CN102493566B - 一种阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板及其制备方法。本发明的厚度为20～60mm，由可发性聚苯乙烯、溴代烷、可膨胀石墨按照质量比1：0.02：0.08～0.25组成。其中，聚苯乙烯母料颗粒经过表面包覆和表面憎水处理，可膨胀石墨经过苯乙烯核壳聚合工艺表面处理，溴代烷为四溴乙烷、四溴丁烷或六溴环十二烷中的一种。该阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板可避免外墙保温装饰板在火灾中过早燃烧与破坏，保护发生火灾时建筑物内人员人身生命与财产安全；同时具有预制成型质量可控，施工装配化，具有保温、隔热、防火、抗水、轻质、隔音、抗开裂、抗空鼓、抗脱落等各种性能融为一体的环保节能型外墙阻燃保温隔热板材，满足国家65％的节能要求。

Description

一种阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板材及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板材，主要用于建筑围护结构墙体外墙防火隔热保温。

背景技术

在我国大力推广建筑节能的大背景下，所有建筑都须达到相应的节能标准，但目前采用的保温材料中，约有80％是有机的可燃材料，外墙外保温系统是以防火性能较差的薄抹灰有机保温系统材料为主。从现有的外墙外保温系统防火技术现状和发生的火灾频率来看，提高各类建筑外墙外保温系统的防火安全性，是目前的一个重大课题。

随着节能标准的逐步提高，采用可燃性有机保温材料的厚度不断增加，建筑外墙火灾和火灾蔓延的问题更加突出。在我国目前的技术条件下，聚苯乙烯泡沫和硬泡聚氨酯等可燃性材料在建筑外墙外保温系统中的使用最为广泛，这类材料极易燃烧，是产生外墙外保温系统防火安全性问题的起因。传统XPS、EPS保温板材不仅着火点低、极易燃烧，还能使火焰迅速蔓延并且产生有毒气体，很多大楼的火灾就是由于易燃的外保温高分子材料的使用导致火焰迅速蔓延至其它楼层，导致火灾无法控制，并且燃烧释放的烟雾和有毒气体让处于火灾中的人窒息，造成了巨大的财产损失和严重的人员伤亡。所以，推广使用阻燃型保温材料，或对此类高效保温材料的阻燃改性，是现在外墙外保温工程的当务之急。

公安部于2011年3月14日下发-公消[2011]65号红头文件，对全国的外墙保温板材的安全防火性能提出的史无前例的最高要求，并对在建与未审批的项目进行严格监管。与此相对应，防火性能好、保温性能优越的建筑外墙保温系统才更能满足国家提出的防火节能要求，并赢得市场的认可。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供以高效节能、高寿命和高防火阻燃安全性、高施工速度为特点的新型外墙外保温板材。本发明在充分利用高效隔热保温材料的同时，将高效节能与高效防火阻燃相结合，得到了达到国家要求的阻燃型保温板材，满足国家50％～65％的节能要求。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案：

一种阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板，通过可发泡性聚苯乙烯母料与几种不同的阻燃剂经过复合添加工艺所制备，由可发性聚苯乙烯、溴代烷、可膨胀石墨按照比例1∶0.02∶0.08～0.25组成。

所述的阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板，其导热系数为0.030-0.042W/(m·k)，材料燃烧分级达到B1级。

所述的阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板，其中聚苯乙烯母料颗粒经过表面包覆和表面憎水处理，可膨胀石墨经过苯乙烯核壳聚合工艺表面处理。

所述的阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板，其厚度为20～60mm可控。

所述的阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板，其中所述的防火阻燃型复合保温装饰板为预制板材。

所述的阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板，其板材为本发明所述的防火阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板材，其制备方法包括以下步骤：

(1)阻燃改性可发泡性聚苯乙烯基体的制备

将水、EPS母料、丁基萘磺酸钠、聚乙烯醇、丁烷、过氧化二异丙苯、四溴丁烷、抗氧剂按照比例1.5～1.7∶1∶0.025～0.03∶0.002～0.003∶0.1∶0.008∶0.013～0.015∶0.003混合，在72±2℃、0.9±0.1MPa、95-100r/min的转速下进行浸渍反应12±1h可得。

