CN104672729B - 一种膨胀阻火型防水卷材及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于通用材料的功能化和高性能化研发领域，是功能性有机聚合物基复合材料体系，尤其涉及一种膨胀阻火型防水卷材及制备方法。本发明的技术方案为：本发明的膨胀阻火型防水卷材，其材料组成为：高氯化聚合物、增韧聚合物、复合稳定剂、润滑剂、増塑剂、加工助剂、热膨胀剂、烧结成碳剂、催化脱水剂、消烟阻燃剂、耐高温纤维、偶联剂。所发明的膨胀阻火型防水卷材具有防水和防火双重功效，特别适合于对于防水和阻火都有要求的用途。

Description

一种膨胀阻火型防水卷材及制备方法

技术领域

本发明属于通用材料的功能化和高性能化研发领域，是功能性有机聚合物基复合材料体系，尤其涉及一种膨胀阻火型防水卷材及制备方法。

背景技术

建筑技术的进步正向着工业化、现代化和产业化的方向发展，随之而来的是钢结构建筑和金属屋面使用量快速增长，金属结构及屋面的使用成为建筑技术进步的最明显的特征。大部分钢结构或金属屋面都伴有保温隔热层，能够达到建筑保温隔热有关标准要求的保温材料，基本都是可燃材料。

现有的阻燃型防水卷材采用的技术措施是在材料组分中使用阻燃剂，随着其含量达到一定要求，阻燃性能会有所提高。但其阻燃防水卷材一旦燃烧，随着热量向基层传递，基层或者底层结构会升温，燃烧会蔓延致基层和结构，导致结构失效。阻燃防水卷材仅仅提高了燃烧点，不具备阻止燃烧继续蔓延的功能。

在大多数的干燥地区，外部失火燃烧的机会正在增加，提高屋顶最外面的防水层的阻火性能，增强防火安全性已经很迫切。对金属建筑结构和金属屋顶支撑体系进行失火保护，保证失火燃烧过程的一定时间内金属承载能力得以保持，赢得更长的施救时间和施救机会，是金属建筑结构防火技术需要解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供了一种膨胀阻火型防水卷材及制备方法，技术原理是利用有机聚合物的高温可发泡膨胀特性，加入热膨胀剂、烧结成碳剂、催化脱水剂、消烟阻燃剂、耐高温纤维等复合功能成分，形成材料的高温烧蚀特——即在燃烧过程中会生成结碳层，其结碳层具有较高的热阻，起到了阻火和延缓燃烧的作用。利用了高氯化聚合物复合体系的可塑性、可挤出性、可延展成型性等加工特性，制备了柔韧性的板材或卷材。所选高含氯聚合物，高含氯增韧成分，高氯含量的增塑剂，赋予材料体系较高的阻燃特性。所发明的膨胀阻火型防水卷材具有防水和防火双重功效，特别适合于对于防水和阻火都有要求的用途。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：本发明的膨胀阻火型防水卷材，其材料组成为（以质量份数计）：高氯化聚合物60~100份；增韧聚合物5~10份；复合稳定剂3~6份；润滑剂0.5~1.5份；増塑剂10~35份；加工助剂5~10份；热膨胀剂10~15份；烧结成碳剂5~12份；催化脱水剂5~12份；消烟阻燃剂10~20份；耐高温纤维3~5份；偶联剂1~2份。

材料组分的热膨胀剂、烧结成炭剂、催化脱水剂、消烟阻燃剂、耐高温纤维等，在遇火燃烧过程中，可膨胀结炭，形成内部有微孔分布的阻热层，阻滞热量传递，减缓基层温升和燃烧速率。

本发明使用的高氯化聚合物是氯化聚氯乙烯树脂（CPVC），其含氯量大于68%，即对体系有相容性，也提高物理机械性能。高氯化聚合物，因为卤素氯元素的不燃性，比普通聚合物具有更高的阻燃特性和耐热特性，滴落温度提高，耐热持续时间延长，即有利于基于塑性材料体系保持高温热塑性的状态和不完全燃烧特性，在物理膨胀力的作用下膨胀成碳，提高烧蚀特性。

本发明的增韧聚合物为氯醋树脂，作为增韧剂，相对于使用其他增韧成分，提高了材料体系的氯含量，有利于提高阻燃性能。

本发明的增塑剂使用高氯化石蜡，高氯含量既可以使得聚氯乙烯材料柔性化，也可以保持其一定的的阻燃特性。

本发明基于发泡膨胀烧蚀的隔热阻火机理，热膨胀剂是三聚氰胺，所述烧结成碳剂是季戊四醇，催化脱水剂是聚磷酸铵，使用三聚氰胺受热分解气体发泡，受热的热塑性基体厚度膨胀，聚磷酸铵和季戊四醇形成碳骨架，随着燃烧发展而形成结碳层，结碳层具有高温隔热阻火的作用，阻滞热量的传递，保护或者延缓金属基层的失效。

