CN116144090A - 一种防水卷材用tpo热塑性聚烯烃高分子复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料，包括如下重量份原料：50‑80份热塑性聚烯烃树脂，2‑10份相容剂，15‑30份膨胀阻燃剂，1‑5份改性海泡石，0.3‑1份光稳定剂，0.5‑1.5份润滑剂，0.3‑1份抗氧剂；将各组分混合均匀后，经挤出、牵引、冷却、造粒、烘干、收集后制得防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料；以热塑性聚烯烃树脂作为基体，通过无卤膨胀阻燃剂与改性海泡石的协同阻燃效果，赋予该复合材料优异的阻燃性能。
Description
技术领域
本发明属于阻燃高分子防水卷材技术领域，具体涉及一种防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料。
背景技术
在我国中长期发展规划中，新型防水材料在防水工程中的市场份额将进一步增加，以热塑性聚烯烃(TPO)防水卷材为代表的新型环保防水材料将占据重要地位。TPO是以乙丙橡胶和聚丙烯为原料，采用先进的合成技术和特定的配方制备的片状热塑性防水材料，是近年来在国际上应用广泛的一种新型防水材料。其还可以采用聚酯纤维或者玻璃纤维内增强，制备增强型防水卷材。
但TPO属于一种易燃材料，氧指数为18％左右，且熔滴严重，TPO防水卷材作为屋面防水系统重要材料之一，其阻燃性能显得尤为重要。为此，通常需要添加类似氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌等无机金属氢氧化物和/或金属氧化物，以提高其阻燃性能、耐火能力；然而，它们只有在较高填充量时才体现出对聚合物的阻燃性能，从而影响的力学强度、加工性能、热焊接等性能。因此，在提高TPO防水卷材阻燃性能的同时提升、保持或尽可能少降低其力学性能是行业亟待解决的技术难题之一。膨胀型阻燃剂低烟无毒,加工过程较简单，协效作用明显，是阻燃剂的一个重要发展趋势。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料，包括如下重量份原料：50-80份热塑性聚烯烃树脂，2-10份相容剂，15-30份膨胀阻燃剂，1-5份改性海泡石，0.3-1份光稳定剂，0.5-1.5份润滑剂，0.3-1份抗氧剂；
该防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料通过如下步骤制成：
将各组分混合均匀后，经挤出、牵引、冷却、造粒、烘干、收集后制得防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料。
进一步地：所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯，其中马来酸酐含量为0.5％-1.0％。
进一步地：所述膨胀阻燃剂为焦磷酸哌嗪和三聚氰胺聚磷酸盐按照1.2-1.5∶1的重量比混合而成。
进一步地：所述改性海泡石包括如下步骤制成：
步骤S1、将去离子水和甲苯加入三口烧瓶中，室温下匀速搅拌并加入甲基二氯硅烷，匀速搅拌并水解30min，分离下层酸水，之后加入去离子水继续水解30min，分离酸水，制得中间体1；
步骤S1中通过甲基二氯甲烷水解，制备出中间体1，反应过程如下所示：
步骤S2、将苯硼酸加入二乙二醇二甲醚中，加入质量分数60％硫酸，加入中间体1，升温至120℃，保温反应2h，反应结束后取上层液体，冷却后加入饱和碳酸钠水溶液中洗涤3次除去硫酸，之后用去离子水洗涤三次，调节体系pH＝7，取上层液体，用乙醇再次洗涤三次，收集下层液体，75℃下真空干燥24h，制得共聚物2；
步骤S2中以浓硫酸作为催化剂，苯硼酸和中间体1反应，制备出共聚物2，反应过程如下所示：
步骤S3、将共聚物2和甲苯加入烧瓶中，升温至70℃，加入催化剂，通入氮气，保温并匀速搅拌15min，之后升温至100℃，缓慢加入异氰酸丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液，继续反应9h后缓慢加入甲基丙烯酸缩水甘油酯的甲苯溶液，保温反应8h，反应结束后旋蒸除去溶剂以及剩余原料，制得中间体3；
步骤S3中共聚物2上的硅氢键与异氰酸丙基三乙氧基硅烷和甲基丙烯酸缩水甘油酯发生硅氢加成反应，制备出中间体3，反应过程如下所示：
步骤S4、将制得的中间体3、9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物和三苯基膦加入装有200mL甲苯的三口烧瓶中，匀速搅拌并升温至100℃，保温反应12h，反应结束后旋蒸除去溶剂，用无水乙醇洗涤三次除去未反应原料，用去离子水继续洗涤三次，抽滤，在85℃下干燥12h，制得改性剂；
