CN103172940A - 一种改性聚苯乙烯保温材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改性聚苯乙烯保温材料，包括聚苯乙烯、聚异氰脲酸酯和发泡剂；所述聚苯乙烯与聚异氰脲酸酯的质量比为（1～10）:1；所述发泡剂与聚苯乙烯的质量比为（4%～10%）:1。本发明提供的改性聚苯乙烯保温材料中包括聚异氰脲酸酯，所述聚异氰脲酸酯包裹在聚苯乙烯颗粒的表面，发泡后得到改性聚苯乙烯保温材料。聚异氰脲酸酯具有较高的阻燃性能，提高了改性聚苯乙烯保温材料的防火性能，降低了改性聚苯乙烯保温材料的导热系数，提高了材料的保温性能；聚异氰脲酸酯还增加了聚苯乙烯颗粒间的粘结力，提高了得到的改性聚苯乙烯保温材料的强度。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种改性聚苯乙烯保温材料及其制备方法。
背景技术
外墙外保温系统由保温层、保护层和固定材料（胶粘剂、锚固件等）构成并且适用于安装在外墙表面的非承重保温构造总称。外墙外保温可以减轻冷桥的影响，同时保护主体墙材不受多大的温度变性应力，在建筑节能方面做出了巨大的贡献，是目前我国建筑墙体节能中应用最为广泛的节能技术措施，也是目前国家大力倡导的保温做法。
目前，应用于我国的外墙外保温系统主要有以下几种形式：膨胀聚苯乙烯板（EPS）薄抹灰墙外保温系统、大模内置（有网、无网）外墙外保温系统、胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统、聚氨酯（喷涂、板材）外墙外保温系统、挤塑板（XPS）外墙外保温系统等。其中EPS板以价格低廉、施工简单等优点占据保温市场的很大份额。
PS泡沫塑料属易燃材料，其极限氧指数仅为10%，遇火后分解产生苯乙烯单体、苯乙烯二聚体及碳氢化合物（如苯、低烷基苯和少量含氧芳香化合物等），具有较好的热值。PS泡沫塑料燃烧时易产生带明火的熔融滴落，能够引燃其他易燃物，即便移走火源仍能持续燃烧，因此在堆放及建筑施工过程中易发生火灾。由于近年来多起建筑保温火灾事件的发生，引起了各界对保温防火的思考，保温材料的防火性能引起了业内各界的高度重视。随着国家对外墙保温系统阻燃性的要求越来越高，市面上也随之出现了“B1级EPS板”。但是这种EPS板仅仅是将阻燃剂和聚苯颗粒相熔融后再制成颗粒发泡模塑成型，极大降低了EPS板的强度和吸水率等性能，同时其导热系数高达0.040w/m.k，不利于EPS板的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性聚苯乙烯保温材料及其制备方法，本发明提供的改性聚苯乙烯具有较高的阻燃性能，较低的导热系数，且具有较高的强度和尺寸稳定性。
本发明提供了一种改性聚苯乙烯保温材料，包括聚苯乙烯、聚异氰脲酸酯和发泡剂；
所述聚苯乙烯与聚异氰脲酸酯的质量比为（1～10）:1；
所述发泡剂与聚苯乙烯的质量比为（4%～10%）:1。
优选的，所述聚异氰脲酸酯由异氰酸酯和组合聚醚反应得到。
优选的，所述异氰酸酯在25℃的粘度为100mpa.s～1000mpa.s。
优选的，所述组合聚醚在25℃的粘度为1000mpa.s～3000mpa.s；
所述组合聚醚的羟值为300mg KOH/g～500mg KOH/g。
本发明提供了一种改性聚苯乙烯保温材料的制备方法，包括以下步骤：
a）将预发泡的聚苯乙烯颗粒与聚异氰脲酸酯混合，得到包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯，所述聚苯乙烯与聚异氰脲酸酯的质量比为（1～10）:1；
b）将所述包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯进行膨胀发泡，得到改性聚苯乙烯保温材料。
优选的，所述步骤a）为：
将预发泡的聚苯乙烯颗粒与异氰酸酯和组合聚醚混合反应，得到包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯。
优选的，所述步骤a）中预发泡的聚苯乙烯颗粒按照以下方法制备：
将聚苯乙烯母料与发泡剂混合后进行预发泡，再熟化后得到预发泡的聚苯乙烯颗粒；
所述预发泡的压力为0.1MPa～0.3MPa；
所述预发泡的温度为70℃～90℃；
所述熟化的时间为5h～6h。
优选的，所述发泡剂与所述聚苯乙烯母料的重量比为（4%～10%）:1。
优选的，所述步骤b）中膨胀发泡的压力为0.2MPa～1.0MPa；
所述步骤b）中膨胀发泡的温度为115℃～130℃。
优选的，所述步骤b）中将所述包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯进行发泡后还包括：
