CN111187475B - 一种高抗老化的热塑性聚烯烃防水卷材及其制备方法 - Google Patents

一种高抗老化的热塑性聚烯烃防水卷材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高抗老化的热塑性聚烯烃防水卷材及其制备方法，其由热塑性聚烯烃颗粒制成，热塑性聚烯烃颗粒由聚烯烃与加工助剂混合挤出制得，聚烯烃由丙烯和辛烯共聚反应制成；以质量百分含量计，丙烯在热塑性聚烯烃颗粒中的质量百分含量为88%以上，辛烯在热塑性聚烯烃颗粒中的质量百分含量为5%以下且在0.5%以上，聚烯烃的重均分子量为5万~30万；制备：按配方比例称取各原料，将称取的丙烯和辛烯混合共聚，制成聚烯烃；再与加工助剂挤出造粒，工作温度180~210℃，制得热塑性聚烯烃颗粒，压片，制成热塑性聚烯烃防水卷材；本发明能够解决现有技术中常规的热塑性聚烯烃防水卷材（举例如TPO防水卷材）的使用寿命问题。

Description

一种高抗老化的热塑性聚烯烃防水卷材及其制备方法
技术领域
本发明属于防水卷材技术领域，具体涉及一种高抗老化的热塑性聚烯烃防水卷材及其制备方法。
背景技术
建筑防水材料是建筑业及其他相关建设行业都需要的重要功能性材料，关乎建筑与结构的安全，关乎人们的生活。当前，我国建筑防水材料门类品种基本齐全，能满足各类建设工程的需要，但总体技术水平与国外仍存在差距，突出表现在产品的质量和品质水平、应用***的配套水平和施工的综合技术水平等方面。随着环保要求的提高，沥青类防水产品承受的环保压力越来越大，加上同质化经营现象严重，企业寻求新产品、另找出路的心情迫切。热塑性聚烯烃防水卷材自20世纪90年代开始在国外商业化应用以来，获得了快速的发展。与传统的沥青防水卷材相比，以热塑性聚烯烃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。近年来，随着我国可持续发展战略的推进以及绿色环保理念的推广，人们的环保意识逐渐提高，人们对于节能、环保和性能优良的建筑防水材料的需求也逐年增加。因此热塑性聚烯烃防水卷材成为众多种类的防水材料中较为理想的材料。然而，就目前来说热塑性聚烯烃防水材料的研究还不够成熟，还面临许多没有解决的问题，其中很重要的一点就是热塑性聚烯烃防水卷材例如TPO防水卷材的使用寿命问题。究其原因，是因为TPO防水卷材在长期的室外使用过程中，因热、氧以及日光照射作用而老化引起了物理机械性能的下降，从而导致防水能力下降甚至失效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是通过采用新的技术方案，提供一种改进的热塑性聚烯烃防水卷材，其能够解决现有技术中常规的热塑性聚烯烃防水卷材(举例如TPO防水卷材)的使用寿命问题。
本发明同时还提供了上述热塑性聚烯烃防水卷材的制备方法。
为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：
一种热塑性聚烯烃防水卷材，其由热塑性聚烯烃颗粒制成，所述热塑性聚烯烃颗粒由聚烯烃与加工助剂混合挤出制得，所述聚烯烃由丙烯和辛烯共聚反应制成；以质量百分含量计，所述丙烯在所述热塑性聚烯烃颗粒中的质量百分含量为88％以上，所述辛烯在所述热塑性聚烯烃颗粒中的质量百分含量为5％以下且在0.5％以上，所述聚烯烃的重均分子量为5万～30万。
根据本发明的一些优选方面，以质量百分含量计，所述丙烯在所述热塑性聚烯烃颗粒中的质量百分含量为90％以上。
根据本发明的一些优选方面，以质量百分含量计，所述辛烯在所述热塑性聚烯烃颗粒中的质量百分含量为5％以下且在1％以上。
根据本发明的一些优选方面，以质量百分含量计，所述辛烯在所述热塑性聚烯烃颗粒中的质量百分含量为5％以下且在3％以上。
根据本发明的一些优选方面，所述共聚反应在压力0.08-0.12MPa下进行。根据本发明的一个具体方面，所述共聚反应在压力0.1MPa下进行。优选地，所述共聚反应中保持所述压力恒定。
