一种pvc高分子复合阻燃防水卷材
阅读说明：本技术 一种pvc高分子复合阻燃防水卷材 (PVC polymer composite flame-retardant waterproof coiled material ) 是由 梁子双 梁本树 陆子明 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种PVC高分子复合阻燃防水卷材,属于高分子复合材料技术领域。且本发明利用了对羟基甲基苯甲醛和全氟丁酸逐步反应获得了中间体3,再利用中间体3和苯胺反应形成中间体4,同时利用三氯氧磷和季戊四醇反应形成中间体5,再利用中间体4和中间体5反应获得改性阻燃剂,且该改性阻燃剂为聚合物,数均分子量较一般的无机阻燃剂和低分子量的阻燃物的数均分子量要高很多,在复合材料体系中长期稳定存在。此外,在该高分子阻燃剂的分子主链上引入了含氟烷链,将该改性阻燃剂加入到防水卷材中,由于含氟烷链的低表面能,自动迁移到防水卷材的表面,使得防水卷材具有自洁功能。(The invention discloses a PVC (polyvinyl chloride) high-polymer composite flame-retardant waterproof coiled material, belonging to the technical field of high-polymer composite materials. The intermediate 3 is obtained by the gradual reaction of p-hydroxymethylbenzaldehyde and perfluorobutyric acid, the intermediate 4 is formed by the reaction of the intermediate 3 and aniline, the intermediate 5 is formed by the reaction of phosphorus oxychloride and pentaerythritol, and the modified flame retardant is obtained by the reaction of the intermediate 4 and the intermediate 5, is a polymer, has a number average molecular weight which is much higher than that of a common inorganic flame retardant and a flame retardant with a low molecular weight and stably exists in a composite material system for a long time. In addition, a fluorine-containing alkyl chain is introduced to the molecular main chain of the high-molecular flame retardant, the modified flame retardant is added into the waterproof roll, and the fluorine-containing alkyl chain is automatically transferred to the surface of the waterproof roll due to the low surface energy of the fluorine-containing alkyl chain, so that the waterproof roll has a self-cleaning function.)
技术领域
本发明属于高分子复合材料
技术领域
，具体地，涉及一种PVC高分子复合阻燃防水卷材。背景技术
PVC防水卷材，即聚酯纤维内增强型聚氯乙烯(PVC)防水卷材，是一种热塑性的PVC卷材，以聚氯乙烯树脂为主要原料，加入各类专用助剂和抗老化成分，通过特殊的挤出涂布方法，将聚氯乙烯树脂等材料挤压成型在聚酯纤维织物加强筋表面而形成。且PVC防水卷材的拉伸强度高，伸长率好，低温柔性好，热尺寸变化率小，耐老化，耐紫外辐照，耐化学腐蚀，耐根系渗透的特点，在防水工程中，受到广泛欢迎。
但由于其卤素含量有限，其本身材质并不阻燃，且因其高分子材料的特性，一旦着火燃烧快，易引起大规模的火灾，危及他人生命和财产安全。因此，通常会在PVC防水卷材中添加一些阻燃剂，以提高其安全性。但是，现有加入的阻燃剂通常为低分子量的有机化合物或无机阻燃剂，随着时间的积累，这些类型的阻燃剂会在防水卷材中发生迁移，降低PVC防水卷材的阻燃性能。
