一种抗撕裂的聚烯烃复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及防水材料技术领域，更具体的，涉及一种抗撕裂的聚烯烃复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

线性低密度聚乙烯(LLDPE)和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)等聚烯烃材料由于其均有优异的低透水性、低温柔韧性、延展性和可加工性能好，挤出的片材非常适用于建筑物内外防水。但是由于其抗撕裂强度较低，在施工过程中遇到尖锐硬物容易出现刺破撕裂等问题，导致防水抗渗性能大幅度降低，需要针对性进行提高，改善其抗撕裂性能。

目前，主要有如下两种方法进行抗撕裂性能改善：(1)添加茂金属聚乙烯树脂，但是对撕裂强度的提高不明显；(2)采用多层共挤后复合，虽然抗撕裂性能改善效果较好，但是其加工步骤复杂，增加了加工难度。

因此，需要开发出一种抗撕裂的聚烯烃复合材料。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的抗撕裂性能差的缺陷，提供一种抗撕裂的聚烯烃复合材料。通过在LLDPE/EVA体系中加入部分茂金属聚乙烯，协同特定种类的抗撕裂助剂、层状无机填料，可以在不降低材料刚性、韧性的基础上，大幅改善材料的抗撕裂性能。

本发明的另一目的在于提供上述聚烯烃复合材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述聚烯烃复合材料的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种抗撕裂的聚烯烃复合材料，包括如下重量份的组分：

线性低密度聚乙烯(LLDPE)20～50份，

乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)5～30份，

茂金属聚乙烯(m-PE)10～30份，

抗撕裂助剂2～10份，

层状无机填料5～20份；

所述抗撕裂助剂为含氟乙烯聚合物、尼龙树脂、环氧树脂或酚醛树脂中的一种或几种。

在LLDPE/EVA体系中加入部分茂金属聚乙烯，可以一定程度上改善材料的抗撕裂性能。在此基础上，协同本发明的抗撕裂助剂、层状无机填料，可以在不降低材料刚性、韧性的基础上，进一步大幅改善材料的抗撕裂性能。

本发明中所述抗撕裂助剂为耐高温高分子材料，发明人研究发现，在挤出加工过程中，抗撕裂助剂在螺杆的强剪切力的作用下呈细丝状相互缠结，在LLDPE/EVA体系中形成网状结构，进而增强了材料的抗撕裂性能。层状无机填料在LLDPE/EVA体系中层状分散，协同抗撕裂助剂的网状结构，进一步提高材料的抗撕裂性能，且层状分散的填料延长了小分子的渗透通过路径，提高了材料的抗渗水性能。

可选地，所述尼龙树脂为PA66、PA6、PA6T、PA10、PA11或PA12中的一种或几种。

可选地，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、环氧化烯烃化合物或杂环型环氧树脂中的一种或几种。

可选地，所述酚醛树脂为热塑性酚醛树脂和/或热固性酚醛树脂。

优选地，所述含氟乙烯聚合物的分子量为30～1000万。

可选地，所述含氟乙烯聚合物为聚四氟乙烯。

优选地，所述抗撕裂助剂为含氟乙烯聚合物。

发明人研究发现，含氟乙烯聚合物作为抗撕裂助剂，使得本发明的聚乙烯复合材料中具有更优的抗撕裂性能。

优选地，所述层状无机填料为滑石粉、云母粉、蒙脱土、高岭土或黏土中的一种或几种。

更优选地，所述层状无机填料为滑石粉。

优选地，所述层状无机填料的平均粒径为2～30μm。

优选地，所述茂金属聚乙烯在190℃、2.16kg条件下的熔体流动速率为0.5～3g/10min。

优选地，所述线性低密度聚乙烯在190℃、2.16kg条件下的熔体流动速率为0.5～25g/10min。

优选地，所述EVA中乙酸乙烯酯(VA)含量为7.5～40wt.％。

本发明还保护上述聚烯烃复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、茂金属聚乙烯、抗撕裂助剂、层状无机填料混合后，加至挤出机，经熔融混合、挤出造粒，得到所述聚烯烃复合材料。

优选地，所述挤出机为双螺杆挤出机。

更优选地，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为36～52:1，螺筒温度为140～200℃。

本发明还保护上述聚烯烃复合材料在建筑物内外防水中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明开发了一种抗撕裂的聚烯烃复合材料。通过在LLDPE/EVA体系中加入部分茂金属聚乙烯，协同特定种类的抗撕裂助剂、层状无机填料，可以在不降低材料刚性、韧性的基础上，大幅改善材料的抗撕裂性能。

