CN113667225B - 一种聚丙烯防水卷材专用料及其生产方法 - Google Patents

一种聚丙烯防水卷材专用料及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚丙烯防水卷材专用料及其生产方法，通过在第一反应器键合适量乙烯单体以降低聚丙烯连续相的结晶度，第二反应器聚合足够量的乙丙橡胶，结合橡胶相粒径控制技术、粉料防粘和挤压造粒技术，开发出模量不超过200MPa的聚丙烯产品，满足防水卷材的使用要求。生产的聚丙烯树脂可以用于热塑性聚烯烃(TPO)防水卷材的生产，制成的防水卷材，各项性能满足GB/T27789‑2011热塑性聚烯烃(TPO)防水卷材标准的要求。

Description

一种聚丙烯防水卷材专用料及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种防水卷材专用料及其生产方法，具体涉及一种聚丙烯防水卷材专用料及其生产方法，属于防水抗冲材料技术领域。
背景技术
20世纪初期，国内外建筑防水材料主要以油毡为主，且纸胎油毡逐渐被玻纤油毡所替代。随着化学工业特别是橡胶工业有了重大的发展，研制生产出了许多适用于建筑防水材料的树脂和橡胶，使得建筑防水材料的研究技术得到了迅速发展。于是改性沥青油毡取代了纸毡氧化沥青油毡，拉伸强度、延伸率、高低温性能等均有显著提高。胎体由玻纤和聚酯胎替代纸胎，提高了沥青油毡的使用寿命，克服了纸胎易起鼓和腐烂等问题；由SBS橡胶和APP树脂等对沥青改性，也明显改善了沥青卷材的耐低温、延伸、强度、耐撕裂和耐冲击等性能。但是改性沥青防水卷材在生产和施工过程中存在明显的环境污染。目前中国防水材料仍是以沥青基防水材料为主，约占全部防水材料的65％。随着建筑防水行业的迅速发展，沥青基防水卷材生产带来的环境污染问题引起了广泛关注，其排放的有毒有害物质不仅影响企业周围的环境空气质量，还直接威胁着人们的身体健康和生命安全。从原料、配方、装备、工艺等方面着手，大力发展功能可靠、经久耐用、绿色环保的防水密封材料，淘汰高污染、高能耗的改性沥青防水卷材生产工艺及生产装备，限制废胶粉、废机油等有害物质在改性沥青防水卷材中使用，开发节能、环保的建筑防水材料成为急需解决的问题。来自中国建筑材料科学研究院总院苏州防水研究院的统计数据显示，2015年国内建筑防水材料中，高分子防水卷材占比13.8％，相较前两年有3.7％的增长。目前使用的高分子防水卷材主要为PVC、超软聚丙烯(TPO)等。
与传统的沥青防水卷材相比，以热塑性聚烯烃(TPO)防水卷材为代表的热塑性高分子防水卷材具有无污染、寿命长、可回收、反射节能等诸多优点，在欧美国家发展十分迅速。由于TPO防水卷材在全球范围内表现出优异的物理机械性能、方法可靠的安装性和经过长期使用所证实的可信表现，TPO防水卷材已经获得了全球防水卷材工业的广泛认可。TPO防水卷材体系已经可以提供30年的质量保证，TPO防水卷材在美国的单层屋面的市场份额中占40％以上，是发展最快的一种防水材料，并且市场份额还在逐年增加。
超软聚丙烯(TPO)由于工艺要求苛刻，生产难度大，目前国内尚未有企业能够生产，只能依赖进口，造成其价格昂贵且供不应求，推广使用困难。现有的抗冲聚丙烯工艺，采用第一反应器加入丙烯，生成均聚聚丙烯，第二反应器加入丙烯和乙烯，生成抗冲共聚聚丙烯，这样生产出来的产品，弯曲模量较高，在300MPa以上，达不到防水卷材要求的低模量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种聚丙烯防水卷材专用料及其生产方法，通过在第一反应器键合适量乙烯单体以降低聚丙烯连续相的结晶度，第二反应器聚合足够量的乙丙橡胶，结合橡胶相粒径控制技术、粉料防粘和挤压造粒技术，开发出模量不超过200MPa的聚丙烯产品，满足防水卷材的使用要求。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种聚丙烯防水卷材专用料的生产方法，流程图如图1所示，包括以下步骤：
(1)聚丙烯树脂的制备：将丙烯、乙烯加入到第一反应器中，并向其内加入催化剂、助催化剂和改性剂搅拌均匀，同时向其内输入氢气，第一反应器内的物料内进行一级反应得到一级产物；一级产物进入到第二反应器内，同时继续将丙烯、乙烯加入到第二反应器中，并向其内输入氢气和空气，第二反应器内的物料内进行二级反应，从而得到聚丙烯树脂的粉料；
(2)向步骤(1)中得到的聚丙烯树脂的粉料中加入抗氧剂、吸酸剂，挤出造粒，获得聚丙烯防水卷材专用料。
上述技术方案中，步骤(1)中，第一反应器、第一反应器串联设置，且二者均为气相卧式搅拌床反应器。
上述技术方案中，步骤(1)中，所述的催化剂为JHN催化剂；所述的助催化剂为三乙基铝；所述的改性剂为给电子体，具体为二异丙基二甲氧基硅烷(DIPDMS)。