步骤S4中中间体3上的环氧基与和9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物发生开环反应，制备出改性剂，反应过程如下所示：
步骤S5、将改性剂加入体积分数75％乙醇中，超声处理30min，之后加入海泡石，室温下超声处理30min，升温至75℃后保温并匀速搅拌12h，冷却至室温，过滤，分别用无水乙醇和去离子水洗涤三遍，烘干，制得改性海泡石。
步骤S5中改性剂中的硅氧键水解进而接枝在海泡石表面，通过对海泡石进行有机改性，从该改性剂结构来看，含有大量B、N、P和Si等阻燃元素，能够实现多种元素协同阻燃，而且在侧链上引入了大量的苯环，在燃烧时能够提高炭层的致密度，进一步提高阻燃性，通过改性剂改性一方面进一步提高海泡石的阻燃效果，另一方面提高海泡石与有机体的相容性。
进一步地：步骤S1中控制甲基二氯硅烷、去离子水和甲苯的重量比为1∶5∶2.5-2.8，两次去离子水加入量的体积比为1∶1，步骤S2中控制苯硼酸、二乙二醇二甲醚、硫酸和中间体1的用量比为0.0396-0.0398mol∶150mL∶30mL∶0.36mol，步骤S3中控制共聚物2和甲苯用量比为6.5-6.8mL∶50mL，催化剂的用量为共聚物2和甲苯重量和的3-5％，异氰酸丙基三乙氧基硅烷和甲基丙烯酸缩水甘油酯的摩尔比为1∶2，共聚物2中的硅氢键与异氰酸丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1∶0.4-0.5，步骤S4中控制中间体3上环氧基与10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物的摩尔比为1.1-1.2∶1，三苯基膦的用量为中间体3和9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物重量和的3-5％，步骤S5中控制改性剂、乙醇和海泡石的用量比为1-1.2g∶100mL∶2g。
进一步地：步骤S3中所述异氰酸丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液为异氰酸丙基三乙氧基硅烷和甲苯按照2.47g∶20mL的用量比混合而成，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯的甲苯溶液为甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲苯按照1.42g∶35mL的用量比混合而成。
进一步地：所述光稳定剂为UV531、UV3529和UV770中的一种或多种按任意比例混合而成。
进一步地：所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钙和硅酮中的一种或多种按任意比例混合而成。
进一步地：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂DSTP中的一种或多种按任意比例混合而成。
本发明的有益效果：
本发明制备出一种防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料，以热塑性聚烯烃树脂作为基体，加入了无卤膨胀阻燃剂和改性海泡石，赋予该复合材料优异的阻燃性能，其中，改性海泡石通过合成的改性剂进行改性，从该改性剂结构来看，含有大量B、N、P和Si等阻燃元素，能够实现多种元素协同阻燃，而且在侧链上引入了大量的苯环，在燃烧时能够提高炭层的致密度，进一步提高阻燃性，通过无卤膨胀阻燃剂与改性海泡石的协同阻燃效果，有利于提高复合材料的燃烧时的熔体强度，减少材料在燃烧时的滴落现象，有利于复合材料综合性能的提高并降低材料中传统无机阻燃剂的含量。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
所述改性海泡石包括如下步骤制成：
步骤S1、将去离子水和甲苯加入三口烧瓶中，室温下匀速搅拌并加入甲基二氯硅烷，匀速搅拌并水解30min，分离下层酸水，之后加入去离子水继续水解30min，分离酸水，制得中间体1，控制甲基二氯硅烷、去离子水和甲苯的重量比为1∶5∶2.5，两次去离子水加入量的体积比为1∶1；
步骤S2、将苯硼酸加入二乙二醇二甲醚中，加入质量分数60％硫酸，加入中间体1，升温至120℃，保温反应2h，反应结束后取上层液体，冷却后加入饱和碳酸钠水溶液中洗涤3次除去硫酸，之后用去离子水洗涤三次，调节体系pH＝7，取上层液体，用乙醇再次洗涤三次，收集下层液体，75℃下真空干燥24h，制得共聚物2，控制苯硼酸、二乙二醇二甲醚、硫酸和中间体1的用量比为0.0396mol∶150mL∶30mL∶0.36mol；
