一种高耐热超耐候阻燃TPO高分子防水卷材及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑防水工程技术领域，尤其涉及一种高耐热超耐候阻燃TPO高分子防水卷材及其制备方法。

背景技术

合成高分子防水卷材是以合成高分子树脂为主要原料，加入适量的无机颜填料等制成的防水材料。其中，热塑性聚烯烃(TPO)防水卷材是合成高分子防水卷材中的高端品类，具有高强度、高延伸率、高耐候性、环保等特点，广泛应用于各种工业与民用建筑金属屋面、混凝土屋面、耐根穿刺种植顶板等领域的防水工程。但由于TPO自身为易燃材料，因此，在设计TPO防水卷材配方时需要加入阻燃剂填料，以满足建筑对材料阻燃和防火性能的要求。目前，国内阻燃TPO主要为无机阻燃体系TPO防水卷材，少量为有机溴系TPO，而有机溴系类，目前在防水领域上尚不太成熟，且个别溴系在燃烧过程中会产生溴代二恶英等有毒气体，其对人体及环境均产生不良影响，故还是以无机阻燃体系为主流。

屋面防水卷材，尤其是钢结构屋面防水卷材暴露于特定的环境条件下时，例如紫外照射、高温、高能辐射等，会导致其耐热、耐候性逐渐降低，随着时间的推移，卷材的力学性能衰减量大幅增加，出现开裂现象，从而降低防水性能，导致屋面渗漏，钢材腐蚀等不良影响，使得整片防水卷材性能失效，从而缩短了建筑使用寿命。现有技术中，普通无机阻燃体系类TPO防水卷材通常通过提高其无机填充量进而提升其耐热性，但卷材填充过量后，往往又会产生力学性能不足、低温性能不够等问题；尤其在一些外部环境更为恶劣的特殊地区，对防水卷材要求更为严苛，这是普通无机阻燃TPO防水卷材不能满足的。因此，需要设计一种具有高耐热性和耐候性，同时力学性能和阻燃性优异的TPO高分子防水卷材解决现有无机阻燃体系类TPO防水卷材中存在的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：本发明提供一种高耐热超耐候阻燃TPO高分子防水卷材，在不影响其力学性能、低温性能及阻燃性能的前提下，又能赋予其高耐热性和超耐候性，使其能拥有更广阔的适应性及更长的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明实施例提供一种高耐热超耐候阻燃TPO高分子防水卷材，包括：按重量百分比计的：

无机填充料：30％～40％，共聚PP：20％～30％，乙烯丙烯酸酯弹性体：5％～20％，TPO：20％～40％，相容剂：1％～4％，改性助剂：2％～6％，复合耐候剂：0.5％～1.5％；

所述改性助剂包括以下重量分数的成分：甲基丙烯酸锌：1％～3％，乙烯基双硬脂酰胺：0.5％～1％，二叔丁基过氧化异丙基苯(BIPI)：0.5～1.5％，白色母：1％～3％，炭黑：0.5％～1％。

本发明提出的一种高耐热超耐候阻燃TPO高分子防水卷材，基于乙烯丙烯酸酯弹性体自身的高耐热性和耐候性，通过改性助剂中由硫化剂BIPI、促进剂甲基丙烯酸锌和补强剂炭黑组成的硫化体系使乙烯丙烯酸酯弹性体硫化交联，使得乙烯丙烯酸酯弹性体本身优异的耐热性进一步提升，解决了普通无机阻燃体系类TPO防水卷材通常通过提高无机填充量来提升卷材耐热性，但卷材填充过量后所产生力学性能不足、低温性能不够等问题，同时通过乙烯丙烯酸酯弹性体与相容剂的复配使用，改善了其与无机矿物材料的相容性，使得硫化后的乙烯丙烯酸酯弹性体与TPO、PP及无机矿物材料完美结合，从而避免了因不相容产生的片材分层所导致的片材的力学性能和耐候性下降；TPO的引入提供片材的柔软度及低温性能；无机填充料的引入为片材提供尺寸稳定性、耐高温性能及阻燃性能；共聚PP的引入提高了片材的强度且提供一定的耐高温性能；复合耐候剂的引入使片材的耐候性能大幅度增加，同时其还能为PP和PE分子提供优异的光稳定性以及对填充PP的制品和碳黑填充体系表现出独特的长效热稳定性，从而延长片材寿命。通过合理的配方搭配，制得了一种环保阻燃的TPO高分子防水卷材，同时又具备了高强度、高延伸率等优异的力学性能和高耐热、高耐候性、耐低温等优良特性，使得TPO高分子防水卷材应用范围更广，更能适应各种苛刻的施工环境，且施工更加便捷，提高施工效率。