上述技术方案中，步骤(1)中，控制第一反应器内的反应温度为57～66℃，反应压力为2.1～2.3MPa。
上述技术方案中，步骤(1)中，控制第一反应器中，乙烯的质量含量为3.5％～4.5％、催化剂质量浓度32-42ppm、助催化剂质量浓度100-140ppm、改性剂质量浓度14-24ppm；控制第一反应器中，氢气与丙烯的质量比为0.04～0.06：1。
上述技术方案中，步骤(1)中，控制第二反应器内的反应温度为54～56℃，反应压力为2.1～2.3MPa。
上述技术方案中，步骤(1)中，控制第二反应器中，总乙烯的质量含量为18％～20％、氢气的质量浓度为3.8％～4.2％、空气的流量为5NL/h。
上述技术方案中，步骤(1)中，控制第二反应器内橡胶相中的乙烯含量26％～30％。橡胶相为专业术语，指的是乙烯丙烯共聚成分。
上述技术方案中，步骤(1)中，获得聚丙烯树脂的粉料，熔体流动速率为0.6～1.0g/10min，弯曲模量<200MPa。
上述技术方案中，步骤(2)中，所述的抗氧剂包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯两种。
上述技术方案中，步骤(2)中，所述的吸酸剂为硬脂酸钙。
上述技术方案中，步骤(2)中，聚丙烯树脂粉料、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、硬脂酸钙的质量比为100：0.15～0.3：0.05～0.15：0.05～0.1。
本发明中，通过在第一反应器键合适量乙烯单体以降低聚丙烯连续相的结晶度，第二反应器聚合足够量的乙丙橡胶，结合橡胶相粒径控制技术、粉料防粘和挤压造粒技术，开发出模量不超过200MPa的聚丙烯树脂产品；生产的聚丙烯树脂可以用于热塑性聚烯烃(TPO)防水卷材的生产，制成的防水卷材，各项性能满足GB/T27789-2011热塑性聚烯烃(TPO)防水卷材标准的要求。
附图说明
图1为本发明工艺方法的流程图。
具体实施方式
以下对本发明技术方案的具体实施方式详细描述，但本发明并不限于以下描述内容：
下面结合具体的实施例，对本发明进行阐述：
实施例1：
一种聚丙烯防水卷材专用料的生产方法，包括以下步骤：
(1)聚丙烯树脂的制备：将丙烯、乙烯加入到第一反应器中，并向其内加入JHN催化剂、三乙基铝和DIPDMS搅拌均匀，同时向其内输入氢气，第一反应器内的物料内进行一级反应得到一级产物；控制第一反应器内的反应温度为57～66℃，反应压力为2.1～2.3MPa；控制第一反应器中催化剂的质量浓度为38ppm、助催化剂的质量浓度为118ppm、改性剂的质量浓度为18ppm，控制第一反应器中，乙烯的质量含量为4.0％～4.4％、氢气与丙烯的体积比为0.0038；；一级产物进入到第二反应器内，同时将丙烯、乙烯加入到第二反应器中，并向其内输入氢气和空气，第二反应器内的物料内进行二级反应，从而得到聚丙烯树脂的粉料；控制第二反应器内的反应温度为54～56℃，反应压力为2.1～2.3MPa；控制第二反应器中，总乙烯的质量含量为18.2％～18.5％、氢气与丙烯的体积比为0.019、空气的流量为5NL/h(空气体积含量0.07ppm)；控制第二反应器内橡胶相中的乙烯含量29％～30％。
本实施例中，第一反应器、第一反应器串联设置，且二者均为气相卧式搅拌床反应器。
(2)向步骤(1)中得到的聚丙烯树脂的粉料中加入抗氧剂和吸酸剂，挤出造粒，获得聚丙烯防水卷材专用料；所述的聚丙烯树脂粉料与四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、硬脂酸钙按照100：0.15：0.01：0.05的质量比混合均匀；
本实施例中，获得的聚丙烯防水卷材专用料，性能如表1所示：
项目 单位 典型值 试验方法
熔体质量流动速率(2.16Kg/230℃) g/10min 0.7 GB/T 3682.1-2018
拉伸屈服应力 MPa 8.5 GB/T 1040.2-2006
弯曲模量 MPa 163 GB/T 9341-2008
简支梁缺口冲击强度23℃ KJ/m2 部分断裂 GB/T 1043.1-2008
简支梁缺口冲击强度-20℃ KJ/m2 部分断裂 GB/T 1043.1-2008
负荷变形温度 ℃ 42.3 GB/T 1634-2004
模塑收缩率(SMp) ％ 1 GB/T 17037.4-2003
模塑收缩率(SMn) ％ 0.9 GB/T 17037.4-2003
实施例2：
一种聚丙烯防水卷材专用料的生产方法，包括以下步骤：