根据本发明的一些优选方面，所述共聚反应在温度38-42℃下进行。根据本发明的一个具体方面，所述共聚反应在温度40℃下进行。
根据本发明的一些具体且优选的方面，所述共聚反应在催化剂存在下进行，所述催化剂为由三乙基铝与四氯化钛组成的齐格勒-纳塔催化剂，以质量百分含量计，所述催化剂的添加量占所述热塑性聚烯烃颗粒的0.1-1％。
根据本发明的一些具体且优选的方面，以质量百分含量计，所述加工助剂包括占所述热塑性聚烯烃颗粒的质量百分含量为1-5％的乙烯-醋酸乙烯共聚物。
根据本发明的一个具体方面，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)购自台湾塑料有限公司，牌号为7350M。
根据本发明的一些具体且优选的方面，以质量百分含量计，所述加工助剂还包括占所述热塑性聚烯烃颗粒的质量百分含量为2-4％的羧酸盐。
根据本发明的一些具体方面，所述羧酸盐包括吡咯烷酮羧酸钠，购自康迪斯化工有限公司。
本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的热塑性聚烯烃防水卷材的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
按配方比例称取各原料，将称取的丙烯和辛烯混合共聚，反应结束后，用酸醇终止，洗涤，过滤，干燥，制成聚烯烃；将制备的聚烯烃与加工助剂经双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机工作温度为180～210℃，制得热塑性聚烯烃颗粒，然后将制成的所述热塑性聚烯烃颗粒压制成所述热塑性聚烯烃防水卷材。
根据本发明的一些具体方面，所述酸醇可以为乙醇或者乙酸。
根据本发明的一些具体方面，所述洗涤采用35～45℃的酒精进行。
根据本发明的一些具体方面，所述干燥在45～55℃的真空干燥箱中进行。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明发明人发现采用特定含量的丙烯与辛烯共聚制成重均分子量为5万～30万的聚烯烃，且丙烯占据绝对主导地位，控制辛烯在聚烯烃中形成的侧链数量，制成分子结构规整度高、支链数少的高分子材料，此种聚烯烃高分子材料能够很好的克服因热、氧以及日光照射作用而老化引起的物理机械性能下降问题，进而能够解决目前热塑性聚烯烃防水卷材(举例如TPO防水卷材)的使用寿命问题。
附图说明
图1为T-A、T-B和T-C老化1到5周的宏观变化照片；
图2为T-A、T-B和T-C未老化和老化3周后样品的SEM照片；
图3是T-A、T-B和T-C未老化红外谱图；
图4是T-A、T-B和T-C老化一周红外谱图；
图5是T-A、T-B和T-C老化二周红外谱图；
图6是T-A、T-B和T-C老化三周红外谱图；
图7是T-A、T-B和T-C老化四周红外谱图；
图8是T-A、T-B和T-C老化五周红外谱图；
图9为未老化T-A、T-B和T-C防水卷材样品在氮气中的热失重曲线；
图10为老化二周T-A、T-B和T-C防水卷材样品在氮气中的热失重曲线；
图11为老化四周T-A、T-B和T-C防水卷材样品在氮气中的热失重曲线。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
下述中，如无特殊说明，所有的原料均来自于商购或者通过本领域的常规方法制备而得。乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)购自台湾塑料有限公司，牌号为7350M；齐格勒-纳塔催化剂购自北化研究院；吡咯烷酮羧酸钠，购自康迪斯化工有限公司；丙烯和辛烯分别购自浙江卫星石化。
实施例