可选地，所述TPO为聚烯烃类热塑性弹性体，具体为乙烯-辛烯共聚物。

根据上述描述可知，TPO具有密度小、高弹性等特性，为片材提供优良的柔软度及低温性能。

可选地，所述无机填充料为氢氧化镁粉料。

根据上述描述可知，氢氧化镁粉料能够提供片材的尺寸稳定性、耐高温性能，同时基于无机矿物自身的高耐热性能，一定程度上也提高片材的耐热性。

可选地，所述乙烯丙烯酸酯弹性体采用杜邦VMX5000。

根据上述描述可知，杜邦VMX5000系列的乙烯丙烯酸酯弹性体较同类型制品拥有更为突出的耐热性能，且耐热老化寿命较长。

可选地，所述相容剂为马来酸酐型接枝剂。

根据上述描述可知，由于有机材料与无机矿物材料存在相容性不好的情况，相容剂的加入能够很好地改善两者的相容性，避免两者因不相容而导致的片材分层，保证了片材的良好的力学性能及耐候性。

可选地，所述复合耐候剂采用中国台湾永光ST19007。

根据上述描述可知，中国台湾永光ST19007的有效成分为含硫醚基团的大分子受阻酚类抗氧化剂(GM-ME-IPDI)、紫外线吸收剂(UVP-327，2-(2'-羟基-3'，5'-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑)和受阻胺类光稳定剂(巴斯夫2020)。抗氧化剂中受阻酚充当主要的抗氧化基团，以拦截和稳定自由基，而硫醚基可分解过氧化氢，形成稳定产物，而其大分子量，可保证其耐一定的高温；紫外线吸收剂能强烈吸收波长为270～380nm的紫外线，化学稳定性好，挥发性极小，且与聚烯烃的相容相好，与抗氧化剂并用有显著的协同效应；受阻胺类光稳定剂能为PP和PE材料提供优异的光稳定性，同时对填充PP的制品和炭黑填充体系表现出独特的长效热稳定性。通过使用该复合耐候剂，能进一步提高片材的防老化性能，从而延长片材的使用寿命。

本发明的另一个目的在于，提供一种高耐热超耐候阻燃TPO高分子防水卷材的制备方法，包括以下步骤：

S1、原料准备：按配比准备原料A和原材料B，其中，所述原料A包括无机填充料、共聚PP、TPO、相容剂、复合耐候剂和改性助剂；所述原料B包括无机填充料、共聚PP、TPO、相容剂、复合耐候剂、乙烯丙烯酸酯弹性体和改性助剂。

S2、原料预混：将制备的原料A及原料B分别按配比真空吸入不同的混合机，分别高混5分钟，并恒温预热5分钟，然后再低混7分钟。

根据上述描述可知，预混的作用在于保证其原材料的混料均匀性。

S3、挤出成型：将混合好的配方料B输送入双螺杆B中，通过160℃-190℃的挤出温度，挤出高分子片材B，将混合好的配方料A输送入双螺杆A中，通过160℃-190℃的挤出温度，挤出高分子片材A，复合网格布，再通过三辊定厚成型后与片材B复合，再经过两辊定厚成型，冷却。

S4、内应力处理：成型后的高分子防水卷材牵引至内应力处理段，通过4组80℃高温辊及4组10℃低温辊的交叉牵引4次，进行片材处理、定型，消除片材中的内应力。

根据上述描述可知，内应力消除处理能够减小片材后期因内应力的影响而产生大的收缩及性能的衰变，保证其尺寸及性能的稳定性。

S5、卷材收卷：将处理后的高分子防水卷材，进行冷却、牵引、收卷。

其中，S1中所述原料A中改性助剂包括乙烯基双硬脂酰胺和白色母；所述原料B中改性助剂包括甲基丙烯酸锌、二叔丁基过氧化异丙基苯、乙烯基双硬脂酰胺和炭黑。

根据上述描述可知，改性助剂中的乙烯基双硬脂酰胺作为内外润滑剂，减小原料对双螺杆的损伤且提高双螺杆的挤出效率；白色母为染料；炭黑为染料同时起补强剂作用；BIPI为硫化剂，与促进剂甲基丙烯酸锌和炭黑共同形成硫化体系，使乙烯丙烯酸酯弹性体硫化交联，进一步提高其耐热性。

附图说明

图1为本发明制备工艺流程图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。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他实施例，都涉及本发明保护的范围。

