CN109503955A - 一种动态硫化橡胶防水卷材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动态硫化橡胶防水卷材的制备方法，通过采用两个双螺杆挤出机联动并严格控制双螺杆挤出机的各参数，使动态硫化橡胶防水卷材的生产工艺剪切能力强，各相混炼均匀，能够形成均匀的“海岛结构”，且对各组份用量进行合理调配，所得产品理化性能较优，产品质量稳定好，且能够实现连续化生产，实现产品质量实时监控，生产工艺生产效率大大提高，还可以实时在线调整工艺、配方，降低废品率。

Description

一种动态硫化橡胶防水卷材的制备方法
技术领域
本发明涉及防水卷材领域，具体地，本发明涉及一种动态硫化橡胶防水卷材的制备方法。
背景技术
随着建筑业蓬勃发展，建筑工程领域对防水卷材的需求也越来越大，同样，对材料品质要求也在提高，因而为新型高分子卷材的推广应用提供了广阔的空间，目前国内比较成熟的高分子卷材主要有三元乙丙橡胶(EPDM)硫化卷材和聚氯乙烯(PVC)防水卷材等。聚氯乙烯防水卷材可以做到连续化生产，但卷材不耐老化，耐用性较差，同时聚氯乙烯防水卷材生产中常加入邻苯二甲酸类增塑剂，对人体与环境造成危害，环保性能较差。三元乙丙橡胶防水卷材生产工艺复杂，需要经过密炼、开炼、滤胶、挤出、硫化等阶段，对工人的操作熟练程度和机械设备有较高的要求。
热塑性动态硫化橡胶(Thermoplastic Dynamic Vulcanizate)，简称为TPV，“动态”2字具体说明了生产这种热塑性硫化橡胶的工艺-动态硫化，这种工艺指在橡胶和热塑性塑料熔融共混过程中使橡胶硫化，当然在橡胶硫化的同时也不断与热塑性塑料相混合，因此被硫化了的橡胶是作为分散相分布在热塑性塑料连续相中。动态硫化技术采用先进生产工艺，区别于现有工艺，有部分硫化或全硫化的存在，充分保证了材料的耐老化性能，且生产环保、无污染。但由于防水卷材生产幅宽大，配方体系复杂，产品质量与混料程度有直接关系，故生产工艺控制极为重要。
现有技术的动态硫化工艺大多采用单条单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、密炼机与单螺杆挤出机或密炼机与双螺杆挤出机联动的方式生产。单条挤出机作业混炼效果差，塑料相与橡胶相不能形成均匀的“海岛结构”，使产品稳定性较差；密炼机与挤出机联动一定程度上解决混炼问题，但工艺较难控制，不能连续化生产，实时监控能力较差。因此，提供一种能够连续化生产的动态硫化橡胶防水卷材的制备方法，使制备的防水卷材稳定性强、产品质量稳定，具有重要意义。
发明内容
基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种动态硫化橡胶防水卷材的制备方法，利用所述制备方法制备的防水卷材力学性能优异，耐酸碱、耐老化性能好，质量稳定性好，且能够连续化生产。
其技术方案如下：
一种动态硫化橡胶防水卷材的制备方法，包括如下步骤：
(1)将橡胶、热塑性树脂、助容剂、增强剂、软化剂、占催化剂总量10％-25％的催化剂、助流剂、界面改性剂、抗氧剂、钛白粉加入第一双螺杆挤出机，经塑化、剪切、混炼、挤出成条切粒得到混炼条，第一双螺杆挤出机机筒温度控制在170-210℃，换网器温度控制在190-220℃、连接体温度控制在190-220℃、法兰温度控制在190-220℃、计量泵温度控制在190-220℃、模具温度控制在190-220℃，计量泵转速5.0-12.0rad/min，螺杆转速100-190r/min；
(2)将混炼条加入到第二双螺杆挤出机中，并按比例加入交联剂、交联助剂、剩余催化剂，通过熔融、混炼、排气、计量，完成动态硫化反应，并挤出半成品片材，第二双螺杆挤出机机筒温度控制在190-250℃，换网器温度控制在200-260℃、连接体温度控制在200-260℃、法兰温度控制在200-260℃、计量泵温度控制在200-260℃、模具温度控制在200-260℃，计量泵转速5.0-12.0rad/min,螺杆转速100-200r/min；
(3)将经第二双螺杆挤出机挤出的半成品片材经过压延定型，最后经冷却、储备制备得到动态硫化橡胶防水卷材成品；
其中，各物料具体如下：橡胶5-40份；热塑性树脂5-35份；助容剂1-15份；增强剂0.5-10份；软化剂0.5-25份；交联剂0.1-2份；交联助剂0.5-5份；催化剂0.1-2份；助流剂0.1-5份；界面改性剂0.5-5份；抗氧剂0.5-5份；钛白粉1-10份。