将得到的发泡后的聚苯乙烯冷却至80℃～95℃，再进行抽真空至70℃～85℃，得到改性聚苯乙烯保温材料。
本发明提供了一种改性聚苯乙烯保温材料，包括聚苯乙烯、聚异氰脲酸酯和发泡剂；所述聚苯乙烯与聚异氰脲酸酯的质量比为（1～10）:1；所述发泡剂与聚苯乙烯的质量比为（4%～10%）:1。本发明提供的改性聚苯乙烯保温材料中包括聚异氰脲酸酯，所述聚异氰脲酸酯包裹在聚苯乙烯颗粒的表面，发泡后得到改性聚苯乙烯保温材料。聚异氰脲酸酯具有较高的阻燃性能，提高了改性聚苯乙烯保温材料的防火性能，降低了改性聚苯乙烯保温材料的导热系数，提高了材料的保温性能；聚异氰脲酸酯还增加了聚苯乙烯颗粒间的粘结力，提高了得到的改性聚苯乙烯保温材料的强度。而且，聚异氰脲酸酯包裹在聚苯乙烯颗粒的表面，阻止了聚苯乙烯颗粒遇火燃烧、熔融、滴落的现象的发生，是一种绿色环保的材料。本发明实验结果表明，本发明提供的改性聚苯乙烯保温材料达到B1级防火等级，导热系数≤0.030w/m.k，压缩强度可达0.18MPa，垂直于板面方向的抗拉强度可达0.13MPa。
具体实施方式
本发明提供了一种改性聚苯乙烯保温材料，包括聚苯乙烯、聚异氰脲酸酯和发泡剂；
所述聚苯乙烯与聚异氰脲酸酯的质量比为（1～10）:1；
所述发泡剂与聚苯乙烯的质量比为（4%～10%）:1。
本发明提供的改性聚苯乙烯保温材料包括聚异氰脲酸酯，所述聚异氰脲酸酯包裹在聚苯乙烯颗粒的表面，增加了聚苯乙烯颗粒间的粘结力，极大的提高了聚苯乙烯保温材料的强度。且聚异氰脲酸酯对聚苯乙烯的改性还能够提高聚苯乙烯保温材料的防火性能，降低聚苯乙烯保温材料的导热系数。
本发明提供的改性聚苯乙烯保温材料包括聚苯乙烯，本发明对所述聚苯乙烯的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的聚苯乙烯即可。在本发明中，所述聚苯乙烯优选为可发性聚苯乙烯。
本发明提供的改性聚苯乙烯保温材料包括聚异氰脲酸酯，所述聚苯乙烯与所述聚异氰脲酸酯的质量比为（1～10）:1，优选为（2～8）:1，更优选为（4～7）:1。在本发明中，所述聚异氰脲酸酯优选由异氰酸酯和组合聚醚反应得到。在本发明中，所述异氰酸酯为本领域技术人员熟知的聚异氰脲酸酯黑白料中的黑料，组合聚醚为本领域技术人员熟知的聚异氰脲酸酯黑白料中的白料。本发明对所述异氰酸酯和组合聚醚的来源没有特殊的限制，采用异氰酸酯和组合聚醚的市售商品即可，如可以采用上海亨斯迈化工有限公司出售的型号为S5888的黑料，型号为MR43130的白料；
在本发明中，所述异氰酸酯与组合聚醚的质量比优选为1.5:1～2.5:1，更优选为1.8:1；所述异氰酸酯在25℃的粘度优选为100mpa.s～1000mpa.s，更优选为200mpa.s～800mpa.s，最优选为300mpa.s～600mpa.s；所述异氰酸酯的密度优选为1.2g/cm3～1.22g/cm3；所述组合聚醚在25℃的粘度优选为1000mpa.s～3000mpa.s，更优选为1200mpa.s～2800mpa.s，最优选为1500mpa.s～2500mpa.s；所述组合聚醚的羟值优选为300mg KOH/g～500mgKOH/g，更优选为350mg KOH/g～450mg KOH/g；所述组合聚醚的密度优选为1.0g/cm3～1.11g/cm3。
本发明提供了一种改性聚苯乙烯保温材料的制备方法，包括以下步骤：
a）将预发泡的聚苯乙烯颗粒与聚异氰脲酸酯混合，得到包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯；
b）将所述包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯进行膨胀发泡，得到改性聚苯乙烯保温材料。
本发明将预发泡的聚苯乙烯颗粒与聚异氰脲酸酯混合，得到包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯。聚异氰脲酸酯包裹在聚苯乙烯的表面，增强了聚苯乙烯颗粒间的粘结力，从而提高了得到的改性聚苯乙烯保温材料的强度。在本发明中，所述聚苯乙烯与聚异氰脲酸酯的质量比为（1～10）:1，优选为（2～8）:1，更优选为（4～7）:1。
本发明优选将预发泡的聚苯乙烯颗粒与异氰酸酯和组合聚醚混合反应，得到包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯。本发明对所述预发泡的聚苯乙烯颗粒的制备方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的聚苯乙烯发泡的技术方案即可。在本发明中，所述预发泡的聚苯乙烯颗粒优选按照以下方法制备：
