CN104774357A - 一种无卤磷-氮复合阻燃tpo防水卷材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种无卤磷-氮复合阻燃TPO防水卷材及其制备方法，属于防水建材制造技术领域，为均质性的或为多层复合结构，中间层为聚酯纤维网格织物，上下表层为无卤P-N复合阻燃TPO覆盖层；其中无卤P-N复合阻燃TPO覆盖层的配方包括热塑性聚烯烃100份、无卤P-N复合阻燃剂为7-55份、碳酸钙0-40份、抗氧剂0.01-3份、光稳定剂：0.01-3份、颜料包1-8份。另外，本发明还提供了该卷材的制备方法。用于解决TPO防水卷材易燃烧的问题，同时保证卷材具有安全的施工环境和良好的耐候性能。

Description

一种无卤磷-氮复合阻燃TPO防水卷材及其制备方法
技术领域
本发明属于防水建材制造技术领域，具体涉及一种无卤磷-氮复合阻燃热塑性聚烯烃(TPO)防水卷材及其制备方法。
背景技术
TPO是我国当前正大力推广的新一代环保型高分子防水卷材，其具有突出的低温柔韧性(-40℃)、不含任何增塑剂、热焊接性能、耐候性、尺寸稳定性、耐穿刺性以及节能、环保等优点，主要用于单层工业和商业屋面防水系统中，是近年来国外发展较快的一种新型高分子防水卷材。
TPO属于一种碳氢化合物，氧指数仅为18％左右，为易燃材料，因此在设计TPO防水卷材配方时需要加入阻燃剂填料，以满足建筑对材料阻燃和防火性能的要求。卤族阻燃剂具有公认优异的阻燃性能，但是这类阻燃剂(如十溴联苯醚)易与TPO配方中的受阻胺类光稳定剂发生化学反应形成铵盐，严重降低TPO防水卷材的耐候性能；另外，在热焊接施工过程中，由于阻燃剂分子链断裂，释放出有毒卤化氢气体，给人体和环境带来危害。无机金属类阻燃剂也是常用的一类阻燃体系，但是其与有机材料存在界面相容性问题，并且其对材料阻燃性能的改善是以牺牲材料力学强度和加工性能为代价的；研究发现，金属粒子在一定程度对能引发材料紫外光降解反应，可以预见金属阻燃剂添加量越高，材料的耐候性越的不到保障。为改善上述阻燃体系在TPO防水卷材存在的缺陷，我们开发了无卤磷-氮(P-N)复合阻燃TPO防水卷材产品，即在TPO配方中加入高效具有协同效应的P-N类复合阻燃剂，将TPO卷材从易燃材料变为难燃材料，保证卷材在储存、运输和使用过程中的安全性能。
发明内容
本发明目的是TPO配方中加入高效具有协同效应的P-N类复合阻燃剂，将TPO卷材阻燃性能大幅度提高，同时卷材在热焊接过程中不产生有毒气体且保持优异力学性能。
本发明所述的一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材，卷材厚度为1.2mm～2.0mm，卷材结构可以为仅含无卤P-N复合阻燃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无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材层、中间为聚酯纤维网格布增强层的增强型防水卷材。
一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材，无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材层配方是由热塑性聚烯烃、无卤P-N复合阻燃剂、碳酸钙、抗氧剂、光稳定剂、颜料包组成；其按照重量份数的配比如下：
热塑性聚烯烃：100份
无卤的P-N复合阻燃剂：7-55份，优选10-35份
碳酸钙：0-40份
抗氧剂：0.01-3份
光稳定剂：0.01-3份
颜料包：1-8份
一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材配方中所述的热塑性聚烯烃基体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。
一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材中，所述的无卤的P-N复合阻燃剂，为同时含有P和N元素的复合阻燃剂，至少包括以下两种的一种，优选为以下两种的一种：(1)聚合物型P-N复合阻燃剂，P和N以P-N化学键结构的形式存在于同一无卤聚合物阻燃剂的分子结构中，其中通过一定手段而再引入杂原子硅、硼制备的P-N-杂原子也应当包含在该范围内，如聚磷酸铵、微胶囊化聚磷酸铵、三聚氰胺氰尿酸络合物、芳香性聚磷腈、聚磷腈弹性体、1,2-双(5,5-二甲基-1,3-二氧杂己内酰磷亚胺基)乙烷、P-N-硼阻燃剂；(2)混合型P-N复合阻燃剂，P和N分别存在于不同无卤阻燃剂中再复合使用，其中优选含磷阻燃剂在阻燃剂中重量含量为50％-65％；或为含有聚合物型P-N复合阻燃剂与不含有P和/或N的阻燃剂复合使用也应当认为属于混合型P-N复合阻燃剂范围内，如聚磷酸铵/季戊四醇/三聚氰胺阻燃体系(如果是含有聚合物型P-N复合阻燃剂的混合型的情况下，总的无卤P-N复合阻燃剂优选10-40份，其中优选含有聚合物型P-N复合阻燃剂在阻燃剂中重量含量为50％-65％)。再者，市场销售的含有无卤P-N复合阻燃剂的母粒也应包含在本范围内，作为本行业领域的技术人员应当明白，阻燃剂母粒的优点在于提高加工性和分散性，其用量在配方中应当根据阻燃剂粘度进行相应换算。
抗氧剂主要在于提高材料的加工性能和长期热老化性能，本发明中可以为但不限制于抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168。
所述的光稳定剂在于提高材料的长期耐候性能，本发明中可以为但不限制于为光稳定剂622、光稳定剂944、光稳定剂770、光稳定剂2020中的一种和一种以上。
所述的颜料包可以为二氧化钛、炭黑、氧化铁、普鲁士蓝、酞靑中的一种和一种以上。
本发明所述的一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材的制备方法，生产工艺如下：
a)无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材层母粒制备，根据无卤P-N复合阻燃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；
或增强型防水卷材挤出：利用a)获得母粒将TPO卷材表面层和TPO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。
本发明所述的一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材及其制备方法具有以下性能特点：重点在于其配方，较少的P-N复合阻燃剂就能实现TPO卷材的高效阻燃能力；产品不含任何含卤元素的阻燃剂和填料，更加环保；在采用热风焊机搭接缝高温焊接时无难闻气味产生；产品具有较高的拉伸强度和延伸性能。
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
一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材，其按重量份数的配方如下：
实施例2
一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材，其按重量份数的配方如下：
实施例3
一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材，其按重量份数的配方如下：
实施例4
一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材，其按重量份数的配方如下：
实施例5
一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材，其按重量份数的配方如下：
实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5的加工制备方法：
a)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℃—190℃，切粒速率为250转/分钟。
b)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。机筒温度为160℃—190℃,主机螺杆转速为350转/分钟。
试验测试方法：
实施例1-5产品的拉伸强度和断裂伸长率按照GB/T328.9-2007中方法B进行试验，采用复合GB/T528的哑铃I型试件，拉伸速度250mm/min；阻燃性能按GB/T 2406.2-2009《塑料燃烧性能测定-氧指数法》测定。卷材的热焊接试验采用热空气焊接机(瑞士产)在岩棉上进行操作，并且卷材焊接面要擦拭干净，焊接条件参数为500℃、2.5m/min；接缝剥离强度按照GB/T328.21-2007高分子卷材接缝剥离强度所述测试方法，速度为100mm/min。
测试结果：
实施例1：氧指数26％，拉伸强度15MPa，断裂伸长率680％；
实施例2：氧指数26％，拉伸强度17MPa，断裂伸长率650％；
实施例3：氧指数24％，拉伸强度19MPa，断裂伸长率670％；
实施例4：氧指数24％，拉伸强度16MPa，断裂伸长率650％；
实施例5：氧指数28％，拉伸强度17MPa，断裂伸长率647％；
同样制备的增强型也可预测具有很好的效果。