本发明通过采用两个双螺杆挤出机联动并严格控制双螺杆挤出机的各参数，使动态硫化橡胶防水卷材的生产工艺剪切能力强，各相混炼均匀，能够形成均匀的“海岛结构”，且对各组份用量进行合理调配，所得产品理化性能较优，产品质量稳定好。本发明所述的制备方法实现连续化生产，实现产品质量实时监控，生产工艺生产效率大大提高，还可以实时在线调整工艺、配方，降低废品率。
在其中一个实施例中，所述第一双螺杆挤出机机筒温度分段为机筒温度1区温度为170-180℃、2区温度为175-185℃、3区温度为180-190℃、4区温度为180-195℃、5区温度为185-200℃、6区温度为190-195℃、7区温度为185-195℃、8区温度为190-200℃、9区温度为200-210℃、10区温度为210℃。
在其中一个实施例中，所述第二双螺杆挤出机机筒温度分段为机筒温度1区温度为190-200℃、2区温度为195-205℃、3区温度为200-215℃、4区温度为205-220℃、5区温度为200-215℃、6区温度为195-215℃、7区温度为200-220℃、8区温度为200-225℃、9区温度为230-250℃、10区温度为230-250℃。
在其中一个实施例中，各物料具体如下：
橡胶 20-30份；
热塑性树脂 20-25份；
助容剂 2-5份；
增强剂 5-10份；
软化剂 5-10份；
交联剂 0.3-1份；
交联助剂 1-3份；
催化剂 2-3.5份；
助流剂 1-3份；
界面改性剂 1-3份；
抗氧剂 1-3份；
钛白粉 5-10份。
通过实验发现，各物料在上述范围内时，制得的动态硫化橡胶防水卷材的综合性能更优。
在其中一个实施例中，所述橡胶为三元乙丙橡胶和/或丁基橡胶，其中三元乙丙橡胶的乙烯含量为55％-75％。
在其中一个实施例中，所述助容剂为马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸羟乙酯接枝聚乙烯、聚丙烯或聚烯烃弹性体。
在其中一个实施例中，所述增强剂为古马隆树脂、石油树脂，酚醛树脂、松香树脂中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述软化剂为环烷油和/或石蜡油。
在其中一个实施例中，所述交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化二异丁苯、硫磺中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述交联助剂为三丙烯基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、促进剂PZ中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述催化剂为纳米氧化锌、硬脂酸、Co、Ni的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述助流剂为氯化石蜡、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸钙的一种或多种。助流剂能够提供良好的加工流动性，减少与螺杆挤出机的摩擦性，防止与螺杆的粘接而引起的老化。
在其中一个实施例中，所述界面改性剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、；三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述钛白粉为金红石型钛白粉。金红石型钛白粉具有补强、防老化、填充作用，晶型稳定性好，提高动态硫化橡胶防水卷材的色泽和光稳定性。
本发明的有益效果在于：(1)本发明采用两个双螺杆挤出机联动挤出制备动态硫化橡胶防水卷材，实现了连续化生产，产品质量能够实时监控；(2)本发明所述动态硫化橡胶防水卷材的生产工艺剪切能力强，各相混炼均匀，能够形成均匀的“海岛结构”，产品理化性能较优，产品质量稳定；(3)本发明的动态硫化橡胶防水卷材的生产工艺生产效率大大提高，实时在线调整工艺、配方，降低废品率。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
以下实施例所用原料均为普通市售产品。
实施例1
一种动态硫化橡胶防水卷材的制备方法，包括如下步骤：
