CN107793630A - 一种低烟无卤阻燃防水板、排水板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低烟无卤阻燃防水板或排水板,原料包括如下重量份的组分:乙烯‑乙酸乙烯共聚物30~90份,线性低密度聚乙烯20~50份,高密度聚乙烯1~50份,硅烷偶联剂0.5~5份,弹性体POE15~45份,纳米氢氧化镁10~60份、磷氮系阻燃剂5~40份,紫外线吸收剂0.01~3份,抗氧剂0.5~1.5份。本发明所述的防水板为两面光滑的等厚平板;所述排水板为一面光滑,另一面具有规则排列的实体凸台的平板。本发明还提供所述防水板或排水板的制备方法。本发明所述的防水板或排水板具有良好的阻燃性能和力学性能。

Description

一种低烟无卤阻燃防水板、排水板及其制备方法
技术领域
本发明属于防水材料领域,具体涉及一种低烟无卤阻燃防水板、排水板及其制备方法。
背景技术
目前,我国已建成的铁路、公路隧道数量和长度均居世界首位,已成为世界上隧道最多、最复杂、发展最快的国家。同时,我国城市轨道交通的隧道建设也正进入快速发展时期,涉及大量隧道建设。由于多数属于岩溶富水隧道,施工时的防水处理对预防隧道渗漏水病害,具有至关重要的作用。隧道防水是一项综合性的工程,其中核心部分是设置有效持久的防水层。高分子聚合物防水板、排水板是隧道施工中最常用的防水材料。常见的用于防水板、排水板的高分子聚合物包括EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)、ECB(乙烯-乙酸乙烯与沥青共聚物)和PE(聚乙烯)等。与其他材料相比,聚合物具有许多优点,但易燃、可燃性可以说是其致命的缺点。一般情况下,未经阻燃的PE、EVA、ECB的氧指数在17.3~17.6%之间,而空气中的氧含量为21%,所以只要遇到火源,很容易在空气中被点燃,继而燃烧,其熔融滴落物还可以引燃其他可燃物。隧道施工时,防水板、排水板集中堆放,遇明火极易燃烧,在我国前期隧道施工时已发生多起因防水板或排水板不慎被点燃而引起火灾,造成财产损失和人员伤害。
随着人们对施工人身安全的重视,出现了具有阻燃功能的防水板。如中国实用新型专利“阻燃型隧道EVA/ECB/PE防水板”(授权公告号CN203296782U,授权公告日2013年11月20日),公开了一种EVA或ECB或PE防水板体内部添加若干抗静电、阻燃的双抗母料颗粒,使防水板的阻燃性能达到V-0级。但是该专利文献并未公开所述双抗母料的具体化学组成,也没有公开该防水板的力学性能,难以说明其是否符合隧道施工的要求。另外,高分子材料燃烧时所放出的毒气、黑烟才是致命的因素。但现有技术中的阻燃防水板却缺少烟气指标,说明对此的重视程度不够。
随着综合国力的增强,我国铁路、公路、地铁以及市政工程建设大幅加快,施工难度与要求也显著增加,对工程防渗漏水要求提出了更高的要求。因此,有必要研发出符合当前技术指标要求、且具有低烟无卤的阻燃防水板。
发明内容
针对上述问题,本发明提供一种新型低烟无卤阻燃防水板、排水板。该防水板、排水板具有阻燃、低烟、低毒的优良阻燃性能,提高了施工安全性;而且力学性能好、强度高,完全能够耐受1MPa的压力,符合现行行业标准。
为了实现上述发明目的,本发明采用了如下的技术方案:
一种低烟无卤阻燃防水板或排水板,原料包括如下重量份的组分:
乙烯-乙酸乙烯共聚物30~90份,线性低密度聚乙烯20~50份,高密度聚乙烯1~50份,硅烷偶联剂0.5~5份,弹性体POE15~45份,纳米氢氧化镁10~60份、磷氮系阻燃剂5~40份,紫外线吸收剂0.01~3份,抗氧剂0.5~1.5份。
更优选的,所述原料包括如下重量份的组分:
乙烯-乙酸乙烯共聚物50~80份,线性低密度聚乙烯20~30份,高密度聚乙烯5~25份,硅烷偶联剂2~4份,弹性体POE 20~35份,纳米氢氧化镁20~40份、磷氮系阻燃剂15~35份,紫外线吸收剂0.01~2份,抗氧剂0.5~1份。
优选的,所述硅烷偶联剂选自乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或两种。
其中,所述乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷可以是南京曙光化工集团有限公司生产的硅烷偶联剂SG-Si172;所述乙烯基三甲氧基硅烷可以是南京曙光化工集团有限公司生产的硅烷偶联剂SG-Si171。