步骤S3、将共聚物2和甲苯加入烧瓶中，升温至70℃，加入Speier催化剂，通入氮气，保温并匀速搅拌15min，之后升温至100℃，缓慢加入异氰酸丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液，继续反应9h后缓慢加入甲基丙烯酸缩水甘油酯的甲苯溶液，保温反应8h，反应结束后旋蒸除去溶剂以及剩余原料，制得中间体3，控制共聚物2和甲苯用量比为6.5mL∶50mL，催化剂的用量为共聚物2和甲苯重量和的3％，异氰酸丙基三乙氧基硅烷和甲基丙烯酸缩水甘油酯的摩尔比为1∶2，共聚物2中的硅氢键与异氰酸丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1∶0.4；
所述异氰酸丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液为异氰酸丙基三乙氧基硅烷和甲苯按照2.47g∶20mL的用量比混合而成。
所述甲基丙烯酸缩水甘油酯的甲苯溶液为甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲苯按照1.42g∶35mL的用量比混合而成。
步骤S4、将制得的中间体3、9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物和三苯基膦加入装有200mL甲苯的三口烧瓶中，匀速搅拌并升温至100℃，保温反应12h，反应结束后旋蒸除去溶剂，用无水乙醇洗涤三次除去未反应原料，用去离子水继续洗涤三次，抽滤，在85℃下干燥12h，制得改性剂，控制中间体3上环氧基与10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物的摩尔比为1.1∶1，三苯基膦的用量为中间体3和9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物重量和的3％；
步骤S5、将改性剂加入体积分数75％乙醇中，超声处理30min，之后加入海泡石，室温下超声处理30min，升温至75℃后保温并匀速搅拌12h，冷却至室温，过滤，分别用无水乙醇和去离子水洗涤三遍，烘干，制得改性海泡石，控制改性剂、乙醇和海泡石的用量比为1g∶100mL∶2g。
实施例2
所述改性海泡石包括如下步骤制成：
步骤S1、将去离子水和甲苯加入三口烧瓶中，室温下匀速搅拌并加入甲基二氯硅烷，匀速搅拌并水解30min，分离下层酸水，之后加入去离子水继续水解30min，分离酸水，制得中间体1，控制甲基二氯硅烷、去离子水和甲苯的重量比为1∶5∶2.8，两次去离子水加入量的体积比为1∶1；
步骤S2、将苯硼酸加入二乙二醇二甲醚中，加入质量分数60％硫酸，加入中间体1，升温至120℃，保温反应2h，反应结束后取上层液体，冷却后加入饱和碳酸钠水溶液中洗涤3次除去硫酸，之后用去离子水洗涤三次，调节体系pH＝7，取上层液体，用乙醇再次洗涤三次，收集下层液体，75℃下真空干燥24h，制得共聚物2，控制苯硼酸、二乙二醇二甲醚、硫酸和中间体1的用量比为0.0398mol∶150mL∶30mL∶0.36mol；
步骤S3、将共聚物2和甲苯加入烧瓶中，升温至70℃，加入Speier催化剂，通入氮气，保温并匀速搅拌15min，之后升温至100℃，缓慢加入异氰酸丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液，继续反应9h后缓慢加入甲基丙烯酸缩水甘油酯的甲苯溶液，保温反应8h，反应结束后旋蒸除去溶剂以及剩余原料，制得中间体3，控制共聚物2和甲苯用量比为6.8mL∶50mL，催化剂的用量为共聚物2和甲苯重量和的5％，异氰酸丙基三乙氧基硅烷和甲基丙烯酸缩水甘油酯的摩尔比为1∶2，共聚物2中的硅氢键与异氰酸丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1∶0.5；
所述异氰酸丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液为异氰酸丙基三乙氧基硅烷和甲苯按照2.47g∶20mL的用量比混合而成。
所述甲基丙烯酸缩水甘油酯的甲苯溶液为甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲苯按照1.42g∶35mL的用量比混合而成。
步骤S4、将制得的中间体3、9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物和三苯基膦加入装有200mL甲苯的三口烧瓶中，匀速搅拌并升温至100℃，保温反应12h，反应结束后旋蒸除去溶剂，用无水乙醇洗涤三次除去未反应原料，用去离子水继续洗涤三次，抽滤，在85℃下干燥12h，制得改性剂，控制中间体3上环氧基与10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物的摩尔比为1.1-1.2∶1，三苯基膦的用量为中间体3和9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物重量和的3-5％；