本发明的耐高温纤维使用了高耐热的短切岩棉纤维，二氧化硅含量大于48%；短切岩棉纤维是发泡膨胀层的支撑组分，稳定了膨胀层的建立，短切岩棉纤维是聚氯乙烯柔性卷材的增强成分，提高了拉伸强度和断裂伸长率。

本发明的消烟阻燃剂是氢氧化铝和氢氧化镁的等质量比例共混物。使用的不同温度等级的消烟成分能够阻燃消烟，减少了燃烧烟雾的危害。其中氢氧化铝在200~250可以放出结晶水蒸汽，氢氧化镁则在260~300放出结晶水蒸汽，燃烧过程中形成连续消烟机制，减轻毒烟危害。

所述复合稳定剂是有机铅盐和无机铅盐按质量比1:1的混合物；润滑剂是聚乙烯蜡；加工助剂使用丙烯酸酯类共聚物（ACR）。

所述的偶联剂是有机硅烷，是A-172、A-174、KH-550中的任何一种，或者是至少两种以任意比例的复配物。

本发明的材料复合体系经过分级共混、热熔、塑化挤出、压延成型，可以加工不同柔韧特性的卷材，在阻火功能的基础上，也具有密封防水功效，用于各类防水工程。

本发明的膨胀阻火型防水卷材的制备方法，包括以下步骤：

（1）功能料，其制备工序为：在高速捏合机中加入热膨胀剂、烧结成碳剂、催化脱水剂、消烟阻燃剂和耐高温纤维计量加料，启动高速混合，搅拌器转速为600~800转/分钟，3分钟后，加入偶联剂，经过高速混合搅拌5分钟后出料得到阻火功能料。

（2）混配料，其制备工序为：加入高氯化聚合物、增韧聚合物、复合稳定剂、润滑剂、増塑剂、加工助剂组分，搅拌器转速为600~800转/分钟，高速共混5分钟，再把步骤（1）制备的功能料加入，混合操作15分钟，得到膨胀阻火型防水卷材混配料。

（3）混配料经过热熔、塑化、挤出、压延工艺，制备成膨胀阻火型防水卷材。热熔、塑化工艺是聚合物材料加工的通常工艺，无特殊要求。

本发明的有益效果：本发明的膨胀阻火型防水卷材，防火与防水功能一体化，既满足防水密封的作用，也对金属屋面、金属梁件、木屋顶结构、钢筋混凝土屋顶等建筑结构，具有防火保护作用，延缓其失效，具备了防水和防火双重功效。本发明可以对于金属屋面和金属结构的建筑主体具有更强的保护作用，增加了使用安全性和减灾作用，有利于代表建筑工业化、产业化、现代化的钢构建筑技术的发展。

本发明保持了高分子防水卷材的综合优势，在耐老化、物理性能高、低温柔性好、焊接可靠、施工方便的基础上，赋以新的阻火功能，可采用通常的设计、施工技术完成防水工程的应用，便于接受和推广。

本发明的膨胀阻火型防水卷材与阻火防水涂料比较，易于工程管理和质量控制。可以解决阻火涂料常常达不到要求厚度的现实问题，厚度达不到规定厚度，阻火是无效的。膨胀阻火防水卷材保证了厚度，也保证了足阻火要求。

本发明制备的膨胀阻火型柔性防水板材或防水卷材，在使用阻燃剂技术的同时，采用了燃烧膨胀结碳技术，即烧蚀技术，在燃烧升温后，卷材膨胀、结碳、进行隔热，保护基层和底层结构，延缓金属结构失效的时间。若金属屋面使用普通防水卷材，要达到阻火要求，必须在卷材下面使用阻火层，即两道施工才能完成防水和阻火的要求，本发明制备的阻火型防水卷材，可一道完成防水和阻火工程。

具体实施方式

本发明的膨胀阻火型防水卷材，其材料组成为（以质量份数计）：高氯化聚合物：氯化聚氯乙烯树脂60~100份；增韧聚合物氯醋树脂5~10份；复合稳定剂：有机铅盐和无机铅盐等质量比混合物3~6份；润滑剂：聚乙烯蜡0.5~1.5份；増塑剂：高氯化石蜡10~35份；加工助剂：丙烯酸酯类共聚物5~10份；热膨胀剂：三聚氰胺10~15份；烧结成碳剂：季戊四醇5~12份；催化脱水剂：聚磷酸铵5~12份；消烟阻燃剂：氢氧化铝和氢氧化镁10~20份；耐高温纤维：短切岩棉纤维3~5份；偶联剂：机硅烷A-172、A-174、KH-550 1~2份。

实施例1

（1）功能料，其制备工序为：按质量份数，在高速捏合机中加入三聚氰胺15份、季戊四醇10份、聚磷酸铵10份、氢氧化铝10份、氢氧化镁10份、短切岩棉纤维5份，启动高速混合3分钟后，加入A-172硅烷2份，搅拌5分钟后出料得到功能料；