本发明提供的所述防水板,为两面光滑的等厚平板。
本发明提供的所述排水板,为一面光滑,另一面具有规则排列的实体凸台的平板。
本发明的另一个目的,在于提供上述低烟无卤阻燃防水板或排水板的制备方法,包括如下步骤:
按照重量份准备各原料,经共混、粉碎、挤出、压延成型,即得。
优选的,原料混合在高速混料机中混合。
优选的,混合料经挤出机挤出压延成型。
本发明所述磷氮系阻燃剂可以选自已经商品化的产品,如上海懋通科技有限公司牌号RF201、RF201A的磷氮系阻燃剂。
本发明所述弹性体POE可以选自本领域常用的多种牌号的产品中的一种或多种,如可以选自美国杜邦POE8150、POE8200,日本三井DF710、DF810中的一种或多种。所述紫外线吸收剂和抗氧剂选自本领域常用的试剂。如所述紫外线吸收剂可以选自酚基取代的苯并三唑类紫外吸收剂,如美国埃克森美孚1018HA,宜兴天使合成化学有限公司生产的紫外线吸收剂UV-326/UV-328、UV-9/BP-3、UV-531等;所述抗氧化剂可以选自四季戊四醇酯、受阻酚类抗氧剂或受阻胺类抗氧剂中的一种或多种。
本发明的所述低烟无卤阻燃防水板或排水板与现有防水板或排水板在现场的铺挂施工方式相同:每一块防水板或排水板通过暗钉固定在初期支护上,其中排水板有凸台的一面与初期支护接触;两块防水板或排水板之间采用无缝焊接;然后浇筑二衬混凝土。排水板凸台之间的凹槽就成为排水的通道。
本发明提供的低烟无卤阻燃防水板或排水板原料中添加了纳米氢氧化镁、磷氮系阻燃剂等阻燃材料,在降低产烟量的同时,消除传统卤素阻燃剂的毒性,提高了施工的安全性和对人员的保护。但添加的阻燃剂与防水板或排水板原料的其它成分难以化学结合,只能通过物理作用分散在高分子聚合物中,导致防水板或排水板力学性能降低,为工程留下渗漏的隐患。本发明通过在原料中同时加入硅烷偶联剂,优化了不同种类的组分材料之间的薄弱界面,改善了防水板或排水板的力学性能;同时引入的硅元素可协同增加阻燃材料在燃烧过程中的自熄灭性能。另外,在基材层中还加入弹塑性良好的弹性体POE,提高了本发明所述低烟无卤阻燃防水板的强度、韧性和抗刺破性能。
附图说明
下面结合附图,对本发明做进一步说明。
图1是实施例7的低烟无卤阻燃排水板的结构示意图,图中:
1.排水板本体,2.实体凸台。
具体实施方式
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解,这些实施例仅用于说明本发明,其不以任何方式限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等,如无特殊说明,均为市售购买产品。
主要关键原料及其牌号与生产厂家信息:
乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA):扬子石化V5110、江苏和进HJ18、韩国韩华1828;
线性低密度聚乙烯(LLDPE):宁夏宝丰DFDA7042、上海赛科0209AA;
高密度聚乙烯(HDPE):上海赛科HD5502FA、扬子石化5000S;
纳米氢氧化镁:上海懋通科技有限公司06B;
磷氮系阻燃剂:上海懋通科技有限公司RF201、201A;
弹性体POE:美国杜邦POE8150、POE8200,日本三井DF710、DF810。
硅烷偶联剂:南京曙光化工集团有限公司,硅烷偶联剂SG-Si172(化学名为乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷),硅烷偶联剂SG-Si171(化学名为乙烯基三甲氧基硅烷)。
紫外线吸收剂(MPE):美国埃克森美孚1018HA;
抗氧剂:宜兴天使合成化学有限公司抗氧剂1010;
实施例1一种低烟无卤阻燃防水板
一种低烟无卤阻燃防水板,为两面光滑的平板,其原料组成见表1,通过如下方法制备:
按照表1所示配比准备各原料,投入高速混料机内混合均匀,混合料转移至单螺杆挤出机内,挤出、牵引,再经过三辊压延机压延成型,得到所述防水板。
实施例2~6一种低烟无卤阻燃防水板
实施例2~6所述的低烟无卤阻燃防水板,原料组成分别见表1。
上述各实施例的低烟无卤阻燃防水板通过与实施例1相同的方法和步骤制备得到。
