含有可膨脹石墨的熱塑性膜的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)要求于2013年3月13日提交的美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)13/799,763和于 2012年11月16日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/727, 354的權(quán)益，所述申請(qǐng)以引用方式并 入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明的實(shí)施例涉及含有可膨脹石墨的熱塑性組合物以及這些組合物在屋頂膜 中的使用。
【背景技術(shù)】
[0003] 平坦或低斜率屋頂通常覆蓋有聚合物膜。在具有需要在技術(shù)上可用的機(jī)械性能的 膜中常見(jiàn)的是用EPDM橡膠制備的熱固性膜，或用聚乙烯和聚丙烯的乙烯-丙烯反應(yīng)器共聚 物或共混物制備的熱塑性膜。這些膜通常含有炭黑和/或礦物填料，它們?yōu)樗瞿ぬ峁┯?利的機(jī)械性能。
[0004] 許多屋頂（尤其是平坦或低斜率屋頂）都覆蓋有聚合物膜。這些應(yīng)用中使用的聚 合物膜包括熱固性膜和熱塑性膜兩者。示例性的熱固性膜包括EPDM橡膠。熱塑性膜包括 PVC膜和烯烴基熱塑性膜。烯烴基熱塑性膜提供獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，包括能夠擠出所述膜（這有利 于制造），并且能夠熱焊接所述膜以形成屋頂表面上的連續(xù)防水層。
[0005] 由于烯烴基膜富含烴，因此它們可能需要大量的阻燃劑以通過(guò)工業(yè)和政府阻燃和 /或防火標(biāo)準(zhǔn)。這些阻燃劑的使用可能具有一些缺點(diǎn)，包括成本和機(jī)械性能損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的實(shí)施例提供了包含第一熱塑性第一層和第二熱塑性層的多層膜，其中第 二層包含可膨脹石墨。
[0007] 本發(fā)明的實(shí)施例提供了多層熱塑性膜，所述多層熱塑性膜包含至少一個(gè)其中分散 有可膨脹石墨的熱塑性層。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包含兩個(gè)共擠出層壓層的多層膜的透視圖。
[0009] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包含兩個(gè)層壓層的多層膜的透視圖。
[0010] 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的層壓膜的透視圖。
[0011] 圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的屋頂組件的透視剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 本發(fā)明的實(shí)施例至少部分地基于可熱加工的組合物的發(fā)現(xiàn)，所述可熱加工的組合 物包含分散在熱塑性基質(zhì)中的可膨脹石墨。已經(jīng)有利地發(fā)現(xiàn)，這些組合物可用于制造多層 式單層膜中的一個(gè)或多個(gè)層，所述多層式單層膜可尤其用作屋頂膜和土工膜。
[0013] 可膨脹石墨
[0014] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可膨脹石墨（其也可稱為可膨脹片狀石墨、膨脹片狀石 墨或可膨脹片）包括插層石墨，其中插層材料包含于石墨晶體或粒子的石墨層之間。插層 材料的例子包括鹵素、堿金屬、硫酸鹽、硝酸鹽、各種有機(jī)酸、氯化鋁、氯化鐵、其他金屬鹵化 物、硫化砷和硫化鉈。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，可膨脹石墨包含非鹵化的插層材料。在某 些實(shí)施例中，可膨脹石墨包含硫酸鹽插層劑，也稱為石墨硫酸氫鹽。如本領(lǐng)域中已知的，硫 酸氫鹽插層通過(guò)使用硫酸和用于催化硫酸鹽插層的其他氧化劑的混合物來(lái)處理高結(jié)晶天 然片狀石墨而實(shí)現(xiàn)。