下述实施例提供一种热塑性聚烯烃防水卷材，其由热塑性聚烯烃颗粒制成，所述热塑性聚烯烃颗粒由聚烯烃与加工助剂混合挤出制得，所述聚烯烃由丙烯和辛烯共聚反应制成；以质量百分含量计，所述丙烯在所述热塑性聚烯烃颗粒中的质量百分含量为88％以上，所述辛烯在所述热塑性聚烯烃颗粒中的质量百分含量为5％以下且在0.5％以上，所述聚烯烃的重均分子量为5万～30万。下述实施例采用特定含量的丙烯与辛烯共聚制成重均分子量为5万～30万的聚烯烃，且丙烯占据绝对主导地位，控制辛烯在聚烯烃中形成的侧链数量，制成分子结构规整度高、支链数少的高分子材料，此种聚烯烃高分子材料能够很好的克服因热、氧以及日光照射作用而老化引起的物理机械性能下降问题，进而能够解决目前热塑性聚烯烃防水卷材(举例如TPO防水卷材)的使用寿命问题。
实施例1-4
本些实施例提供一种热塑性聚烯烃防水卷材，其由热塑性聚烯烃颗粒制成，热塑性聚烯烃颗粒由聚烯烃与加工助剂混合挤出制得，聚烯烃由丙烯和辛烯共聚反应制成；其中，各实施例的原料成分以及用量参见表1所示。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
丙烯(％) 90 90.5 91 92
辛烯(％) 5 4 4.5 4
EVA(％) 1.5 2.5 2 1.5
吡咯烷酮羧酸钠(％) 3.0 2.5 2 2
齐格勒-纳塔催化剂(％) 0.5 0.5 0.5 0.5
其制备方法为：按配方比例称取各原料，将称取的丙烯和辛烯混合，加入齐格勒-纳塔催化剂引发聚合，在恒定的0.1MPa下、在40℃下共聚，反应结束后，用乙醇终止，40℃酒精中洗涤3次，过滤，在50℃的真空干燥箱中干燥12h，制成聚烯烃；将制备的聚烯烃与EVA、吡咯烷酮羧酸钠经双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机工作温度为200±5℃，制得热塑性聚烯烃颗粒，然后将制成的所述热塑性聚烯烃颗粒压制成所述热塑性聚烯烃防水卷材。
对比例
其基本同实施例1，其区别仅在于：丙烯含量为82％，辛烯含量为10％，EVA含量为5％，羧酸盐含量为2.5％，齐格勒-纳塔催化剂0.5％。
性能测试
将上述实施例1-2以及对比例制备的防水卷材分别简称为T-A(对应于实施例1)、T-B(对应于实施例2)和T-C(对应于对比例)，分别进行如下一些性能测试：1、采用鼓风干燥箱实现控温及控时的热氧老化条件；2、采用扫描电子显微镜；3、傅立叶变换红外光谱仪；4、热重分析仪表征。
1、采用鼓风干燥箱实现控温及控时的热氧老化条件
将上述防水卷材放置于鼓风干燥箱中，设定温度为135摄氏度，观察周期为7天。整个热氧老化过程共为5个周期，x代表老化周期，(x＝1，2，3，4，5)，测试结果参见图1，从图1中我们可以清晰的观察到，随着老化时间的延长，所有的样品外观颜色上都发生了不同程度的黄变。在高分子合成材料领域，黄色指数是评价材料质量和老化程度的重要指标。总体来看，所有样品都随着时间延长呈现黄色加深的趋势，对比之下黄变速度和程度又有所差异，T-A、T-B的黄变速度和程度远慢于T-C。
2、采用扫描电子显微镜(SEM)
将上述防水卷材样品裁剪成细长的小段，然后通过使用液氮，在低温下脆断样品；将样品断裂的那面朝上黏在覆盖导电胶的小台子上，然后再用导电胶将样品固定在金属小台子上，进行喷金处理；最后利用扫描电子显微镜对所得断面进行观察，测试结果参见图2，通过图2可以看出，样品经过老化之后一方面破坏了聚合物原有的结构使其表面出现缺陷从而引发降解，引致使分子链断裂；另一方面，防水卷材制备过程中的小分子添加剂发生分析并析出至表面。同时对比分析老化的SEM图，发现在相同的老化时间里，T-C老化程度严重，试样表面出现了银纹现象，而T-A、T-B相对较好。
3、傅立叶变换红外光谱仪
将干燥洁净的上述防水卷材用剪刀剪切成1cm×1cm的小块，对不同的测试样品进行编号；本实验采用的测试范围是4000cm-1到600cm-1；测试完成之后收集整理实验数据，使用Origin等软件绘制红外分析谱图，具体参见图3-图8；其中图3是不同防水卷材未老化红外谱图；图4是不同防水卷材老化一周红外谱图；图5是不同防水卷材老化二周红外谱图；图6是不同防水卷材老化三周红外谱图；图7是不同防水卷材老化四周红外谱图；图8是不同防水卷材老化五周红外谱图；红外谱图说明了随着老化过程主链键的断裂，通过比较发现T-C老化性能较差，T-A和T-B的耐老化性能优于T-C。
