CN104194114A - 一种高焊接强度tpo防水卷材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种高焊接强度TPO防水卷材及其制备方法

技术领域

本发明属于防水建材技术领域，具体涉及一种高焊接强度TPO防水卷材及其制备方法。

背景技术

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(TPO)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。

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TPO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TPO防水卷材无上述现象，但有时存在虚焊、烧穿/烧焦等现象。

典型的TPO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EPM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EPM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TPO防水卷材均期望具有较宽的热焊接窗口(温度—速率匹配性)、较高的接缝剥离强度。

通过对聚烯烃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TPO防水卷材的关键之一。

发明内容

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TPO防水卷材，解决上述技术中存在的问题。

本发明一种高焊接强度TPO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。

本发明所述的一种高焊接强度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：

一种高焊接强度TPO防水卷材中所述茂金属烯烃聚合物和TPO树脂二者均可作为TPO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。

一种高焊接强度TPO防水卷材中所述TPO树脂至少包括主链中含乙烯链节(-CH₂-CH₂-)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C₃-C₈的烯烃单体经茂金属催化剂或/和齐格勒—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。

一种高焊接强度TPO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C₃-C₂₀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-C₂₀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。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。

一种高焊接强度TPO防水卷材配方中所述的阻燃剂在于提高TPO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—氮—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。

一种高焊接强度TPO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。

一种高焊接强度TPO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。

一种高焊接强度TPO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。

本发明所述的一类高热焊接强度TPO防水卷材厚度为1.2mm-2.0mm，结构可以为仅含TPO防水卷材层(称为均质型TPO卷材)，也可为由TPO防水卷材表面层、中间网格布、TPO防水卷材底面层构成(称为增强型TPO卷材)，其中TPO防水卷材表面层可以为白色或彩色。

一种高焊接强度TPO防水卷材的制备方法，生产工艺如下：

a)TPO复合料母粒制备：根据高焊接强度TPO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℃—230℃，切粒速率为100转/分钟—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TPO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、包装制备成增强型卷材，片材挤出机温度160℃—240℃，转速为100转/分钟—500转/分钟。

一种高焊接强度TPO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—620℃，0.5m/min—5m/min)；焊接方法：首先裁取200mm×300mm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200mm×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。

本发明所述的一种高焊接强度TPO防水卷材及其制备方法，具有以下性能特点：TPO防水卷材在350℃—620℃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。

具体实施方法

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。

实施例1

一种高热焊接强度TPO防水卷材(均质型)的配方为：

实施例2

一种高热焊接强度TPO防水卷材(均质型)的配方为：

实施例3

一种高热焊接强度TPO防水卷材(均质型)的配方为：

制备方法：

a)实施例1-3配方的TPO复合料母粒制备。根据TPO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℃—200℃，切粒速率为300转/分钟。

b)实施例1-3均质型TPO防水卷材挤出。将a)获得TPO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TPO卷材，编号分别为1#、2#、3#。

实施例4

增强型TPO防水卷材挤出。将实施例2中TPO配方作为TPO卷材表面层和以实施例1中TPO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4#。片材挤出机温度160℃—240℃，转速为350转/分钟。

实施例5

将实施例3中TPO配方作为TPO卷材表面层和以实施例1中TPO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#。

试样热焊接试验方法：

裁取200mm×300mm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200mm×50mm的试片，利用拉力试验机，进行剥离强度测试，剥离速率为100mm/min。

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100mm/min。

表1  TPO防水卷材性能列表(总厚为1.5mm)

Claims (9)

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TPO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：

2.按照权利要求1的一种高焊接强度TPO防水卷材，其特征在于，TPO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TPO防水卷材，其特征在于，TPO树脂为反应釜聚合型热塑性聚烯烃、丙烯和/或乙烯与含有C₃-C₈的烯烃单体经茂金属催化剂或/和齐格勒—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烯烃共聚单体选自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TPO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-C₂₀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TPO防水卷材，其特征在于，C₃-C₂₀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TPO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TPO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—氮—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TPO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)TPO复合料母粒制备：根据高焊接强度TPO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℃—230℃，切粒速率为100转/分钟—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TPO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、包装制备成增强型卷材，片材挤出机温度160℃—240℃，转速为100转/分钟—500转/分钟。