[0015] 可膨脹石墨的市售例子包括HPMS可膨脹石墨（加利福尼亞州伍德蘭希爾斯的惠 普材料解決方案公司（HP Materials Solutions, Inc. ,Woodland Hills, CA))和 1721 級(jí)可 膨脹石墨（新澤西州阿斯伯里的艾斯博瑞碳素公司（Asbury Carbons，Asbury，NJ))。預(yù)期 可用于本發(fā)明的其他商業(yè)級(jí)包括1722、3393、3577、3626和1722肌（新澤西州阿斯伯里的艾 斯博瑞碳素公司（Asbury Carbons, Asbury, NJ)) 〇
[0016] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可膨脹石墨可被表征為具有約30 μ m至約I. 5_，在其他 實(shí)施例中約50 μ m至約1.0mm，以及在其他實(shí)施例中約180 μ m至約850 μ m范圍內(nèi)的均值 或平均尺寸。在某些實(shí)施例中，可膨脹石墨可被表征為具有至少30 μ m，在其他實(shí)施例中至 少44 μ m，在其他實(shí)施例中至少180 μ m，以及在其他實(shí)施例中為至少300 μ m的均值或平均 尺寸。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可膨脹石墨可被表征為具有至多I. 5mm，在其他實(shí)施例中 至多I. 0mm，在其他實(shí)施例中至多850 μ m，在其他實(shí)施例中至多600 μ m，在其他實(shí)施例中至 多500 μ m，以及在其他實(shí)施例中至多400 μ m的均值或平均尺寸。可用的可膨脹石墨包括 #1721級(jí)石墨（艾斯博瑞碳素公司（Asbury Carbons))，其具有大于300 μ m的標(biāo)稱尺寸。
[0017] 在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可膨脹石墨可被表征為具有20 X 50 (美國(guó)篩） 的標(biāo)稱粒度。美國(guó)篩20具有等于0. 841mm的篩孔，并且美國(guó)篩50具有等于0. 297mm的篩 孔。因此，20 X 50的標(biāo)稱粒度表示石墨粒子為至少0. 297mm且至多0. 841mm。
[0018] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可膨脹石墨可被表征為具有約75 %至約99 %范圍內(nèi)的 碳含量。在某些實(shí)施例中，可膨脹石墨可被表征為具有至少80%，在其他實(shí)施例中至少 85 %，在其他實(shí)施例中至少90 %，在其他實(shí)施例中至少95 %，在其他實(shí)施例中至少98 %，以 及在其他實(shí)施例中至少99 %碳的碳含量。
[0019] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可膨脹石墨可被表征為具有約0%至約8%，在其他實(shí)施 例中約2. 6%至約5. 0%，以及在其他實(shí)施例中約3. 0%至約3. 5%范圍內(nèi)的硫含量。在某 些實(shí)施例中，可膨脹石墨可被表征為具有至少〇 %，在其他實(shí)施例中至少2. 6 %，在其他實(shí) 施例中至少2. 9%，在其他實(shí)施例中至少3. 2%，以及在其他實(shí)施例中3. 5%的硫含量。在某 些實(shí)施例中，可膨脹石墨可被表征為具有至多8 %，在其他實(shí)施例中至多5 %，在其他實(shí)施 例中至多3. 5 %的硫含量。
[0020] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可膨脹石墨可被表征為具有約10:1至約500:1，在其他 實(shí)施例中至少20:1至約450:1，在其他實(shí)施例中至少30:1至約400:1，在其他實(shí)施例中 約50:1至約350:1范圍內(nèi)的膨脹比（cc/g)。在某些實(shí)施例中，可膨脹石墨可被表征為具 有至少10:1，在其他實(shí)施例中至少20:1，在其他實(shí)施例中至少30:1，在其他實(shí)施例中至少 40:1，在其他實(shí)施例中至少50:1，在其他實(shí)施例中至少60:1，在其他實(shí)施例中至少90:1，在 其他實(shí)施例中至少160:1，在其他實(shí)施例中至少210:1，在其他實(shí)施例中至少220:1，在其他 實(shí)施例中至少230:1，在其他實(shí)施例中至少270:1，在其他實(shí)施例中至少290:1，以及在其他 實(shí)施例中至少300:1的膨脹比（cc/g)。在某些實(shí)施例中，可膨脹石墨可被表征為具有至多 350:1，以及在其他實(shí)施例中至多300:1的膨脹比（cc/g)。