(2)可膨胀石墨的制备

按照鳞片石墨：KMnO₄质量比为1∶0.2～0.5加入KMnO₄，搅拌均匀，加入60～80％的HClO₃溶液，维持固液比为1∶2.3～4.5的比例保持25～35℃间歇搅拌反应60～120min，后水洗，抽滤，烘干即可得到膨胀石墨；也可将鳞片石墨、双氧水、发烟硝酸，在冰水浴中迅速搅拌，至反应平缓后将该反应体系恒温在25～35℃，用一定质量分数的硝酸溶液洗涤、抽滤，滴加一定浓度的乙酸溶液并不断搅拌反应60～90min，水洗，抽滤，烘干，得无硫无灰分的可膨胀石墨，膨胀体积为300～350ml/g。其中，石墨、浓硝酸、双氧水、乙酸的比例为5～7(g)∶9～12(mL)∶1～1.2(mL)∶5～7(mL)；

(3)可膨胀石墨表面处理

将制备的可膨胀石墨磨细至1500～2500cm²/g，按过氧化二苯甲酰BPO∶苯乙烯＝0.3～0.5(g)∶15～17(ml)的比例将过氧化二苯甲酰BPO溶入苯乙烯中，再将0.3％聚乙烯醇溶液、去离子水、可膨胀石墨按7-8(mL)∶130mL∶6～9(g)的比例于三口烧瓶中搅拌和加热，在半小时内，将温度慢慢加热至85-90℃，并保持此温度聚合反应2小时后制得经核壳聚合处理的可膨胀石墨，并再次磨细至1500～2500cm²/g；

(4)阻燃可发泡性聚苯乙烯保温板的制备

将改性的可发泡性聚苯乙烯母料颗粒喂入蒸汽压为0.2～0.4MPa、温度为70～80℃的预发泡机内进行预发泡，经过8～12h熟化，与可膨胀石墨按照一定比例混合后填充放入预热的板材成型机中，模内导入95～110℃蒸汽加热，保持压力0.08MPa～0.15MPa，待通气结束后冷却脱模，切割得到阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板。

所述的阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板的制备方法，其按照实际设计需要，在阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板的任一表面直接喷涂饰面层，饰面层材料为通过了JC/T24-2000中的变形协调性测试的仿真石漆、中弹丙稀酸外墙涂料、高弹丙稀酸外墙涂料、硅丙外墙涂料、水性金属漆、水性氟碳漆、艺术漆、水性乳胶漆、聚脲中的一种。

本发明中各主要原材料的作用为：可发泡性聚苯乙烯母料，主要为可发泡性聚苯乙烯颗粒，在其预发泡和二次发泡成型后为主要的保温隔热材料，有较低的导热系数；卤代烷类阻燃剂，能够与燃烧生成的活性自由基OH·反应生H₂O，使OH基和热量大量减少，从而达到高效阻燃的作用；膨胀型阻燃剂可膨胀石墨，在较高温度下能产生体积大幅度膨胀或产生泡沫状物质，覆盖于高分子聚合物表面，形成稳定的隔热覆盖层，起隔绝空气、高效隔热作用，从而达到阻燃目的，根据结合物质的不同，还会因受热而产生CO₂，NH₃，H₂O等不燃气体，使高分子聚合物受热分解释放的可燃气体被稀释而达到阻燃的效果；

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

1.高耐久性。可发泡性聚苯乙烯在成型过程中通过聚合物母料级配及粒径双控技术，提高了聚合物泡沫颗粒的堆积紧密度，与常用的普通聚苯乙烯挤塑板和可发泡性聚苯乙烯板相比，有更高的抗拉强度和更低热渗流系数，并使聚合物保温板的密度控制在22±2kg/m³。

2.高效节能性：本发明其导热系数可控制在0.030-0.040W/(m·K)，优于常用可发泡性聚苯乙烯板和聚苯乙烯挤塑板(可发泡性聚苯乙烯板导热系数为0.042W/m·K，聚苯乙烯挤塑板导热系数为0.038W/m·K)。

3.高等级阻燃性。对聚合物泡沫母料进行了阻燃改性，加入了主要由卤代烷和膨胀石墨等复合的高效阻燃剂，阻燃可发泡性聚苯乙烯板材的防火级别按GB8426-1996标准，从传统的B2级提高到B1级。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