本发明一方面提供一种高耐热超耐候阻燃TPO高分子防水卷材，包括：按重量百分比计的：

无机填充料：30％～40％，共聚PP：20％～30％，乙烯丙烯酸酯弹性体：5％～20％，TPO：20％～40％，相容剂：1％～4％，改性助剂：2％～6％，复合耐候剂：0.5％～1.5％；

所述改性助剂包括以下重量分数的成分：甲基丙烯酸锌：1％～3％，乙烯基双硬脂酰胺：0.5％～1％，二叔丁基过氧化异丙基苯：0.5～1.5％，白色母：1％～3％，炭黑：0.5％～1％。

可选地，所述TPO为聚烯烃类热塑性弹性体，具体为乙烯-辛烯共聚物。

可选地，所述无机填充料为氢氧化镁粉料。

可选地，所述乙烯丙烯酸酯弹性体采用杜邦VMX5000。

可选地，所述相容剂为马来酸酐型接枝剂。

可选地，所述复合耐候剂采用中国台湾永光ST19007。

如附图1所示，本发明另一方面提出一种高耐热超耐候阻燃TPO高分子防水卷材的制备方法，包括以下步骤：

S1、原料准备：按配比准备原料A和原材料B，其中，所述原料A包括无机填充料、共聚PP、TPO、相容剂、复合耐候剂和改性助剂；所述原料B包括无机填充料、共聚PP、TPO、相容剂、复合耐候剂、乙烯丙烯酸酯弹性体和改性助剂。

S2、原料预混：将制备的原料A及原料B分别按配比通过真空泵吸入不同的高混机，在不同的高混机中均高混5分钟，并恒温预热5分钟，然后分别抽入两个低混机混料7分钟。

S3、挤出成型：将混合好的配方料B通过物料输送系统输送入双螺杆B中，通过160℃-190℃的挤出温度，挤出高分子片材B，将混合好的配方料A通过物料输送系统输送入双螺杆A中，通过160℃-190℃的挤出温度，挤出高分子片材A，复合网格布，再通过三辊成型机定厚成型后与片材B复合，再经过两辊定厚成型，冷却。

S4、内应力处理：成型后的高分子防水卷材通过牵引辊，牵引至内应力处理段，通过4组80℃高温辊及4组10℃低温辊的交叉牵引4次，进行片材处理、定型，消除片材中的内应力。

S5、卷材收卷：将处理后的高分子防水卷材，进行冷却、牵引、收卷。

其中，所述S1中所述原料A中改性助剂包括乙烯基双硬脂酰胺和白色母；所述原料B中改性助剂包括甲基丙烯酸锌、BIPI、乙烯基双硬脂酰胺和炭黑。

实施例1：

一种高耐热超耐候阻燃TPO高分子防水卷材，按重量百分比包括如下组分：

原料A包括无机填充料40％，共聚PP 23％，TPO 30％，相容剂2％，复合耐候剂1.5％和改性助剂3.5％，其中，改性助剂包括乙烯基双硬脂酰胺0.5％和白色母3％。

原料B包括无机填充料30％，共聚PP 23％，TPO 30％，相容剂2％，复合耐候剂1％，乙烯丙烯酸酯弹性体10％和改性助剂4％，其中，改性助剂包括甲基丙烯酸锌1.5％，BIPI1％，乙烯基双硬脂酰胺1％和炭黑0.5％。

其通过下述方法制得：

S1、原料准备：按上述配比准备原料A和原材料B。

S2、原料预混：将制备的原料A及原料B分别按配比通过真空泵吸入不同的高混机，在不同的高混机中均高混5分钟，并恒温预热5分钟，然后分别抽入两个低混机混料7分钟。

S3、挤出成型：将混合好的配方料B通过物料输送系统输送入双螺杆B中，通过160℃-190℃的挤出温度，挤出高分子片材B，将混合好的配方料A通过物料输送系统输送入双螺杆A中，通过160℃-190℃的挤出温度，挤出高分子片材A，复合网格布，再通过三辊成型机定厚成型后与片材B复合，再经过两辊定厚成型，冷却。

S4、内应力处理：成型后的高分子防水卷材通过牵引辊，牵引至内应力处理段，通过4组80℃高温辊及4组10℃低温辊的交叉牵引4次，进行片材处理、定型，消除片材中的内应力。

S5、卷材收卷：将处理后的高分子防水卷材，进行冷却、牵引、收卷。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于，各组分的添加量不同。