[0021] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可膨脹石墨由于與本發(fā)明的熱塑性膜的熱塑性組分一起 存在而可部分膨脹。然而，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可膨脹石墨不會(huì)膨脹至不利程度，所述 不利程度包括不利地影響形成片材產(chǎn)品的能力和石墨以所需水平（其包括允許片材適當(dāng) 形成的那些水平）用作阻燃劑的能力的膨脹量或更大的膨脹量。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中， 可膨脹石墨膨脹至超過(guò)其初始未膨脹尺寸至多60%，在其他實(shí)施例中至多50%，在其他實(shí) 施例中至多40 %，在其他實(shí)施例中至多30 %，在其他實(shí)施例中至多20 %，以及在其他實(shí)施 例中至多10%。
[0022] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可膨脹石墨可被表征為具有約1至約10,在其他實(shí)施例 中約1至約6,以及在其他實(shí)施例中約5至約10范圍內(nèi)的pH。在某些實(shí)施例中，可膨脹石 墨可被表征為具有約4至約7范圍內(nèi)的pH。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可膨脹石墨可被表征 為具有至少1，在其他實(shí)施例中至少4,以及在其他實(shí)施例中至少5的pH。在某些實(shí)施例中， 可膨脹石墨可被表征為具有至多10,在其他實(shí)施例中至多7,以及在其他實(shí)施例中至多6的 pH〇
[0023] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可膨脹石墨可通過(guò)起始溫度來(lái)表征，所述起始溫度在約 100°C至約250°C，在其他實(shí)施例中約160°C至約225°C，以及在其他實(shí)施例中約180°C至約 200°C的范圍內(nèi)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可膨脹石墨可通過(guò)起始溫度來(lái)表征，所述起始溫 度為至少l〇〇°C，在其他實(shí)施例中為至少130°C，在其他實(shí)施例中為至少160°C，以及在其他 實(shí)施例中為至少180°C。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可膨脹石墨可通過(guò)起始溫度來(lái)表征，所述 起始溫度為至多250°C，在其他實(shí)施例中為至多225°C，以及在其他實(shí)施例中為至多200°C。 起始溫度也可互換地稱為膨脹溫度，并且其也可稱為石墨的膨脹開(kāi)始時(shí)的溫度。
[0024] 補(bǔ)充陽(yáng)燃劑
[0025] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可膨脹石墨可結(jié)合補(bǔ)充阻燃劑使用。這些補(bǔ)充阻燃劑可 包括在本發(fā)明的聚合物組合物中增加阻燃性、特別是火焰蔓延（諸如由UL 94和/或UL 790所測(cè)試）的任何化合物。一般來(lái)講，可用的阻燃劑包括當(dāng)暴露于火焰時(shí)通過(guò)在試樣表面 上形成炭層而起作用的那些。其他阻燃劑包括當(dāng)阻燃劑化合物熱分解時(shí)通過(guò)釋放水而起作 用的那些。可用的阻燃劑也可分類為鹵化阻燃劑或非鹵化阻燃劑。
[0026] 示例性的非鹵化阻燃劑包括氫氧化鎂、氫氧化鋁、硼酸鋅、多磷酸銨、三聚氰胺多 磷酸鹽和氧化鋪（Sb 2O3)。氫氧化鎂（Mg(OH)2)可以商品名Vertex? 60商購(gòu)獲得，多磷酸按 可以商品名Exolite? AP 760(科萊恩公司（Clarian))商購(gòu)獲得，三聚氰胺多磷酸鹽可以 商品名Budit? 3141(布登海姆公司（Budenheim))商購(gòu)獲得，并且氧化銻（Sb2O3)可以商品 名Fireshield?商購(gòu)獲得。
[0027] 其他補(bǔ)充阻燃劑的例子為硼酸鈣、氫氧化鎂、堿式碳酸鎂、氫氧化鋁、硼酸鋅