因此，有必要设计一种具有稳定的阻燃性能的PVC防水卷材。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PVC高分子复合阻燃防水卷材，以解决现有PVC防水卷材阻燃性能不稳定的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种PVC高分子复合阻燃防水卷材，包括以下重量份原料：PVC树脂粉50-75份、增塑剂12-26份、改性阻燃剂12-22份、抗老化剂3.5-9.5份、润滑剂2-4份、着色剂0.5-3.5份。
进一步地，所述增塑剂为DOP、DMP、环氧大豆油、环烷油中的一种或几种任意比的组合。
进一步地，所述抗老化剂为紫外线吸收剂UV-329和抗氧化剂1010的任意比混合物。
进一步地，所述润滑剂为硬脂酸、石蜡油中的一种或任意比的混合物。
进一步地，所述着色剂为各种颜色的色粉或色母。
进一步地，所述改性阻燃剂通过以下步骤制成：
步骤A、将对羟基甲基苯甲醛、甲苯、石油醚、乙醇、对甲苯磺酸加入带有冷凝回流管、搅拌磁子的三口烧瓶中，搅拌均匀后，用油浴锅将反应体系温度加热至95℃，以350r/min的搅拌速度搅拌，回流反应7h，然后将反应液过柱分离(乙酸乙酯：石油醚的体积比为2：1)，获得中间体1；将中间体1、苯、对甲苯磺酸加入带有冷凝回流管、搅拌磁子的三口烧瓶中，搅拌均匀后，用油浴锅将反应体系温度加热至61℃，在搅拌状态下，用滴液漏斗滴加全氟丁酸，滴加速度1滴/秒，回流反应10h，将反应液过柱分离(甲醇：氯仿的体积比为2：5)，获得中间体2；将中间体2、去离子水、甲酸加入带有冷凝回流管、搅拌磁子的三口烧瓶中，搅拌均匀后，用油浴锅将反应体系的温度加热至84℃，回流反应10h，在110℃下旋蒸1-2h，获得中间体3，反应式如下所示；
步骤B、将步骤A获得的中间体3、苯胺、苯胺盐酸盐加入带有搅拌磁子、通氮装置的四口烧瓶中，搅拌均匀后，用油浴锅将反应体系加热至113℃，并恒温反应2h，然后将反应体系升温至152℃，继续恒温反应1.5h，反应完毕，待体系降至55℃时，减压蒸馏30min，然后加入2mol/L的稀盐酸将剩余物质溶解，过滤，取滤液用2mol/L的稀氢氧化钠溶液中和至pH为7-8，此时产生沉淀，待沉淀完全后过滤，取滤饼反复洗涤3-5次，获得粗产品用乙醇/水重结晶两次，最后在60℃真空干燥24h，获得中间体4，反应式如下所示；
步骤C、将三氯氧磷、季戊四醇加入装有温度计、回流冷凝管、搅拌器的三口烧瓶，搅拌均匀，用油浴锅将反应体系的温度加热至92℃，搅拌反应11h，副产物氯化氢用氢氧化钠溶液吸收，反应结束后，用二氯乙烷洗涤3次，在55℃下真空干燥12h，获得中间体5，反应式如下所示；
步骤D、将步骤B获得的中间体4、步骤C获得的中间体5、三乙胺和二甲苯入带有搅拌装置的三口烧瓶中，搅拌均匀后，用油浴锅将反应体系的温度加热至137℃，搅拌反应12h，然后将反应液过滤，并用去离子水洗涤3次，最后在65℃下真空干燥箱内干燥12h，获得改性阻燃剂，反应式如下所示。
进一步地，步骤A中对羟基甲基苯甲醛、甲苯、石油醚、乙醇、对甲苯磺酸的用量比为0.1mol：30-50mL：1-3mL：0.3-0.4mol：0.4-0.7mL；中间体1、苯、对甲苯磺酸、全氟丁酸的用量比为0.1mol：40-70mL：0.4-0.7mL：0.15-0.18mol；中间体2、去离子水、甲酸的用量比为0.1mol：20-30mL：0.5-0.8mL。
进一步地，步骤B中，中间体3、苯胺、苯胺盐酸盐的用量比为0.1mol：0.11-0.13mol：4-6mL。
进一步地，步骤C中三氯氧磷、季戊四醇的用量比为4-6mol：1mol。
进一步地，步骤D中中间体4、中间体5、三乙胺和二甲苯的用量比为0.11-0.14mol：0.1mol：0.2mol：200-250mL。
进一步地，该种PVC高分子复合阻燃防水卷材通过以下步骤制成：
将PVC树脂粉加入热混设备，在50-70℃下加入增塑剂、润滑剂和着色剂，共混15-25min，再在70-85℃下加入改性阻燃剂和抗老化剂，共混15-25min，最后在153℃的条件下送入冷混设备，并在40-50℃以下研磨、分散，将混合好的物料牵引至卷曲机进行卷曲得到一种PVC高分子复合阻燃防水卷材。
本发明的有益效果：
本发明利用了对羟基甲基苯甲醛和全氟丁酸逐步反应获得了中间体3，再利用中间体3和苯胺反应形成中间体4，同时利用三氯氧磷和季戊四醇反应形成中间体5，再利用中间体4和中间体5反应获得改性阻燃剂，且该改性阻燃剂为聚合物，数均分子量较一般的无机阻燃剂和低分子量的阻燃物的数均分子量要高很多，能在复合材料体系中长期稳定存在，无迁移。此外，在该高分子阻燃剂的分子主链上引入了含氟烷链，将该改性阻燃剂加入到防水卷材中，由于含氟烷链的低表面能的特性，会自动迁移到防水卷材的表面，使得防水卷材具有自洁功能。
因此，本发明提供的一种PVC高分子复合阻燃防水卷材具有优异的阻燃性能和自洁性能。
具体实施方式
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：
改性阻燃剂通过以下步骤制成：
