CN111423619A - 一种疏水化阻燃改性蒙脱土及其制备方法和疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料及应用 - Google Patents

一种疏水化阻燃改性蒙脱土及其制备方法和疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种疏水化阻燃改性蒙脱土及其制备方法和疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料及应用。疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料的原料组成包括：疏水化阻燃改性蒙脱土10～50重量份、热塑性聚烯烃100重量份、抗氧剂0.1～3重量份、光稳定剂0.1～3重量份、颜填料2～10重量份。本发明的疏水化阻燃改性蒙脱土的制备均在水溶液中进行，反应条件温和，生产过程无污染、绿色环保，并且材料来源广泛，生产成本低，适宜推广应用；制备的疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料可应用于各种型号、规格的热塑性聚烯烃防水卷材的生产，无需改变防水卷材生产过程中的任何条件和设备。

Description

一种疏水化阻燃改性蒙脱土及其制备方法和疏水防尘阻燃热 塑性聚烯烃防水材料及应用
技术领域
本发明属于高分子防水材料领域，更具体地，涉及一种疏水化阻燃改性蒙脱土及其制备方法和疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料及应用。
背景技术
随着热塑性聚烯烃防水材料不断发展以及在长期使用时表现出的卓越性能，已被众多业主、总包、设计师、施工商认可，目前市面上出现了多种多样的热塑性聚烯烃防水材料，如通用的均质型、背衬型和增强型热塑性聚烯烃防水卷材、维修专用的0.8mm厚热塑性聚烯烃防水卷材以及其他一系列型的热塑性聚烯烃防水抗渗材料，这些热塑性聚烯烃防水材料在屋面系统使用时，屋面完成面一般为白色，不仅具有优异的防水性能和长久的使用寿命，还能够在夏天降低能耗、节省能源。
但热塑性聚烯烃防水材料有一个缺陷是它属于易燃材料，极限氧指数不到20％，因此在设计热塑性聚烯烃防水材料的配方时，需要加入一定量的阻燃剂填料，以满足建筑对防水材料阻燃和防火性能的要求。但这些阻燃剂填料通常为粉体材料，极性大易吸潮，添加到热塑性聚烯烃防水材料时，使材料表面变得亲水，表面能增大，降低热塑性聚烯烃防水材料耐水性能，同时导致材料表面容易吸附灰渍、杂尘等户外常见的污染物，大大降低了热塑性聚烯烃防水材料的美观度；并且材料为亲水性的表面和吸附的吸附灰渍、杂尘等污染物为微生物提供了生长的环境，极大的缩减了热塑性聚烯烃防水材料的使用寿命。近年来，人们也开始对热塑性聚烯烃防水卷材耐污性能进行了研究，如中国专利CN103950256B提供的一种表面易清洁的TPO防水卷材及其制备方法，通过采用易清洁膜层覆在TPO卷材的上表面，使卷材表面具有易清洁的特性，但却增加TPO防水卷材的结构层次，不便应用于厚度较薄的TPO防水卷材，如1.2厚均值型或0.8厚维修专用的TPO防水卷材，同时对于卷材生产也增加了一定的难度。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，针对现有的技术缺陷，提供一种疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料及其制备方法，以制备的疏水化阻燃改性蒙脱土作为热塑性聚烯烃防水材料的阻燃填料和疏水防尘改性剂，使得热塑性聚烯烃防水材料在具有防水阻燃性能的同时，又具有疏水防尘功能。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种疏水化阻燃改性蒙脱土的制备方法，该制备方法包括：
1)将蒙脱土和水在20～60℃下搅拌分散6～24h，得溶液I；
2)向溶液I中加入阻燃插层剂，在40～80℃下，搅拌分散1～6h，得溶液II；
3)向溶液II中加入疏水改性剂，在20～60℃下，搅拌分散2～12h，然后过滤保留滤渣，再经可选地洗涤、干燥、可选地研磨、可选地过筛后，得到所述疏水化阻燃改性蒙脱土。
作为优选方案，所述蒙脱土为钠基蒙脱土(Na-MMT)。
根据本发明的一种实施方式，所述阻燃插层剂水解后形成的阳离子氨基基团可与钠基蒙脱土(Na-MMT)片层中的钠离子发生置换反应，使得阻燃插层剂进入蒙脱土片层，从而完成蒙脱土阻燃改性；疏水改性剂水解(阻燃插层剂的阳离子氨基基团可促进疏水改性剂水解)形成端羟基(即亲水端)，疏水改性剂的端羟基与蒙脱土和阻燃插层剂中的O、N等产生氢键作用，使得疏水改性剂的亲水端靠近并吸附在蒙脱土和阻燃插层剂上，疏水改性剂的疏水端远离蒙脱土和阻燃插层剂，从而完成蒙脱土疏水改性。
作为优选方案，所述阻燃插层剂选自磷酸二氢铵(ADP)、聚磷酸铵(APP)和聚磷酸三聚氰胺(MPP)中的至少一种。
作为优选方案，所述疏水改性剂选自乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、丙烯酸-丙烯酸酯共聚物、聚己内酯和氧化聚乙烯蜡中的至少一种。
作为优选方案，蒙脱土、水、阻燃插层剂、疏水改性剂的重量比为1:10～100:1～2:0.1～1。
根据本发明，步骤3)中，洗涤、干燥、研磨、过筛均为常规技术手段，本领域技术人员可根据需要进行选择。
作为优选方案，步骤3)中，还包括对干燥后的滤渣进行研磨，至粒径≤200目。
本发明的第二方面提供由上述的制备方法制备得到的疏水化阻燃改性蒙脱土。