抗撕裂助剂在挤出加工过程中，经剪切力的作用可以在LLDPE/EVA体系中形成网状结构，进而增强了材料的抗撕裂性能。

层状无机填料在LLDPE/EVA体系中层状分散，协同抗撕裂助剂的网状结构，进一步提高材料的抗撕裂性能，且层状分散的填料延长了小分子的渗透通过路径，提高了材料的抗渗水性能。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例及对比例中的原料均可通过市售得到，具体如下：

除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1～19

实施例1～19分别提供一种聚烯烃复合材料，组分含量见表1，制备方法如下：

按照表1将各组分加至双螺杆挤出机，经熔融混合、挤出造粒，得到聚烯烃复合材料；其中双螺杆挤出机的螺杆长径比为48:1，螺筒温度为140～200℃。

表1实施例1～19的聚烯烃复合材料的组分含量(重量份)

对比例1～7

对比例1～7分别提供一种聚烯烃复合材料，组分含量见表2，制备方法如下：

按照表2将各组分加至双螺杆挤出机，经熔融混合、挤出造粒，得到聚烯烃复合材料；其中双螺杆挤出机的螺杆长径比为48:1，螺筒温度为140～200℃。

表2对比例1～7的聚烯烃复合材料的组分含量(重量份)

性能测试

对上述实施例及对比例制得的聚烯烃复合材料进行性能测试，具体方法如下：

撕裂强度：按照GB/T 529-2008标准方法测试；

拉伸强度：按照GB/T 1040.1-2018标准方法测试；

断裂伸长率：按照GB/T 1040.1-2018标准方法测试；

防水性能：按照GB/T328.10-2007标准方法测试，测试在0.3MPa水压下水渗透时间。

实施例及对比例的测试结果分别见表3和表4。

表3实施例的测试结果

根据表3的测试结果，本发明各实施例制备的聚烯烃复合材料均具有较好的抗渗水性能(防水性能)，且力学性能好，特别是撕裂强度高，撕裂强度≥110KN/m。

实施例1～7中，实施例3、5和7制备的聚烯烃复合材料的撕裂强度相对较低，水渗透时间相对较短。可以看出，茂金属聚乙烯在190℃、2.16kg条件下的熔体流动速率优选为0.5～3g/10min、线性低密度聚乙烯在190℃、2.16kg条件下的熔体流动速率优选为0.5～25g/10min、EVA中VA含量优选为7.5～40wt.％。

根据实施例1、8～10，抗撕裂助剂为含氟乙烯聚合物时，聚烯烃复合材料的抗撕裂性能、力学性能更优，防水性能更好。根据实施例1、11～13，层状无机填料为滑石粉时，聚烯烃复合材料的抗撕裂性能和防水性能相对更好。

表4对比例的测试结果

对比例1的聚烯烃复合材料为常规的防水材料，仅含LLDPE和EVA，可以看出其防水性能较差，且撕裂强度仅为56KN/m，抗撕裂性能较差。对比例2为在对比例1的基础上添加了茂金属聚乙烯，虽然抗撕裂性能和防水性能有一定改善，但程度较低，仍不满足实际使用需求。

对比例3的聚烯烃复合材料不含层状无机填料，对比例4的聚烯烃复合材料不含抗撕裂助剂。可以看出，在缺少某一组分的情况下，聚烯烃复合材料的撕裂强度仍较低，防水性能与实施例相比差距较大。

对比例5中层状无机填料的含量过多，对比例6中抗撕裂助剂的含量过多，制得的聚烯烃复合材料难以达到优异的抗撕裂性能和防水性能，并且材料的韧性劣化严重。

根据对比例3～6的测试结果，可以看出，对于本发明的聚烯烃复合材料，无机填料与抗撕裂助剂是通过协同增效作用，共同作用以实现对抗撕裂性能的改善。在缺少某一组分，或含量过多的情况下，难以起到有效的协同增效作用。

对比例7与实施例1、实施例11～13相比，在使用非层状无机填料替换层状无机填料的情况下，非层状无机填料无法有效协同抗撕裂助剂形成的网状结构，制得的聚烯烃复合材料的抗撕裂性能较差；无机填料由于不具有层状结构，难以延长小分子渗透路径，导致聚烯烃复合材料在0.3MPa水压下水渗透时间仅为27h；由于非层状无机填料无法在LLDPE/EVA体系中层状分散，与其他组分间结合力较差，造成聚烯烃复合材料的断裂伸长率过低，材料韧性较差。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。