(1)将20份三元乙丙橡胶(EPDM)、20份聚乙烯(PE)、5份马来酸酐接枝聚乙烯(MAH-g-PE)、10份古马隆树脂、5份环烷油(KN-4010)、0.5份Co、1份氧化聚乙烯蜡(OPE蜡)、1份硅烷偶联剂(KH-550)、1份抗氧剂1010、1份抗氧剂168、5份钛白粉按比例通过失重称加入第一双螺杆挤出机，经塑化、剪切、混炼、挤出成条切粒，第一双螺杆挤出机机筒温度控制在170-210℃、换网器温度控制在210℃、连接体温度控制在210℃、法兰温度控制在210℃、计量泵温度控制在210℃、模具温度控制在215℃，计量泵转速7.0rad/min，螺杆转速130-145r/min，以确保各组分混炼均匀；更具体地，第一双螺杆挤出机机筒温度分段为机筒温度1区温度为170℃、2区温度为175℃、3区温度为180℃、4区温度为180℃、5区温度为185℃、6区温度为190℃、7区温度为195℃、8区温度为200℃、9区温度为210℃、10区温度为210℃。
(2)将第一双螺杆挤出机加工挤出的混炼条加入到第二双螺杆挤出机中，并按比例加入0.3份过氧化二异丙苯(DCP)、1份三丙烯基异氰脲酸酯(TAIC)、0.5份纳米氧化锌(ZnO)、1份硬脂酸(SA)，通过熔融、混炼、排气、计量，完成动态硫化反应，并挤出半成品片材，第二双螺杆挤出机机筒温度控制在190-230℃、换网器温度控制在230℃、连接体温度控制在230℃、法兰温度控制在230℃、计量泵温度控制在230℃、模具温度控制在230℃，计量泵转速8.0rad/min，螺杆转速100r/min；更具体地，所述第二双螺杆挤出机机筒温度分段为机筒温度1区温度为190℃、2区温度为195℃、3区温度为200℃、4区温度为205℃、5区温度为210℃、6区温度为215℃、7区温度为220℃、8区温度为225℃、9区温度为230℃、10区温度为230℃。
(3)将第二双螺杆挤出机挤出的片材经过三辊压延***定型，最后经冷却、储布，制备得到动态硫化橡胶防水卷材成品，制备的动态硫化橡胶防水卷材的厚度为1mm，动态硫化橡胶防水卷材的宽度为2000mm，动态硫化橡胶防水卷材的长度为20m。
实施例2
一种动态硫化橡胶防水卷材的制备方法，包括如下步骤：
(1)将20份三元乙丙橡胶(EPDM)、25份聚乙烯(PE)、2份马来酸酐接枝聚乙烯(MAH-g-PE)、5份古马隆树脂、5份环烷油(KN-4010)、0.5份Co、1份氧化聚乙烯蜡(OPE蜡)、1份硅烷偶联剂(KH-550)、1份抗氧剂1010、1份抗氧剂168、5份钛白粉按比例通过失重称加入第一双螺杆挤出机，经塑化、剪切、混炼、挤出成条切粒，第一双螺杆挤出机机筒温度控制在180-210℃、换网器温度控制在215℃、连接体温度控制在215℃、法兰温度控制在215℃、计量泵温度控制在215℃、模具温度控制在215℃，计量泵转速8.0rad/min，螺杆转速140-160r/min，以确保各组分混炼均匀；更具体地，第一双螺杆挤出机机筒温度分段为机筒温度1区温度为180℃、2区温度为185℃、3区温度为190℃、4区温度为190℃、5区温度为195℃、6区温度为195℃、7区温度为195℃、8区温度为200℃、9区温度为210℃、10区温度为210℃。
(2)将第一双螺杆挤出机加工挤出的混炼条加入到第二双螺杆挤出机中，并按比例加入0.5份过氧化二异丙苯(DCP)、1份三丙烯基异氰脲酸酯(TAIC)、2份纳米氧化锌(ZnO)、1份硬脂酸(SA)，通过熔融、混炼、排气、计量，完成动态硫化反应，并挤出半成品片材，第二双螺杆挤出机机筒温度控制在200-230℃、换网器温度控制在230℃、连接体温度控制在230℃、法兰温度控制在230℃、计量泵温度控制在230℃、模具温度控制在235℃，计量泵转速10.0rad/min，螺杆转速160r/min；更具体地，所述第二双螺杆挤出机机筒温度分段为机筒温度1区温度为200℃、2区温度为205℃、3区温度为205℃、4区温度为210℃、5区温度为210℃、6区温度为215℃、7区温度为220℃、8区温度为225℃、9区温度为230℃、10区温度为230℃。
(3)将第二双螺杆挤出机挤出的片材经过双辊压延***定型，最后经冷却、储布，制备得到动态硫化橡胶防水卷材成品，制备的动态硫化橡胶防水卷材的厚度为0.8mm，动态硫化橡胶防水卷材的宽度为2000mm，动态硫化橡胶防水卷材的长度为20m。
实施例3
一种动态硫化橡胶防水卷材的制备方法，包括如下步骤：