表1 实施例1-6防水板各层原料配比 (1重量份=1kg)
原料(重量份) 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
乙烯-乙酸乙烯共聚物 70 65 30 50 80 90
线性低密度聚乙烯 25 27 50 30 20 40
高密度聚乙烯 20 10 1 5 25 50
硅烷偶联剂 3 4 3 1 0.5 5
POE 25 30 15 20 35 45
纳米氢氧化镁 40 35 30 20 60 10
磷氮系阻燃剂 35 30 25 5 35 15
紫外线吸收剂 1.5 1 0.01 0.01 2 3
抗氧剂 0.8 0.6 0.5 0.5 1 1.5
实施例7一种低烟无卤阻燃排水板
本实施例所述的低烟无卤阻燃排水板,如图1所示,排水板本体(1)一侧表面具有规则排列的圆柱形的实体凸台(2);排水板原料组成与实施例1相同,制备方法也与实施例1类似,不同之处在于在三辊压延机的最后一个压辊表面具有规则排列的圆柱形凹槽。
本领域技术人员应该理解,本发明所述低烟无卤阻燃排水板表面的实体凸台,除了圆柱形,还可以是其它的适合工业制造的几何形状,如长方体、正方体、菱柱、菱台、三角锥、三角台、圆台等等。
表1中示出的上述实施例1-6的原料,也可以按照权利要求7所述的制备方法制备成一面具有实体凸台的低烟无卤阻燃排水板,实体凸台的形状可以是任何适合工业制造的几何形状,如圆柱形、长方体、正方体、菱柱、菱台、三角锥、三角台、圆台等等。
对比例1~7一种低烟无卤阻燃防水板
对比例1~7所述的低烟无卤阻燃防水板,原料组成分别见表2。
上述各对比例的低烟无卤阻燃防水板通过与实施例1相同的方法和步骤制备得到。
表2 对比例1-7防水板各层原料配比 (1重量份=1kg)
原料(重量份) 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5 对比例6 对比例7
乙烯-乙酸乙烯共聚物 70 70 70 70 25 95 70
线性低密度聚乙烯 25 25 25 25 55 15 25
高密度聚乙烯 20 20 20 20 55 0 20
硅烷偶联剂 0 0.4 5.5 4 5 13 3
弹性体POE 0 25 25 0 10 50 25
纳米氢氧化镁 0 40 70 0 40 5 0
磷氮系阻燃剂 0 35 0 50 3 35 0
十溴二苯醚 0 0 0 0 0 0 60
紫外线吸收剂 1.5 1.5 1.5 1.5 0.01 2 1.5
抗氧剂 0.8 0.8 0.8 0.8 0.5 1 0.8
测试例1实施例1-6和对比例1-7的防水板性能测定
1.1剥离强度:按照GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》中要求的试验方法“GB/T 20284-2006《建筑材料或制品的单体燃烧试验》”进行,主要测试烟气生成速率指数SMOGRA、试验600s总烟气生成量TSP600s两种烟气指标;并按GBT 20285-2006《材料产烟毒性危险分级》中的试验方法测试并评价其烟气毒性等级。测定结果见表3
表3 阻燃性能测定结果
实际火灾中,烟雾及其毒性是造成人员伤亡的主要原因,烟气生成速率指数、试验600s总烟气生成量和烟气毒性等级可以良好地反映材料阻燃性能。表3的数据示出:(1)与没有阻燃剂的对比例1比较,各实施例和其它各对比例都具有更好地阻燃性能参数,说明阻燃剂的加入可以提高防水板及排水板的阻燃性能。(2)对于添加了阻燃剂的板材,实施例1-6和对比例2的阻燃性能显著好于其它对比例;说明特定配比的纳米氢氧化镁和磷氮系阻燃剂组合是板材具有良好阻燃性能的关键。(3)对比例7采用了目前广泛使用的阻燃剂十溴二苯醚,虽然从提高了氧指数,一定程度上改善板材的阻燃性,但是其它三项指标都不及本发明的纳米氢氧化镁和磷氮系阻燃剂的组合。实施例中阻燃材料的添加降低了烟气生成速率指数和600s总烟气生成量,提高了防水板和排水板的氧指数。在降低产烟量的同时,烟气毒性等级安全性提高至t0,消除传统卤素阻燃剂的毒性,提高了施工的安全性和对人员的保护。