Claims (9)

1.一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材，其特征在于，卷材结构可以为仅含无卤P-N复合阻燃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无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材层、中间为聚酯纤维网格布增强层的增强型防水卷材；
无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材层配方是由热塑性聚烯烃、无卤P-N复合阻燃剂、碳酸钙、抗氧剂、光稳定剂、颜料包组成；其按照重量份数的配比如下：
热塑性聚烯烃：100份
无卤的P-N复合阻燃剂：7-55份
碳酸钙：0-40份
抗氧剂：0.01-3份
光稳定剂：0.01-3份
颜料包：1-8份；
无卤的P-N复合阻燃剂为同时含有P和N元素的复合阻燃剂。
2.根据权利要求1的一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材，其特征在于，热塑性聚烯烃中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.根据权利要求2的一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材，其特征在于，热塑性聚烯烃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。
4.根据权利要求1的一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材，其特征在于，无卤P-N复合阻燃剂至少包括以下两种的一种：(1)聚合物型P-N复合阻燃剂，P和N以P-N化学键结构的形式存在于同一无卤聚合物阻燃剂的分子结构中，其中通过一定手段而再引入杂原子硅、硼制备的P-N-杂原子也包含在该范围内；(2)混合型P-N复合阻燃剂，P和N分别存在于不同无卤阻燃剂中再复合使用，或混合型P-N复合阻燃剂为含有聚合物型P-N复合阻燃剂与不含有P和/或N的阻燃剂复合使用；
含有上述无卤P-N复合阻燃剂的母粒也属于无卤P-N复合阻燃剂，其用量在配方中应当根据纯无卤P-N复合阻燃剂进行相应换算。
5.根据权利要求4的一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材，其特征在于，当P和N分别存在于不同无卤阻燃剂中再复合使用时，其中含磷阻燃剂在阻燃剂中重量含量为50％-65％；
当含有聚合物型P-N复合阻燃剂与不含有P和/或N的阻燃剂复合使用时，无卤P-N复合阻燃剂优选10-40份，其中优选含有聚合物型P-N复合阻燃剂在阻燃剂中重量含量为50％-65％。
6.权利要求1的一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材，其特征在于，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂或复合型抗氧剂。
7.权利要求1的一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材，其特征在于，所述的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂、紫外吸收剂、光屏蔽剂中的一种或一种以上。
8.权利要求1的一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材，其特征在于，所述的颜料包为二氧化钛、炭黑、氧化铁、普鲁士蓝、酞靑中的一种或一种以上。
9.权利要求1的一种无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)无卤P-N复合阻燃TPO防水卷材层母粒制备，根据无卤P-N复合阻燃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；
或增强型防水卷材挤出：利用a)获得母粒将TPO卷材表面层和TPO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。
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