(1)将30份三元乙丙橡胶(EPDM)、20份聚乙烯(PE)、10份马来酸酐接枝聚乙烯(MAH-g-PE)、8份古马隆树脂、10份环烷油(KN-4010)、1份Co、3份氧化聚乙烯蜡(OPE蜡)、3份硅烷偶联剂(KH-550)、1.5份抗氧剂1010、1.5份抗氧剂168、10份钛白粉按比例通过失重称加入第一双螺杆挤出机，经塑化、剪切、混炼、挤出成条切粒，第一双螺杆挤出机机筒温度控制在170-210℃、换网器温度控制在210℃、连接体温度控制在210℃、法兰温度控制在210℃、计量泵温度控制在210℃、模具温度控制在215℃，计量泵转速7.0rad/min，螺杆转速155-175r/min，以确保各组分混炼均匀；更具体地，第一双螺杆挤出机机筒温度分段为机筒温度1区温度为170℃、2区温度为175℃、3区温度为180℃、4区温度为180℃、5区温度为185℃、6区温度为190℃、7区温度为195℃、8区温度为200℃、9区温度为210℃、10区温度为210℃。
(2)将第一双螺杆挤出机加工挤出的混炼条加入到第二双螺杆挤出机中，并按比例加入1份过氧化二异丙苯(DCP)、3份三丙烯基异氰脲酸酯(TAIC)、1份纳米氧化锌(ZnO)、1份硬脂酸(SA)，通过熔融、混炼、排气、计量，完成动态硫化反应，并挤出半成品片材，第二双螺杆挤出机机筒温度控制在190-230℃、换网器温度控制在230℃、连接体温度控制在230℃、法兰温度控制在230℃、计量泵温度控制在230℃、模具温度控制在230℃，计量泵转速8.0rad/min，螺杆转速200r/min；更具体地，所述第二双螺杆挤出机机筒温度分段为机筒温度1区温度为190℃、2区温度为195℃、3区温度为200℃、4区温度为205℃、5区温度为210℃、6区温度为215℃、7区温度为220℃、8区温度为225℃、9区温度为230℃、10区温度为230℃。
(3)将第二双螺杆挤出机挤出的片材经过三辊压延***定型，最后经冷却、储布，制备得到动态硫化橡胶防水卷材成品，制备的动态硫化橡胶防水卷材的厚度为1mm，动态硫化橡胶防水卷材的宽度为2000mm，动态硫化橡胶防水卷材的长度为20m。
对比例1
一种橡胶防水卷材的制备方法，包括如下步骤：
(1)捏合：将20份三元乙丙橡胶(EPDM)、20份聚乙烯(PE)、5份马来酸酐接枝聚乙烯(MAH-g-PE)、10份古马隆树脂、5份环烷油(KN-4010)、0.3份过氧化二异丙苯(DCP)、1份三丙烯基异氰脲酸酯(TAIC)、0.5份纳米氧化锌(ZnO)、1份硬脂酸(SA)、0.5份Co、1份氧化聚乙烯蜡(OPE蜡)、1份硅烷偶联剂(KH-550)、1份抗氧剂1010、1份抗氧剂168、5份钛白粉加入到捏合机中或高速混合机中捏合、混合，捏合温度控制在85-90℃，捏合时间为5-6min，确保以上物料分散均匀；
(2)造粒：将捏合后的物料通过造粒机混合造粒，使得粒料和粉料之间得到均匀分散，造粒时控制双螺杆挤出机机筒温度控制在150-180℃，制得母料；
(3)挤出压延：采用双螺杆挤出机塑化挤出，机筒温度控制在150-180℃，然后通过三辊压延机压延定型，最后冷却，切割等步骤制得高分子防水卷材。
对比例2
一种动态硫化橡胶防水卷材的制备方法，其制备过程与实施例1基本相似，区别在于，本对比例1第一螺杆挤出机的第一双螺杆挤出机机筒温度控制在200-240℃、换网器温度控制在220℃、连接体温度控制在220℃、法兰温度控制在220℃、计量泵温度控制在220℃、模具温度控制在225℃，计量泵转速7.0rad/min，螺杆转速130-145r/min，第一双螺杆挤出机机筒温度分段为机筒温度1区温度为200℃、2区温度为205℃、3区温度为210℃、4区温度为210℃、5区温度为215℃、6区温度为220℃、7区温度为225℃、8区温度为230℃、9区温度为235℃、10区温度为240℃。
现将实施1、2、3制备得到的动态硫化橡胶防水卷材与对比例1、对比例2得到的橡胶防水卷材进行理化性能指标测试，测试结果见表1。
表1
从表1数据可知，本发明提供的动态硫化橡胶防水卷材的制备方法制备出的防水卷材与现有技术常用的工艺相比，产品的拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度得到了很大程度的提高，其理化性能较优，产品质量稳定；同时用两个双螺杆挤出机联动，实现连续化生产，产品质量实时监控，而且生产工艺生产效率大大提高，实时在线调整工艺、配方，降低废品率。