(1)聚丙烯树脂的制备：将丙烯、乙烯加入到第一反应器中，并向其内加入JHN催化剂、三乙基铝和DIPDMS搅拌均匀，同时向其内输入氢气，第一反应器内的物料内进行一级反应得到一级产物；控制第一反应器内的反应温度为57～66℃，反应压力为2.1～2.3MPa；控制第一反应器中催化剂的质量浓度为38ppm、助催化剂的质量浓度为118ppm、改性剂的质量浓度为18ppm，控制第一反应器中，乙烯的质量含量为4.1％、氢气与丙烯的体积比为0.0038；；一级产物进入到第二反应器内，同时将丙烯、乙烯加入到第二反应器中，并向其内输入氢气和空气，第二反应器内的物料内进行二级反应，从而得到聚丙烯树脂的粉料；控制第二反应器内的反应温度为54～56℃，反应压力为2.1～2.3MPa；控制第二反应器中，总乙烯的质量含量为18.3％、氢气与丙烯的体积比为0.019、空气的流量为5NL/h(空气体积含量0.07ppm)；控制第二反应器内橡胶相中的乙烯含量29.2％。
本实施例中，第一反应器、第一反应器串联设置，且二者均为气相卧式搅拌床反应器。
(2)向步骤(1)中得到的聚丙烯树脂的粉料中加入抗氧剂和吸酸剂，挤出造粒，获得聚丙烯防水卷材专用料；所述的聚丙烯树脂粉料与四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、硬脂酸钙按照100：0.15：0.01：0.05的质量比混合均匀；
本实施例中，获得的聚丙烯防水卷材专用料，性能如表2所示：
项目 单位 典型值 试验方法
熔体质量流动速率(2.16Kg/230℃) g/10min 0.6 GB/T 3682.1-2018
拉伸屈服应力 MPa 7.6 GB/T 1040.2-2006
弯曲模量 MPa 146 GB/T 9341-2008
简支梁缺口冲击强度23℃ KJ/m2 部分断裂 GB/T 1043.1-2008
简支梁缺口冲击强度-20℃ KJ/m2 部分断裂 GB/T 1043.1-2008
负荷变形温度 ℃ 42 GB/T 1634-2004
模塑收缩率(SMp) ％ 0.9 GB/T 17037.4-2003
模塑收缩率(SMn) ％ 0.8 GB/T 17037.4-2003
上述实例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种聚丙烯防水卷材专用料的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)聚丙烯树脂的制备：将丙烯、乙烯加入到第一反应器中，并向其内加入催化剂、助催化剂和改性剂搅拌均匀，同时向其内输入氢气，第一反应器内的物料内进行一级反应得到一级产物；一级产物进入到第二反应器内，同时继续将丙烯、乙烯加入到第二反应器中，并向其内输入氢气和空气，第二反应器内的物料内进行二级反应，从而得到聚丙烯树脂的粉料；
所述的催化剂为JHN催化剂；所述的助催化剂为三乙基铝；所述的改性剂为给电子体，具体为二异丙基二甲氧基硅烷；
控制第一反应器中，乙烯的质量含量为3.5％～4.5％、催化剂质量浓度32-42ppm、助催化剂质量浓度100-140ppm、改性剂质量浓度14-24ppm；控制第一反应器中，氢气与丙烯的质量比为0.04～0.06：1；
控制第二反应器中，总乙烯的质量含量为18％～20％、氢气的质量浓度为3.8％～4.2％、空气的流量为5NL/h；控制第二反应器内橡胶相中的乙烯含量26％～30％，获得聚丙烯树脂的粉料，2.16Kg/230℃条件下熔体流动速率为0.6～1.0g/10min，弯曲模量<200MPa；
(2)向步骤(1)中得到的聚丙烯树脂的粉料中加入抗氧剂、吸酸剂，挤出造粒，获得聚丙烯防水卷材专用料；
所述的抗氧剂包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯两种；所述的吸酸剂为硬脂酸钙。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，第一反应器、第一反应器串联设置，且二者均为气相卧式搅拌床反应器。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，控制第一反应器内的反应温度为57～66℃，反应压力为2.1～2.3MPa。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，控制第二反应器内的反应温度为54～56℃，反应压力为2.1～2.3MPa。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，聚丙烯树脂粉料与四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、硬脂酸钙的质量比为100：0.15～0.3：0.05～0.15：0.05～0.1。
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