步骤S5、将改性剂加入体积分数75％乙醇中，超声处理30min，之后加入海泡石，室温下超声处理30min，升温至75℃后保温并匀速搅拌12h，冷却至室温，过滤，分别用无水乙醇和去离子水洗涤三遍，烘干，制得改性海泡石，控制改性剂、乙醇和海泡石的用量比为1.2g∶100mL∶2g。
实施例4
一种防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料，包括如下重量份原料：50份热塑性聚烯烃树脂(熔体流动速率为0.5g/10min)，2份相容剂，15份膨胀阻燃剂，1份实施例1制备出的改性海泡石，0.3份光稳定剂UV531，0.5份聚乙烯蜡，0.3份抗氧剂168；
该防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料通过如下步骤制成：
将各组分混合均匀后，经挤出、牵引、冷却、造粒、烘干、收集后制得防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料。
相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯，其中马来酸酐含量为0.5％。
膨胀阻燃剂为焦磷酸哌嗪和三聚氰胺聚磷酸盐按照1.2∶1的重量比混合而成。
实施例5
一种防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料，包括如下重量份原料：72.8份热塑性聚烯烃树脂(熔体流动速率为0.8g/10min)，7份相容剂，20份膨胀阻燃剂，2份实施例1制备出的改性海泡石，0.6份光稳定剂UV3529，1份硬脂酸钙，0.6份抗氧剂；
该防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料通过如下步骤制成：
将各组分混合均匀后，经挤出、牵引、冷却、造粒、烘干、收集后制得防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料。
相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯，其中马来酸酐含量为0.8％。
膨胀阻燃剂为焦磷酸哌嗪和三聚氰胺聚磷酸盐按照1.4∶1的重量比混合而成。
实施例6
一种防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料，包括如下重量份原料：80份热塑性聚烯烃树脂(熔体流动速率为1g/10min)，10份相容剂，30份膨胀阻燃剂，5份实施例1制备出的改性海泡石，1份光稳定剂UV770，1.5份硅酮，1份抗氧剂DSTP；
该防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料通过如下步骤制成：
将各组分混合均匀后，经挤出、牵引、冷却、造粒、烘干、收集后制得防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料。
相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯，其中马来酸酐含量为1.0％。
膨胀阻燃剂为焦磷酸哌嗪和三聚氰胺聚磷酸盐按照1.5∶1的重量比混合而成。
对比例1
本对比例与实施例5相比，用氢氧化镁替换膨胀阻燃剂。
对比例2
本对比例与实施例5相比，未对海泡石进行改性。
对实施例5和对比例1-2制备出的防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料的性能进行检测，结果如下表1所示：
表1
从上表1中能够看出本发明实施例5制备出的复合材料在保持优异力学性能的同时，具有优异的阻燃性能。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料，其特征在于：包括如下重量份原料：50-80份热塑性聚烯烃树脂，2-10份相容剂，15-30份膨胀阻燃剂，1-5份改性海泡石，0.3-1份光稳定剂，0.5-1.5份润滑剂，0.3-1份抗氧剂；
该防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料通过如下步骤制成：
将各组分混合均匀后，经挤出、牵引、冷却、造粒、烘干、收集后制得防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯，其中马来酸酐含量为0.5％-1.0％。
3.根据权利要求1所述的一种防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料，其特征在于：所述膨胀阻燃剂为焦磷酸哌嗪和三聚氰胺聚磷酸盐按照1.2-1.5∶1的重量比混合而成。