1.2力学性能:断裂拉伸强度、拉断伸长率按照TB/T3360.1-2014《铁路隧道防水材料第1部分:防水板》中的试验方法进行;防水板、排水板抗压强度按照(ISO法)GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》中的测试步骤和加载速度进行,将防水板或排水板裁剪为40mm×40mm面积的试样,放置在压力机上测试,应力陡然增大或凸台中间不能透光时即为防水板或排水板的抗压强度。测定结果见表4。
表4 力学性能测定结果
测试样品 抗压强度(MPa) 断裂拉伸强度(MPa) 拉断伸长率(%)
实施例1 24 25 750
实施例2 23 21 710
实施例3 19 22 700
实施例4 22 21 720
实施例5 22 20 710
实施例6 19 20 710
对比例1 16 17 650
对比例2 19 20 680
对比例3 18 19 690
对比例4 17 16 645
对比例5 16 18 655
对比例6 17 19 670
对比例7 18 17 600
表4的数据示出,本发明的低烟无卤阻燃防水板、排水板的各项力学性能都好于各对比例,均超过现行铁道行业标准TB/T3360.1-2014第一部分防水板的技术指标要求(该标准也是目前国内防水板力学指标的最高要求)。对比例1-6的防水板因为组成与本发明的防水板、排水板的差异(或者省略了某些成分、或者某些成分的用量不在本发明的含量范围内),其力学性能均不及本发明的实施例1-6的防水板、排水板。
对比例7与实施例1的区别仅在于阻燃剂的不同,但是前者测试的各项力学性能指标均逊于后者。究其原因,可能是对比例7采用的阻燃剂十溴二苯醚与有机高分子板材组分融合性不够,从而影响了板材的整体抗压、延展性能。
综合本测试例的各项测试结果,实施例1-6的低烟无卤阻燃防水板、排水板在各组分的协同作用下表现出良好的阻燃性能和力学性能。
以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明,按本发明技术方案制备的低烟无卤阻燃防水板或排水板的力学性能均达到或超过现行铁道行业标准TB/T3360.1-2014第一部分防水板的技术指标要求,并能明显改善其阻燃性,具有较好的燃烧低烟无毒性。本领域技术人员可以根据本发明做出各种改变或变形,只要不脱离本发明的精神,均应属于本发明所附权利要求的范围。

Claims (8)

1.一种低烟无卤阻燃防水板或排水板,原料包括如下重量份的组分:
乙烯-乙酸乙烯共聚物30~90份,线性低密度聚乙烯20~50份,高密度聚乙烯1~50份,硅烷偶联剂0.5~5份,弹性体POE15~45份,纳米氢氧化镁10~60份、磷氮系阻燃剂5~40份,紫外线吸收剂0.01~3份,抗氧剂0.5~1.5份。
2.根据权利要求1所述的低烟无卤阻燃防水板或排水板,其特征在于,所述原料包括如下重量份的组分:
乙烯-乙酸乙烯共聚物50~80份,线性低密度聚乙烯20~30份,高密度聚乙烯5~25份,硅烷偶联剂2~4份,弹性体POE 20~35份,纳米氢氧化镁20~40份、磷氮系阻燃剂15~35份,紫外线吸收剂0.01~2份,抗氧剂0.5~1份。
3.根据权利要求1或2所述的低烟无卤阻燃防水板或排水板,其特征在于,所述硅烷偶联剂选自乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或两种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的低烟无卤阻燃防水板或排水板,其特征在于,所述防水板为两面光滑的等厚平板。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的低烟无卤阻燃防水板或排水板,其特征在于,所述排水板为一面光滑,另一面具有规则排列的实体凸台的平板。
6.权利要求1至5中任一项所述的低烟无卤阻燃防水板或排水板的制备方法,包括如下步骤:
按照重量份准备各原料,经共混、粉碎、挤出、压延成型,即得。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,原料混合在高速混料机中混合。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法,其特征在于,混合料经挤出机挤出压延成型。
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