1.膨胀石墨的制备：用鳞片石墨、双氧水、发烟硝酸，在冰水浴中迅速搅拌，至反应平缓后将该反应体系恒温在25℃，氧化用一定质量分数的硝酸溶液洗涤、抽滤，滴加一定浓度的乙酸溶液并不断搅拌，反应75min，水洗，抽滤，烘干，得无硫无灰分可膨胀石墨，膨胀体积为300-350ml/g。其中石墨、浓硝酸、双氧水、乙酸的比例为5(g)∶12(ml)∶1(ml)∶5(ml)；

2.阻燃改性可发泡性聚苯乙烯母料的制备：将水、可发泡性聚苯乙烯母料、丁基萘磺酸钠、聚乙烯醇、丁烷、过氧化二异丙苯、四溴丁烷、抗氧剂按照比例1.6∶1∶0.03∶0.002∶0.1∶0.008∶0.013∶0.003混合，在72±2℃、0.9±0.1MPa、95-100r/min的转速下进行浸渍反应12h可得；

3.可膨胀石墨表面处理：将制作好的可膨胀石墨磨细至1500～2500cm²/g，将过氧化二苯甲酰BPO溶入苯乙烯中，比例为0.3(g)∶16(ml)，再将0.3％聚乙烯醇溶液、去离子水、可膨胀石墨按比例7-8(ml)∶130ml∶8(g)三口烧瓶中搅拌和加热，在半小时内，将温度慢慢加热至85-90℃，并保持此温度聚合反应2小时后制得经核壳聚合处理的可膨胀石墨，并再次磨细至1500～2500cm²/g；

4.板材的成型：将添加了1.3％四溴丁烷的聚苯乙烯可发泡性聚苯乙烯预发泡母料经95℃、0.2MPa的蒸汽预发泡和10h熟化后，与改性膨胀石墨按照质量比5∶1混合，经0.13MPa、105℃的蒸汽二次发泡成型、切割后制得到30mm厚的阻燃改性可发泡性聚苯乙烯板材；

5.饰面层：在改性可发泡性聚苯乙烯板材表面涂刷仿真石漆饰面。

实施例2：

1.膨胀石墨的制备：按照鳞片石墨和KMnO₄按照质量比为1∶0.3的比例加入KMnO₄，搅拌均匀，加入70％的HClO₃溶液，维持固液为1∶4的比例保持35℃间歇搅拌反应100min，后水洗，抽滤，烘干即可得到膨胀石墨，膨胀体积为550ml/g；

2.阻燃改性可发泡性聚苯乙烯母料的制备：将水、可发泡性聚苯乙烯母料、丁基萘磺酸钠、聚乙烯醇、丁烷、过氧化二异丙苯、六溴环十二烷、抗氧剂按照质量比1.6∶1∶0.03∶0.002∶0.1∶0.008∶0.02∶0.003混合，在72±2℃、0.9±0.1MPa、100r/min的转速下进行浸渍反应10h可得；

3.可膨胀石墨表面处理：将制作好的可膨胀石墨磨细至1500～2500cm²/g，将过氧化二苯甲酰BPO溶入苯乙烯中，比例为0.4(g)∶16(ml)，再将0.3％聚乙烯醇溶液、去离子水、可膨胀石墨按比例7-8(ml)∶130ml∶7(g)三口烧瓶中搅拌和加热，在半小时内，将温度慢慢加热至85-90℃，并保持此温度聚合反应2小时后制得经核壳聚合处理的可膨胀石墨，并再次磨细至1500～2500cm²/g；

4.阻燃改性保温层的制备：将添加了2％六溴环十二烷的聚苯乙烯可发泡性聚苯乙烯预发泡母料经95℃、0.2MPa的蒸汽预发泡和10h熟化后，与改性膨胀石墨按照质量比4.5∶1混合，经0.12MPa、105℃的蒸汽二次发泡成型、切割后制得到40mm厚的改性可发泡性聚苯乙烯板材；