4、热重分析仪表征
称取适量的待测样品，放置于热失重分析仪的天平上，在氮气的保护下进行实验；从室温升温到600℃，升温速率为10℃/min。从而得到样品剩余质量随温度的变化曲线，通过求导得出质量损失速率随温度的变化曲线，具体结果参见图9-11所示，图9为未老化防水卷材样品在氮气中的热失重曲线；图10为老化二周防水卷材样品在氮气中的热失重曲线；图11为老化四周防水卷材样品在氮气中的热失重曲线；通过图9-图11可以看出说明T-C老化性能较差，短时间的老化分子链就出现严重降解发生黄变现象。相反，T-A和T-B老化2周之前均未出现黄变，T-A和T-B热稳定性好，因此在TG曲线上未有明显变化。随着老化时间的延长，老化四周之后所有样品均已经老化非常严重，此时所有的样品的均出现严重黄变现象，TG曲线又保持一致并且受热分解温度均下降。
通过上述不同宏观试验和微观分析可以知晓，本发明采用特定含量的丙烯与辛烯共聚制成重均分子量为5万～30万的聚烯烃，且丙烯占据绝对主导地位，控制辛烯在聚烯烃中形成的侧链数量，制成分子结构规整度高、支链数少的高分子材料，此种聚烯烃高分子材料能够很好的克服因热、氧以及日光照射作用而老化引起的物理机械性能下降问题，进而能够解决目前热塑性聚烯烃防水卷材(举例如TPO防水卷材)的使用寿命问题。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种热塑性聚烯烃防水卷材，其由热塑性聚烯烃颗粒制成，所述热塑性聚烯烃颗粒由聚烯烃与加工助剂混合挤出制得，其特征在于，所述聚烯烃由丙烯和辛烯共聚反应制成，所述共聚反应在催化剂存在下进行，所述催化剂为由三乙基铝与四氯化钛组成的齐格勒-纳塔催化剂，所述共聚反应在温度38-42℃下进行；
以质量百分含量计，所述催化剂的添加量占所述热塑性聚烯烃颗粒的0.1%-1%，所述丙烯在所述热塑性聚烯烃颗粒中的质量百分含量为88%以上，所述辛烯在所述热塑性聚烯烃颗粒中的质量百分含量为5%以下且在0.5%以上；
所述加工助剂包括占所述热塑性聚烯烃颗粒的质量百分含量为1-5%的乙烯-醋酸乙烯共聚物、占所述热塑性聚烯烃颗粒的质量百分含量为2-4%的羧酸盐；
所述聚烯烃的重均分子量为5万~30万。
2.根据权利要求1所述的热塑性聚烯烃防水卷材，其特征在于，以质量百分含量计，所述丙烯在所述热塑性聚烯烃颗粒中的质量百分含量为90%以上。
3.根据权利要求1或2所述的热塑性聚烯烃防水卷材，其特征在于，以质量百分含量计，所述辛烯在所述热塑性聚烯烃颗粒中的质量百分含量为5%以下且在1%以上。
4.根据权利要求3所述的热塑性聚烯烃防水卷材，其特征在于，以质量百分含量计，所述辛烯在所述热塑性聚烯烃颗粒中的质量百分含量为5%以下且在3%以上。
5.根据权利要求1所述的热塑性聚烯烃防水卷材，其特征在于，所述共聚反应在压力0.08-0.12MPa下进行。
6.根据权利要求1所述的热塑性聚烯烃防水卷材，其特征在于，所述羧酸盐为吡咯烷酮羧酸钠。
7.一种权利要求1-6中任一项权利要求所述的热塑性聚烯烃防水卷材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
按配方比例称取各原料，将称取的丙烯和辛烯混合共聚，反应结束后，用酸醇终止，洗涤，过滤，干燥，制成聚烯烃；将制备的聚烯烃与加工助剂经双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机工作温度为180~210℃，制得热塑性聚烯烃颗粒，然后将制成的所述热塑性聚烯烃颗粒压制成所述热塑性聚烯烃防水卷材。
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