从实施例1和对比例2对比可知，通过严格控制和调节双螺杆挤出机的各参数，可以有效保证动态硫化橡胶防水卷材综合性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种动态硫化橡胶防水卷材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将橡胶、热塑性树脂、助容剂、增强剂、软化剂、占催化剂总量10%-25%的催化剂、助流剂、界面改性剂、抗氧剂、钛白粉加入第一双螺杆挤出机，经塑化、剪切、混炼、挤出成条切粒得到混炼条，第一双螺杆挤出机机筒温度控制在170-210℃，换网器温度控制在190-220℃、连接体温度控制在190-220℃、法兰温度控制在190-220℃、计量泵温度控制在190-220℃、模具温度控制在190-220℃，计量泵转速5.0-12.0rad/min，螺杆转速100-190 r/min；
（2）将混炼条加入到第二双螺杆挤出机中，并按比例加入交联剂、交联助剂、剩余催化剂，通过熔融、混炼、排气、计量，完成动态硫化反应，并挤出半成品片材，第二双螺杆挤出机机筒温度控制在190-250℃，换网器温度控制在200-260℃、连接体温度控制在200-260℃、法兰温度控制在200-260℃、计量泵温度控制在200-260℃、模具温度控制在200-260℃，计量泵转速5.0-12.0 rad/min，螺杆转速100-200r/min；
（3）将经第二双螺杆挤出机挤出的半成品片材经过压延定型，最后经冷却、储备制备得到动态硫化橡胶防水卷材成品；
其中，各物料具体如下：橡胶 5-40份；热塑性树脂 5-35份；助容剂 1-15份；增强剂0.5-10份；软化剂 0.5-25份；交联剂 0.1-2份；交联助剂 0.5-5份；催化剂 0.1-2份；助流剂 0.1-5份；界面改性剂 0.5-5份；抗氧剂 0.5-5份；钛白粉 1-10份。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一双螺杆挤出机机筒温度分段为机筒温度1区温度为170-180℃、2区温度为175-185℃、3区温度为180-190℃、4区温度为180-195℃、5区温度为185-200℃、6区温度为190-195℃、7区温度为185-195℃、8区温度为190-200℃、9区温度为200-210℃、10区温度为210℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二双螺杆挤出机机筒温度分段为机筒温度1区温度为190-200℃、2区温度为195-205℃、3区温度为200-215℃、4区温度为205-220℃、5区温度为200-215℃、6区温度为195-215℃、7区温度为200-220℃、8区温度为200-225℃、9区温度为230-250℃、10区温度为230-250℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，各物料具体如下：
橡胶 20-30份；
热塑性树脂 20-25份；
助容剂 2-5份；
增强剂 5-10份；
软化剂 5-10份；
交联剂0.3-1份；
交联助剂 1-3份；
催化剂 2-3.5份；
助流剂 1-3份；
界面改性剂 1-3份；
抗氧剂 1-3份；
钛白粉 5-10份。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的制备方法，其特征在于，所述橡胶为三元乙丙橡胶和/或丁基橡胶，其中三元乙丙橡胶的乙烯含量为55%-75%。
6.根据权利要求1-4任一权利要求所述的制备方法，其特征在于，所述助容剂为马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸羟乙酯接枝聚乙烯、聚丙烯或聚烯烃弹性体。
7.根据权利要求1-4任一权利要求所述的制备方法，其特征在于，所述增强剂为古马隆树脂、石油树脂，酚醛树脂、松香树脂中的一种或多种。
8.根据权利要求1-4任一权利要求所述的制备方法，其特征在于，所述软化剂为环烷油和/或石蜡油。
9.根据权利要求1-4任一权利要求所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化二异丁苯、硫磺中的一种或多种。
10.根据权利要求1-4任一权利要求所述的制备方法，其特征在于，所述交联助剂为三丙烯基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、促进剂PZ中的一种或多种。
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