步骤A、将对羟基甲基苯甲醛、甲苯、石油醚、乙醇、对甲苯磺酸加入带有冷凝回流管、搅拌磁子的三口烧瓶中，搅拌均匀后，用油浴锅将反应体系温度加热至95℃，以350r/min的搅拌速度搅拌，回流反应7h，然后将反应液过柱分离(乙酸乙酯：石油醚的体积比为2：1)，获得中间体1；将中间体1、苯、对甲苯磺酸加入带有冷凝回流管、搅拌磁子的三口烧瓶中，搅拌均匀后，用油浴锅将反应体系温度加热至61℃，在搅拌状态下，用滴液漏斗滴加全氟丁酸，滴加速度1滴/秒，回流反应10h，将反应液过柱分离(甲醇：氯仿的体积比为2：5)，获得中间体2；将中间体2、去离子水、甲酸加入带有冷凝回流管、搅拌磁子的三口烧瓶中，搅拌均匀后，用油浴锅将反应体系的温度加热至84℃，回流反应10h，在110℃下旋蒸1h，获得中间体3；
步骤B、将步骤A获得的中间体3、苯胺、苯胺盐酸盐加入带有搅拌磁子、通氮装置的四口烧瓶中，搅拌均匀后，用油浴锅将反应体系加热至113℃，并恒温反应2h，然后将反应体系升温至152℃，继续恒温反应1.5h，反应完毕，待体系降至55℃时，减压蒸馏30min，然后加入2mol/L的稀盐酸将剩余物质溶解，过滤，取滤液用2mol/L的稀氢氧化钠溶液中和至pH为7，此时产生沉淀，待沉淀完全后过滤，取滤饼反复洗涤3次，获得粗产品用乙醇/水重结晶两次，最后在60℃真空干燥24h，获得中间体4；
步骤C、将三氯氧磷、季戊四醇加入装有温度计、回流冷凝管、搅拌器的三口烧瓶，搅拌均匀，用油浴锅将反应体系的温度加热至92℃，搅拌反应11h，副产物氯化氢用氢氧化钠溶液吸收，反应结束后，用二氯乙烷洗涤3次，在55℃下真空干燥12h，获得中间体5；
步骤D、将步骤B获得的中间体4、步骤C获得的中间体5、三乙胺和二甲苯入带有搅拌装置的三口烧瓶中，搅拌均匀后，用油浴锅将反应体系的温度加热至137℃，搅拌反应12h，然后将反应液过滤，并用去离子水洗涤3次，最后在65℃下真空干燥箱内干燥12h，获得改性阻燃剂。
上述各步骤中的原料用量比如表1所示。
表1
实施例2：
改性阻燃剂通过以下步骤制成：参照实施例1中的各步骤。
上述各步骤中的原料用量比如表2所示。
表2
实施例3：
一种PVC高分子复合阻燃防水卷材，包括以下重量份原料：PVC树脂粉50份、增塑剂12份、实施例1制备的改性阻燃剂12份、抗老化剂3.5份、润滑剂2份、着色剂0.5份。
该种PVC高分子复合阻燃防水卷材通过以下步骤制成：
将PVC树脂粉加入热混设备，在50℃下加入增塑剂、润滑剂和着色剂，共混15min，再在70℃下加入改性阻燃剂和抗老化剂，共混15min，最后在153℃的条件下送入冷混设备，并在40℃以下研磨、分散，将混合好的物料牵引至卷曲机进行卷曲得到一种PVC高分子复合阻燃防水卷材。
实施例4：
一种PVC高分子复合阻燃防水卷材，包括以下重量份原料：PVC树脂粉60份、增塑剂20份、实施例2制备的改性阻燃剂17份、抗老化剂6份、润滑剂3份、着色剂2份。
该种PVC高分子复合阻燃防水卷材通过以下步骤制成：参照实施例3中的步骤。
实施例5：
一种PVC高分子复合阻燃防水卷材，包括以下重量份原料：PVC树脂粉75份、增塑剂26份、改性阻燃剂22份、抗老化剂9.5份、润滑剂4份、着色剂3.5份。
该种PVC高分子复合阻燃防水卷材通过以下步骤制成：参照实施例3中的步骤。
对比例1：
一种PVC高分子复合阻燃防水卷材，包括以下重量份原料：PVC树脂粉50份、增塑剂126份、抗老化剂3.5份、润滑剂2份、着色剂0.5份。
该种PVC高分子复合阻燃防水卷材通过以下步骤制成：参照实施例3中的步骤。
对比例2：
一种PVC高分子复合阻燃防水卷材，包括以下重量份原料：PVC树脂粉60份、增塑剂20份、济南汇锦川化工有限公司购买的磷酸三(2-氯乙基)酯17份、抗老化剂6份、润滑剂3份、着色剂2份。
该种PVC高分子复合阻燃防水卷材通过以下步骤制成：参照实施例3中的步骤。
实施例6：
对实施例3-5和对比例1-2获得的防水卷材进行以下性能测试：
撕裂性能：按照《GB/T328.19高分子防水卷材撕裂性能》标准进行测试；
不透水性能：按照《GB/T328.10沥青和高分子防水卷材不透水性》标准进行测试；
吸水率：将测试样条在常温下放入水中浸泡72h后，测定其吸水率；
阻燃性能：极限氧指数(LOI)测试按照GB/T2406—93《塑料燃烧性能实验方法-氧指数法》标准进行测定，样品尺寸为100mm×10mm×3mm，每组样条重复5次，取平均值，垂直燃烧按照GB/T2508-1996或者美国UL-94测试标准，将模压得到的标准样条(样条尺寸为120mm×13mm×3mm)在水平垂直燃烧试验机上进行测试，每组样条至少重复5次，取平均值。
测得的数据如表3所示。
表3
在表3中的数据可以看出，从抗拉伸强度、断裂伸长率和直角撕裂强度的数据可以看出实施例3-5获得的防水卷材的抗断裂性能好于对比例1-2获得的防水卷材的对应性能，从极限氧指数和垂直燃烧等级的数据可以看出实施例3-5获得的防水卷材的阻燃性能好于对比例1-2获得的防水卷材的对应性能。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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。