一种高耐热超耐候阻燃TPO高分子防水卷材，按重量百分比包括如下组分：

原料A包括无机填充料40％，共聚PP 23％，TPO 30％，相容剂2％，复合耐候剂1.5％和改性助剂3.5％，其中，改性助剂包括乙烯基双硬脂酰胺0.5％和白色母3％。

原料B包括无机填充料30％，共聚PP 23％，TPO 35％，相容剂2.5％，复合耐候剂1％，乙烯丙烯酸酯弹性体5％和改性助剂3.5％，其中，改性助剂包括甲基丙烯酸锌1％，BIPI 1％，乙烯基双硬脂酰胺1％和炭黑0.5％。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于，各组分的添加量不同。

一种高耐热超耐候阻燃TPO高分子防水卷材，按重量百分比包括如下组分：

原料A包括无机填充料40％，共聚PP 23％，TPO 30％，相容剂2.5％，复合耐候剂0.8％和改性助剂3.7％，其中，改性助剂包括乙烯基双硬脂酰胺0.7％和白色母3％。

原料B包括无机填充料30％，共聚PP 23.5％，TPO 30％，相容剂2％，复合耐候剂0.5％，乙烯丙烯酸酯弹性体10％和改性助剂4％，其中，改性助剂包括甲基丙烯酸锌1.5％，BIPI 1％，乙烯基双硬脂酰胺1％和炭黑0.5％。

对比例1：

本对比例与实施例1不同之处在于，制备的原料B中不包括乙烯丙烯酸酯弹性体、甲基丙烯酸锌和BIPI，具体原料配方调整如下：

原料A包括无机填充料40％，共聚PP 23％，TPO 30％，相容剂2％，复合耐候剂1.5％和改性助剂3.5％，其中，改性助剂包括乙烯基双硬脂酰胺0.5％和白色母3％。

原料B包括无机填充料30％，共聚PP 25％，TPO 40％，相容剂2.5％，复合耐候剂1％和改性助剂1.5％，其中，改性助剂包括乙烯基双硬脂酰胺1％和炭黑0.5％。

对比例2：

本对比例与实施例1不同之处在于，原料A和B中均不含复合耐候剂，具体原料配方调整如下：

原料A按重量百分比计量包括：无机填充料40％，共聚PP 24％，TPO 30％，相容剂2.5％和改性助剂3.5％，其中，改性助剂包括乙烯基双硬脂酰胺0.5％和白色母3％。

原料B按重量百分比计量包括：无机填充料30％，共聚PP 24％，TPO 30％，相容剂2％，乙烯丙烯酸酯弹性体10％和改性助剂4％，其中，改性助剂包括甲基丙烯酸锌1.5％，BIPI 1％，乙烯基双硬脂酰胺1％和炭黑0.5％。

对实施例1-3以及对比例1和2制得的TPO高分子防水卷材进行各项性能测试，结果如下表1-3所示。

表1实施例1-3和对比例1-2中TPO高分子防水卷材力学性能测试

由表1可知，与对比例1相比，实施例1通过加入硫化剂BIPI、促进剂甲基丙烯酸锌和补强剂炭黑形成的硫化体系，使乙烯丙烯酸酯弹性体硫化交联，得到的材料的力学性能得到一定提升，具备了高强度、高延伸率以及优异的耐低温性能、尺寸稳定性及防水性能，各指标均满足现有GB/T 27789-2011的标准。其不仅拥有良好的力学性能，还质地柔软，与接触面有很好的服帖性，并且焊接性优良，从而保证材料施工的简便性，提高施工效率。

表2实施例1-3和对比例1-2中TPO高分子防水卷材耐候性能

基于表2测试数据可以看出，由实施例1和对比例1可知，通过加入硫化剂BIPI、促进剂甲基丙烯酸锌和补强剂炭黑形成的硫化体系，使乙烯丙烯酸酯弹性体硫化交联，材料的耐热性能得到大幅提升；由实施例1和对比例2可得，复合耐候剂的使用使得实施例1中所制材料的耐候性能显著提升，不仅满足GB/T 27789-2011的标准要求，且即使长时间在恶劣环境下，其依旧能保持良好的力学性能，使用寿命长。

表3实施例1-3和对比例1-2中TPO高分子防水卷材阻燃性能

从表3可知，按本发明配方和工艺流程所得的高耐热超耐候阻燃TPO高分子防水卷材能满足阻燃测试的各项指标要求，具有低烟量、无毒性的高效阻燃效果，其产烟毒性为AQ2级(安全级)，符合预期要求，对环境及人体均无影响。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。