5.饰面层：在改性可发泡性聚苯乙烯板材表面喷涂2mm厚不燃水性乳胶漆。

实施例3：

1.膨胀石墨的制备：用鳞片石墨、双氧水、发烟硝酸，在冰水浴中迅速搅拌，至反应平缓后将该反应体系恒温在25℃，氧化用一定质量分数的硝酸溶液洗涤、抽滤，滴加一定浓度的乙酸溶液并不断搅拌反应60min，水洗，抽滤，烘干，得无硫无灰分可膨胀石墨，膨胀体积为300-350ml/g。其中石墨、浓硝酸、双氧水、乙酸的比例为5(g)∶12(ml)∶1(ml)∶5(ml)；

2.阻燃改性可发泡性聚苯乙烯母料的制备：将水、可发泡性聚苯乙烯母料、丁基萘磺酸钠、聚乙烯醇、丁烷、过氧化二异丙苯、四溴乙烷、抗氧剂按照质量比1.6∶1∶0.03∶0.002∶0.1∶0.008∶0.02∶0.003混合，在72±2℃、0.9±0.1MPa、100r/min的转速下进行浸渍反应12h可得；

3.可膨胀石墨表面处理：将制作好的可膨胀石墨磨细至1500～2500cm2/g，将过氧化二苯甲酰BPO溶入苯乙烯中，比例为0.3(g)∶16(ml)，再将0.3％聚乙烯醇溶液、去离子水、可膨胀石墨按比例7-8(ml)∶130ml∶6(g)三口烧瓶中搅拌和加热，在半小时内，将温度慢慢加热至85-90℃，并保持此温度聚合反应2小时后制得经核壳聚合处理的可膨胀石墨，并再次磨细至1500～2500cm²/g；

4.板材的成型：将添加了2％四溴乙烷的聚苯乙烯可发泡性聚苯乙烯预发泡母料经95℃、0.2MPa的蒸汽预发泡和10h熟化后，与改性膨胀石墨按照质量比5∶1混合，经0.13MPa、105℃的蒸汽二次发泡成型、切割后制得到30mm厚的阻燃改性可发泡性聚苯乙烯板材；

5.饰面层：在改性可发泡性聚苯乙烯板材表面涂刷3mm不燃水性陶瓷涂料。

实施例4：

1.膨胀石墨的制备：用鳞片石墨、双氧水、发烟硝酸，在冰水浴中迅速搅拌，至反应平缓后将该反应体系恒温在25℃，氧化用一定质量分数的硝酸溶液洗涤、抽滤，滴加一定浓度的乙酸溶液并不断搅拌，反应60min，水洗，抽滤，烘干，得无硫无灰分可膨胀石墨，膨胀体积为300-350ml/g。其中石墨、浓硝酸、双氧水、乙酸的比例为5(g)∶12(ml)∶1(ml)∶5(ml)；

2.阻燃改性可发泡性聚苯乙烯母料的制备：将水、可发泡性聚苯乙烯母料、丁基萘磺酸钠、聚乙烯醇、丁烷、过氧化二异丙苯、六溴环十二烷、抗氧剂按照质量比1.6∶1∶0.03∶0.002∶0.1∶0.008∶0.02∶0.003混合，在72±2℃、0.9±0.1MPa、100r/min的转速下进行浸渍反应12h可得；

3.可膨胀石墨表面处理：将制作好的可膨胀石墨磨细至1500～2500cm²/g，将过氧化二苯甲酰BPO溶入苯乙烯中，比例为0.4(g)∶16(ml)，再将0.3％聚乙烯醇溶液、去离子水、可膨胀石墨按比例7-8(ml)∶130ml∶9(g)三口烧瓶中搅拌和加热，在半小时内，将温度慢慢加热至85-90℃，并保持此温度聚合反应2小时后制得经核壳聚合处理的可膨胀石墨，并再次磨细至1500～2500cm2/g；

4.阻燃改性保温层的制备：将添加了2％六溴环十二烷的聚苯乙烯可发泡性聚苯乙烯预发泡母料经95℃、0.2MPa的蒸汽预发泡和9h熟化后，与改性膨胀石墨按照质量比4∶1混合，经0.12MPa、105℃的蒸汽二次发泡成型、切割后制得到35mm厚的改性可发泡性聚苯乙烯板材；

