挤出机挤出，其中底面层先与网格布在三辊轧光辊热压复合，随后经冷却后进 入另一三辊轧光辊与TPO表面层热压复合，随后经冷却、纠偏、切边、裁剪、收卷、包装制备 成增强型TPO卷材5#。
[0043] 试样热焊接试验方法：
[0044] 裁取200mmX300mm的样片，接着用无水乙醇将卷材焊接面擦拭干净；随后，采用 热空气焊接机在岩棉操作台上将两片卷材搭接边焊接密实，并用钩子检查焊接缝的密实 性，有无虚焊、漏焊现象。冷却后，裁取200mmX 50mm的试片，利用拉力试验机，进行剥离强 度测试，剥离速率为l〇〇mm/min。
[0045] 拉伸强度采用GB/T528-2009中I型方法进行测试，拉伸速率为250mm/min ;接缝 剥离强度按照GB/T328. 21 - 2007建筑防水卷材试验方法第21部分：高分子防水卷材接缝 剥离性能测试，速率为l〇〇mm/min。
[0046] 表1 TPO防水卷材性能列表（总厚为1. 5mm)
[0047]
【权利要求】
1. 一种高焊接强度TPO防水卷材，其特征在于，卷材结构为仅含高焊接强度TPO防水卷 材层的均质型防水卷材，或为上表面和底面均为高焊接强度ΤΡ0防水卷材层、中间为网格 布增强层的增强型防水卷材； 高焊接强度ΤΡ0防水卷材层的配方是由茂金属烯烃聚合物、ΤΡ0树脂、阻燃剂、填料、抗 氧剂、光稳定剂、颜料按照一定重量份数组合而成，其中按重量份数的配方为： 茂金属烯烃聚合物：10-50份 ΤΡ0树脂： 50-90份 阻燃剂： 5-50份 填料： 0-50份 抗氧剂和加工助剂：0.01-5份 光稳定剂： 0.01-5份 颜料： 0-8份 茂金属烯烃聚合物+ΤΡ0树脂为100份。
2. 按照权利要求1的一种高焊接强度ΤΡ0防水卷材，其特征在于，ΤΡ0树脂至少包括主 链中含乙烯链节或/和丙烯链节单元的聚烯烃。
3. 按照权利要求2的一种高焊接强度ΤΡ0防水卷材，其特征在于，ΤΡ0树脂为反应釜 聚合型热塑性聚烯烃、丙烯和/或乙烯与含有C 3-C8的烯烃单体经茂金属催化剂或/和齐格 勒一纳塔催化剂催化制备而成丙烯-α -烯烃共聚物和乙烯-α -烯烃共聚物中的一种或几 种；C3_C8烯经共聚单体选自1-丙烯、异丁烯、1- 丁烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯中 的一种或几种。
4. 按照权利要求1的一种高焊接强度TP0防水卷材，其特征在于，茂金属烯烃聚合物是 由丙烯和/或乙烯与含有C3-C 2(l的烯烃单体经茂金属催化剂催化聚合而成的烯烃共聚物。
5. 按照权利要求4的一种高焊接强度TP0防水卷材，其特征在于，C3-C2(l的烯烃共聚单 体选自1-丙烯、异丁烯、1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、1-辛烯、苯乙烯中的一种或几 种。
6. 按照权利要求4的一种高焊接强度TP0防水卷材，其特征在于，茂金属烯烃聚合物为 茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属线性高密度聚乙烯、茂金属低密度聚乙烯、茂金属聚丙烯 基弹性体、茂金属聚乙烯基弹性体中的一种或几种。
7. 按照权利要求1的一种高焊接强度TP0防水卷材，其特征在于，阻燃剂为氢氧化镁、 氢氧化铝、硼酸盐类、碳酸镁水合物、磷一氮一硅复合阻燃剂、磷系阻燃剂、云母、二氧化硅、 珍珠岩、蛭石、氧化锑中的一种和一种以上组合。
8. 按照权利要求1的一种高焊接强度TP0防水卷材，其特征在于，填料为碳酸钙、方解 石、滑石粉中的一种和一种以上组合； 抗氧剂可以为受阻酚类抗氧剂、芳香胺类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂 中的一种和一种以上组合； 颜料包为二氧化钛、炭黑、氧化铁、普鲁士蓝、硅酸铅、单偶氮、双偶氮、酞靑中的一种和 一种以上组合。
9.制备权利要求1的一种高焊接强度TPO防水卷材的方法，其特征在于，包括以下步 骤： a) ΤΡ0复合料母粒制备：根据高焊接强度ΤΡ0防水卷材层配方，首先将所有配方原材 料在混合设备中混合均匀；接着将混合均匀的复合料利用搅拌设备输送到双螺杆挤出机 造粒设备中，挤出、牵引、冷却、造粒、烘干、收集，双螺杆挤出机的机筒设定温度为165°C- 230°C，切粒速率为100转/分钟一400转/分钟； b) 均质型防水卷材挤出：将a)获得母粒利用挤出机直接挤出并经三辊轧光辊轧光，随 后经冷却、纠偏、切边、裁剪、收卷、包装制备成均质型TP0卷材； 增强型防水卷材挤出：利用a)获得母粒分别挤出表面层和底面层，其中底面层先与 网格布在三辊轧光辊热压复合，随后经冷却后进入另一三辊轧光辊与TP0表面层热压复 合，随后经冷却、纠偏、切边、裁剪、收卷、包装制备成增强型卷材，片材挤出机温度160°C - 240°C，转速为100转/分钟一500转/分钟。
【文档编号】C08L23/00GK104194114SQ201410438185
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】韩忠强, 田凤兰, 段文峰 申请人:北京东方雨虹防水技术股份有限公司