本发明的第三方面提供一种疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料，该疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料的原料组成包括：
疏水化阻燃改性蒙脱土10～50重量份、热塑性聚烯烃100重量份、抗氧剂0.1～3重量份、光稳定剂0.1～3重量份、颜填料2～10重量份；
所述疏水化阻燃改性蒙脱土为上述的疏水化阻燃改性蒙脱土。
作为优选方案，所述热塑性聚烯烃为主链中含有乙烯链节和/或丙烯链节单元的聚烯烃，更优选为反应釜聚合型热塑性聚烯烃，所述反应釜聚合型热塑性聚烯烃可选用利安德巴赛尔的HifaxTM系列弹性体。
作为优选方案，所述抗氧剂为抗氧剂1010和/或抗氧剂168。
作为优选方案，所述光稳定剂选自邻羟基二苯甲铜类光稳定剂、苯并三唑类光稳定剂、水杨酸脂类光稳定剂、受阻胺类光稳定剂中的至少一种。如受阻胺类光稳定剂850。
根据本发明，所述颜填料可选用本领域技术人员常规采用的颜填料。作为优选方案，所述颜填料选自二氧化钛、铁红、锌铬黄、普鲁士蓝、酞青和炭黑中的至少一种。
根据本发明，疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料的制备方法包括：将所有原料加入至哈克转矩流变仪或密炼机中混合均匀，设定温度为165～230℃，转速为50～200rpm；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中，经挤出、牵引、冷却、造粒、烘干、收集，制得疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料，其中双螺杆挤出机的机筒温度设定为165～230℃，切粒速度为100～400rpm。
本发明的第四方面提供上述的疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料在热塑性聚烯烃防水卷材中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明以制备的疏水化阻燃改性蒙脱土作为热塑性聚烯烃防水材料的阻燃填料和疏水防尘改性剂，使得热塑性聚烯烃防水材料在具有防水阻燃性能的同时，又具有疏水防尘功能；
本发明所制备的疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料具有优良的疏水性(水接触角为118.2°和120.9°，远大于90°)和较低的表面能(材料水接触角越大，表面能越低)，更不易吸收吸附灰渍、杂尘等户外常见的污染物，同时材料优良的疏水性，更加容易借助雨水将表面的灰渍、杂尘等污染物冲刷带走，从而起到优异的疏水防尘效果；
本发明所述疏水化阻燃改性蒙脱土制备方法均在水溶液中进行，反应条件温和，生产过程无污染、绿色环保，并且材料来源广泛，生产成本低，适宜推广应用。
本发明所制备的疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料可应用于各种型号、规格的热塑性聚烯烃防水卷材的生产，无需改变防水卷材生产过程中的任何条件和设备。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1示出了本发明实施例1的样品水接触角图。
图2示出了本发明实施例2的样品水接触角图。
图3示出了本发明对比例1的样品水接触角图。
图4示出了本发明对比例2的样品水接触角图。
图5示出了本发明对比例3的样品水接触角图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明实施例中，疏水化阻燃改性蒙脱土的制备方法包括：
1)在反应装置中加入10g Na-MMT和500g去离子水，在40℃下，搅拌分散12h，得溶液I；
2)向溶液I中加入16.8g APP，在60℃下，搅拌4h，得溶液II；
3)向溶液II中加入8.4g乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷，在40℃下搅拌8h，然后过滤保留滤渣、洗涤、干燥、研磨、过筛，至粒径≤200目，得疏水化阻燃改性蒙脱土。
本发明实施例及对比例中，疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料的制备方法包括：将所有原料加入至密炼机中混合均匀，设定温度为180℃，转速为50rpm；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中，经挤出、牵引、冷却、造粒、烘干、收集，制得疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料，其中双螺杆挤出机的机筒温度设定为180℃，切粒速度为200rpm。
本发明实施例及对比例中，热塑性聚烯烃为反应釜聚合型热塑性聚烯烃(利安德巴赛尔的HifaxTM系列弹性体)。
本发明实施例及对比例中，抗氧剂为抗氧剂1010，光稳定剂为受阻胺类光稳定剂850，颜填料为二氧化钛。
本发明实施例及对比例中，采用的蒙脱土Na-MMT为安耐吉化学提供的蒙脱石(CAS：1318-93-0)。
本发明实施例及对比例中，份数均指重量份。
实施例1
一种疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料，由以下质量份数的原料组成：疏水化阻燃改性蒙脱土30份，热塑性聚烯烃100份，抗氧剂0.3份，光稳定剂0.5份，颜填料8份。
实施例2
一种疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料，由以下质量份数的原料组成：疏水化阻燃改性蒙脱土50份，热塑性聚烯烃100份，抗氧剂0.3份，光稳定剂0.5份，颜填料8份。