5.饰面层：在改性可发泡性聚苯乙烯板材表面喷涂2mm厚不燃水性乳胶漆。

表1 实验结果

Claims (8)

1.一种阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板，其特征在于：阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板由可发泡性聚苯乙烯、溴代烷、可膨胀石墨按照质量比例1∶0.02∶0.08～0.25组成；

所述的阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板，其制备方法包括以下步骤：

(1)阻燃改性聚苯乙烯基体的制备

将水、聚苯乙烯母料、丁基萘磺酸钠、聚乙烯醇、丁烷、过氧化二异丙苯、四溴丁烷、抗氧剂按照质量比例1.5～1.7∶1∶0.025～0.03∶0.002～0.003∶0.1∶0.008∶0.013～0.015∶0.003混合，在72±2℃、0.9±0.1MPa、95～100r/min的转速下浸渍12±1h可得；

(2)可膨胀石墨的制备

按照鳞片石墨：KMnO₄质量比为1∶0.2～0.5加入KMnO₄，搅拌均匀，加入60～80％的HClO₃溶液，维持固液比为1∶2.3～4.5的比例保持25～35℃间歇搅拌反应60～120min，然后水洗，抽滤，烘干即可得到膨胀石墨；也可将鳞片石墨、双氧水、发烟硝酸，在冰水浴中迅速搅拌，至反应平缓后将该反应体系恒温在25～35℃，用一定质量分数的硝酸溶液洗涤、抽滤，滴加一定浓度的乙酸溶液并不断搅拌，反应60～90min，水洗，抽滤，烘干，得无硫无灰分的可膨胀石墨，膨胀体积为300～350ml/g；其中，石墨、浓硝酸、双氧水、乙酸的比例为5～7(g)∶9～12(mL)∶1～1.2(mL)∶5～7(mL)；

(3)可膨胀石墨表面处理

将制备的可膨胀石墨磨细至1500～2500cm²/g，按过氧化二苯甲酰BPO∶苯乙烯＝0.3～0.5(g)∶15～17(ml)的比例将过氧化二苯甲酰BPO溶入苯乙烯中，再将0.3％聚乙烯醇溶液、去离子水、可膨胀石墨按7-8(mL)∶130mL∶6～9(g)的比例于三口烧瓶中搅拌和加热，在半小时内，将温度慢慢加热至85-90℃，并保持此温度聚合反应2小时后制得经核壳聚合处理的可膨胀石墨并再次磨细至1500～2500cm²/g；

(4)阻燃可发泡性聚苯乙烯保温板的制备

将改性的可发泡性聚苯乙烯母料颗粒喂入蒸汽压为0.2～0.4MPa、温度为70～80℃的预发泡机内进行预发泡，经过8～12h熟化，与可膨胀石墨按照一定比例混合后填充放入预热的板材成型机中，模内导入95～110℃蒸汽加热，保持压力0.08MPa～0.15MPa，待通气结束后冷却脱模，切割得到阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板。

2.根据权利要求1所述的阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板，其特征在于：所述的溴代烷为四溴乙烷、四溴丁烷或六溴环十二烷中的一种。

3.根据权利要求1所述的阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板，其特征在于：聚苯乙烯母料颗粒经过表面包覆和表面憎水处理，可膨胀石墨经过苯乙烯核壳聚合工艺表面处理。

4.根据权利要求1所述的阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板，其特征在于：阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板的厚度为20～60mm可控。

5.根据权利要求1所述的阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板，其特征在于：阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板的导热系数为0.030～0.042W/(m·K)，燃烧等级达到B1级。

6.根据权利要求1所述的阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板，其特征在于：阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板为预制板材。

7.根据权利要求1所述的阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板，其特征在于，按照实际设计需要，在阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板的任一表面直接喷涂饰面层。

8.根据权利要求7所述的阻燃型可发泡性聚苯乙烯保温板，其特征在于，饰面层材料为通过了JC/T24-2000中的变形协调性测试的仿真石漆、中弹丙稀酸外墙涂料、高弹丙稀酸外墙涂料、硅丙外墙涂料、水性金属漆、水性氟碳漆、艺术漆、水性乳胶漆、聚脲中的一种。