4.根据权利要求1所述的一种防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料，其特征在于：所述改性海泡石包括如下步骤制成：
步骤S1、将去离子水和甲苯加入三口烧瓶中，室温下匀速搅拌并加入甲基二氯硅烷，匀速搅拌并水解30min，分离下层酸水，之后加入去离子水继续水解30min，分离酸水，制得中间体1；
步骤S2、将苯硼酸加入二乙二醇二甲醚中，加入质量分数60％硫酸，加入中间体1，升温至120℃，保温反应2h，反应结束后取上层液体，冷却后加入饱和碳酸钠水溶液中洗涤3次，之后用去离子水洗涤三次，调节体系pH＝7，取上层液体，用乙醇再次洗涤三次，收集下层液体，75℃下真空干燥24h，制得共聚物2；
步骤S3、将共聚物2和甲苯加入烧瓶中，升温至70℃，加入催化剂，通入氮气，保温并匀速搅拌15min，之后升温至100℃，缓慢加入异氰酸丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液，继续反应9h后缓慢加入甲基丙烯酸缩水甘油酯的甲苯溶液，保温反应8h，反应结束后旋蒸，制得中间体3；
步骤S4、将制得的中间体3、9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物和三苯基膦加入装有200mL甲苯的三口烧瓶中，匀速搅拌并升温至100℃，保温反应12h，反应结束后旋蒸，用无水乙醇洗涤三次，用去离子水继续洗涤三次，抽滤，在85℃下干燥12h，制得改性剂；
步骤S5、将改性剂加入体积分数75％乙醇中，超声处理30min，之后加入海泡石，室温下超声处理30min，升温至75℃后保温并匀速搅拌12h，冷却至室温，过滤，分别用无水乙醇和去离子水洗涤三遍，烘干，制得改性海泡石。
5.根据权利要求4所述的一种防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料，其特征在于：步骤S1中控制甲基二氯硅烷、去离子水和甲苯的重量比为1∶5∶2.5-2.8，两次去离子水加入量的体积比为1∶1，步骤S2中控制苯硼酸、二乙二醇二甲醚、硫酸和中间体1的用量比为0.0396-0.0398mol∶150mL∶30mL∶0.36mol，步骤S3中控制共聚物2和甲苯用量比为6.5-6.8mL∶50mL，催化剂的用量为共聚物2和甲苯重量和的3-5％，异氰酸丙基三乙氧基硅烷和甲基丙烯酸缩水甘油酯的摩尔比为1∶2，共聚物2中的硅氢键与异氰酸丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1∶0.4-0.5，步骤S4中控制中间体3上环氧基与10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物的摩尔比为1.1-1.2∶1，三苯基膦的用量为中间体3和9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物重量和的3-5％，步骤S5中控制改性剂、乙醇和海泡石的用量比为1-1.2g∶100mL∶2g。
6.根据权利要求4所述的一种防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料，其特征在于：步骤S3中所述异氰酸丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液为异氰酸丙基三乙氧基硅烷和甲苯按照2.47g∶20mL的用量比混合而成，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯的甲苯溶液为甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲苯按照1.42g∶35mL的用量比混合而成。
7.根据权利要求1所述的一种防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料，其特征在于：所述光稳定剂为UV531、UV3529和UV770中的一种或多种按任意比例混合而成。
8.根据权利要求1所述的一种防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料，其特征在于：所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钙和硅酮中的一种或多种按任意比例混合而成。
9.根据权利要求1所述的一种防水卷材用TPO热塑性聚烯烃高分子复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂DSTP中的一种或多种按任意比例混合而成。
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