（2）混配料，其制备工序为：按质量份数，加入氯化聚氯乙烯树脂80份、氯醋树脂8份、复合稳定剂4份、聚乙烯腊1份、高氯化石蜡30份、丙烯酸酯类共聚物5份，高速共混5分钟，再把制备的功能料加入，混合操作15分钟，得到混合粉料；

（3）所制粉料通过双螺杆塑化热熔、塑化、挤出和压延成型工艺，制备膨胀阻火型防水卷材。

实施例2

（1）功能料，其制备工序为：按质量份数，在高速捏合机中加入三聚氰胺10份、季戊四醇8份、聚磷酸铵8份、氢氧化铝10份、氢氧化镁10份、短切岩棉纤维5份，启动高速混合3分钟后， 加入A-172硅烷2份，搅拌5分钟后出料得到功能料；

（2）混配料，其制备工序为：按质量份数，加入氯化聚氯乙烯树脂80份、氯醋树脂8份、复合稳定剂4份、聚乙烯腊1份、高氯化石蜡30份、丙烯酸酯类共聚物5份，高速共混5分钟，再把制备的功能料加入，混合操作15分钟，得到混合粉料；

（3）所制粉料通过双螺杆热熔、塑化、挤出和压延成型工艺，制备膨胀阻火型防水卷材。

实施例3

（1）功能料，其制备工序为：按质量份数，在高速捏合机中加入三聚氰胺10份、季戊四醇6份、聚磷酸铵6份、氢氧化铝8份、氢氧化镁8份、短切岩棉纤维5，启动高速混合3分钟后， 加入A-172硅烷2份，搅拌5分钟后出料得到功能料；

（2）混配料，其制备工序为：按质量份数，加入氯化聚氯乙烯树脂100份、氯醋树脂10份、复合稳定剂6份、聚乙烯腊1份、高氯化石蜡35份、丙烯酸酯类共聚物10份，高速共混5分钟，再把制备的功能料加入，混合操作15分钟，得到混配粉料；

（3）混配粉料通过双螺杆热熔、塑化、挤出和压延成型工艺，制备膨胀阻火型防水卷材。

实施效果

实施效果见表，表中列出了以上实施实例的产品性能测试结果。

表1膨胀阻火型聚氯乙烯防水卷材性能

Claims (6)

1.一种膨胀阻火型防水卷材，其特征在于：所述膨胀阻火型防水卷材的材料组成质量份比为：高氯化聚合物60-100 份；增韧聚合物5-10 份；复合稳定剂3-6 份；润滑剂0.5-1.5份；増塑剂10-35 份；加工助剂5-10份；热膨胀剂10-15 份；烧结成碳剂5-12 份；催化脱水剂5-12 份；消烟阻燃剂10-20 份；耐高温纤维3-5 份；偶联剂1-2 份；所述热膨胀剂是三聚氰胺，烧结成碳剂是季戊四醇，催化脱水剂是聚磷酸铵，消烟阻燃剂是氢氧化铝和氢氧化镁的等质量比例共混物；

所述的高氯化聚合物为氯化聚氯乙烯树脂，含氯量大于68% ；所述增韧聚合物是氯醋树脂；所述复合稳定剂是有机铅盐和无机铅盐按质量比1:1 的混合物；润滑剂是聚乙烯蜡；增塑剂为高氯化石蜡；加工助剂使用丙烯酸酯类共聚物。

2.根据权利要求1 所述的膨胀阻火型防水卷材，其特征在于：所述耐高温纤维为短切岩棉纤维，二氧化硅含量大于48%。

3.根据权利要求1 所述的膨胀阻火型防水卷材，其特征在于：所述的偶联剂是有机硅烷，是A-172、A-174、KH-550 中的任何一种，或者是至少两种以任意比例的复配物。

4.根据权利要求1-3 任一项所述的膨胀阻火型防水卷材的制备方法，其特征在于：其制备方法包含以下步骤：

（1）功能料，其制备工序为：在高速捏合机中加入热膨胀剂、烧结成碳剂、催化脱水剂、消烟阻燃剂和耐高温纤维计量加料，启动搅拌共混之后加入偶联剂，经过高速混合后得到阻火功能料；

（2）混配料，其制备工序为：高氯化聚合物、增韧聚合物、复合稳定剂、润滑剂、増塑剂、加工助剂计量加料，高速共混得到基料，加入功能料，继续高速混合制备膨胀阻火型防水卷材混配料；

（3）混配料经过热熔、塑化、挤出、压延工艺，制备成膨胀阻火型防水卷材。

5.根据权利要求4所述的膨胀阻火型防水卷材的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的搅拌转速为600-800 转/ 分钟。

6.根据权利要求4所述的膨胀阻火型防水卷材的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的搅拌转速为600-800 转/ 分钟。