含有可膨脹石墨的熱塑性膜的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請要求于2013年3月13日提交的美國非臨時(shí)申請序列號13/799,763和于 2012年11月16日提交的美國臨時(shí)申請序列號61/727, 354的權(quán)益，所述申請以引用方式并 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)級包括1722、3393、3577、3626和1722?。ㄐ聺晌髦莅⑺共锏陌?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 (美國篩） 的標(biāo)稱粒度。美國篩20具有等于0. 841mm的篩孔，并且美國篩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，可膨脹石墨可通過起始溫度來表征，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，可膨脹石墨可通過起始溫度來表征，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，可膨脹石墨可通過起始溫度來表征，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始時(shí)的溫度。
[0024] 補(bǔ)充陽燃劑
[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所測試）的任何化合物。一般來講，可用的阻燃劑包括當(dāng)暴露于火焰時(shí)通過在試樣表面 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商購獲得，多磷酸按 可以商品名Exolite? AP 760(科萊恩公司（Clarian))商購獲得，三聚氰胺多磷酸鹽可以 商品名Budit? 3141(布登海姆公司（Budenheim))商購獲得，并且氧化銻（Sb2O3)可以商品 名Fireshield?商購獲得。
[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