对比例1
一种热塑性聚烯烃防水材料，由以下质量份数的原料组成：热塑性聚烯烃100份，抗氧剂0.3份，光稳定剂0.5份，颜填料8份。
制备方法同实施例1。
对比例2
一种热塑性聚烯烃防水材料，由以下质量份数的原料组成：蒙脱土30份，热塑性聚烯烃100份，抗氧剂0.3份，光稳定剂0.5份，颜填料8份。
制备方法同实施例1。
对比例3
一种热塑性聚烯烃防水材料，由以下质量份数的原料组成：聚磷酸铵30份，热塑性聚烯烃100份，抗氧剂0.3份，光稳定剂0.5份，颜填料8份。
制备方法同实施例1。
图1示出了本发明实施例1的样品水接触角图；图2示出了本发明实施例2的样品水接触角图；图3示出了本发明对比例1的样品水接触角图；图4示出了本发明对比例2的样品水接触角图；图5示出了本发明对比例3的样品水接触角图。
将实施例1和实施例2制备的疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料和对比例1～3制备的热塑性聚烯烃防水材料模具压片制样后进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1
性能编号 实施例1 实施例2 对比例1 对比例2 对比例3
水接触角 118.2° 120.9° 92.3° 81.3° 77.5°
氧指数/％ 27.6 28.7 19.0 24.4 25.8
拉伸强度/MPa 19.3 17.7 17.3 16.8 16.4
断裂伸长率/％ 745 728 732 707 688
测试结果表明：本发明制得的疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料水接触角为118.2°(实施例1)和120.9°(实施例2)，相比于普通热塑性聚烯烃防水材料为92.3°(对比例1)，水接触角增加了至少25°；相比于直接添加蒙脱土81.3°(对比例2)或聚磷酸铵77.5°对比例3，水接触角增加了至少36°，防水材料表面由亲水变为疏水(水接触角小于90°为亲水，大于90°为疏水)；相比于对比例1，疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料(实施例1和实施例2)极限氧指数增大了，阻燃性能得到了提升；相比于对比例2和对比例3，超疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料(实施例1和实施例2)力学性能也得到有效提高。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种疏水化阻燃改性蒙脱土的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
1)将蒙脱土和水在20～60℃下搅拌分散6～24h，得溶液I；
2)向溶液I中加入阻燃插层剂，在40～80℃下，搅拌分散1～6h，得溶液II；
3)向溶液II中加入疏水改性剂，在20～60℃下，搅拌分散2～12h，然后过滤保留滤渣，再经可选地洗涤、干燥、可选地研磨、可选地过筛后，得到所述疏水化阻燃改性蒙脱土。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述蒙脱土为钠基蒙脱土。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述阻燃插层剂选自磷酸二氢铵、聚磷酸铵和聚磷酸三聚氰胺中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述疏水改性剂选自乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、丙烯酸-丙烯酸酯共聚物、聚己内酯和氧化聚乙烯蜡中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，蒙脱土、水、阻燃插层剂、疏水改性剂的重量比为1:10～100:1～2:0.1～1。
6.由权利要求1-5中任意一项所述的制备方法制备得到的疏水化阻燃改性蒙脱土。
7.一种疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料，其特征在于，该疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料的原料组成包括：
疏水化阻燃改性蒙脱土10～50重量份、热塑性聚烯烃100重量份、抗氧剂0.1～3重量份、光稳定剂0.1～3重量份、颜填料2～10重量份；
所述疏水化阻燃改性蒙脱土为权利要求6所述的疏水化阻燃改性蒙脱土。
8.根据权利要求7所述的疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料，其中，所述热塑性聚烯烃为主链中含有乙烯链节和/或丙烯链节单元的聚烯烃，优选为反应釜聚合型热塑性聚烯烃。
9.根据权利要求7所述的疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料，其中，
所述抗氧剂为抗氧剂1010和/或抗氧剂168；
所述光稳定剂选自邻羟基二苯甲铜类光稳定剂、苯并三唑类光稳定剂、水杨酸脂类光稳定剂、受阻胺类光稳定剂中的至少一种；
所述颜填料选自二氧化钛、铁红、锌铬黄、普鲁士蓝、酞青和炭黑中的至少一种。
10.权利要求7-9中任意一项所述的疏水防尘阻燃热塑性聚烯烃防水材料在热塑性聚烯烃防水卷材中的应用。
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