将聚苯乙烯母料与发泡剂混合后进行预发泡，再熟化后得到预发泡的聚苯乙烯颗粒；
所述预发泡的压力为0.1MPa～0.3MPa；
所述预发泡的温度为70℃～90℃；
所述熟化的时间为5h～6h。
本发明将聚苯乙烯母料与发泡剂混合后进行预发泡，再熟化后得到预发泡的聚苯乙烯颗粒。在本发明中，所述发泡剂优选为戊烷，可以为正戊烷，也可以为异戊烷；所述发泡剂与所述聚苯乙烯母料的质量比优选为（4%～10%）：1，更优选为（6%～8%）:1。所述预发泡的压力优选为0.1MPa～0.3MPa，更优选为0.2MPa；所述预发泡的温度优选为70℃～90℃，更优选为75℃～85℃。本发明优选将聚苯乙烯母料与发泡剂混合，将得到的混合物料加入到压力为0.1MPa～0.3MPa、温度为70℃～90℃的预发泡机中进行预发泡。本发明对所述预发泡机的型号、来源等没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的预发泡机即可；
完成预发泡后，本发明将得到的预发泡后的物料进行熟化，得到预发泡聚苯乙烯颗粒。本发明对所述熟化的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的熟化的技术方案。在本发明中，所述熟化的时间优选为5h～6h，更优选为5.5h。
得到预发泡的聚苯乙烯颗粒后，本发明优选将所述预发泡的聚苯乙烯颗粒与异氰酸酯和组合聚醚混合反应，得到包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯。在本发明中，所述异氰酸酯和组合聚醚与上述技术方案所述的异氰酸酯和组合聚醚一致，在此不在赘述。在本发明中，所述异氰酸酯和组合聚醚的总质量与所述聚苯乙烯的质量比为（1～10）:1，优选为（2～8）:1，更优选为（4～7）:1。本发明对所述预发泡的聚苯乙烯颗粒与异氰酸酯和组合聚醚混合反应的方法没有特殊的限制，将所述预发泡的聚苯乙烯颗粒与异氰酸酯和组合聚醚在常温下混合均匀，即可在预发泡的聚苯乙烯颗粒的表面包裹上聚异氰脲酸酯。
得到包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯后，本发明将所述包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯进行膨胀发泡，得到改性聚苯乙烯保温材料。在本发明中，所述膨胀发泡的压力优选为0.2MPa～1.0MPa，更优选为0.5MPa～0.8MPa；所述膨胀发泡的温度优选为115℃～130℃，更优选为120℃～125℃。
本发明为了适应不同的建筑需要，制备不同形状的保温材料，优选将得到的包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯置于模具中进行膨胀发泡，本发明对所述模具没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的模具即可。本领域技术人员可以根据需要，选择适合形状的模具。
本发明在完成所述膨胀发泡后，优选将得到的膨胀发泡材料冷却至80℃～95℃，再进行抽真空至70℃～85℃，更优选为75℃～80℃，得到改性聚苯乙烯保温材料。本发明优选将得到的膨胀发泡材料经水冷却，所述冷却的温度更优选为85℃～90℃。本发明对所述抽真空的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的对聚苯乙烯板材抽真空的技术方案即可。
完成对膨胀发泡材料的抽真空后，本发明优选将材料从模具中脱模，然后进行切割，得到改性聚苯乙烯保温材料。本领域技术人员可根据需要的聚苯乙烯板材的大小将得到的脱模后的材料进行切割，本发明对此没有特殊的限制。
本发明提供了一种改性聚苯乙烯保温材料，包括聚苯乙烯、聚异氰脲酸酯和发泡剂；所述聚苯乙烯与聚异氰脲酸酯的质量比为（1～10）:1；所述发泡剂与聚苯乙烯的质量比为（4%～10%）:1。本发明提供的改性聚苯乙烯保温材料中包括聚异氰脲酸酯，所述聚异氰脲酸酯包裹在聚苯乙烯颗粒的表面，发泡后得到改性聚苯乙烯保温材料。聚异氰脲酸酯具有较高的阻燃性能，提高了改性聚苯乙烯保温材料的防火性能，降低了改性聚苯乙烯保温材料的导热系数，提高了材料的保温性能；聚异氰脲酸酯还增加了聚苯乙烯颗粒间的粘结力，提高了得到的改性聚苯乙烯保温材料的强度。而且，聚异氰脲酸酯包裹在聚苯乙烯颗粒的表面，阻止了聚苯乙烯颗粒遇火燃烧、熔融、滴落的现象的发生，是一种绿色环保的材料。本发明实验结果表明，本发明提供的改性聚苯乙烯保温材料达到B1级防火等级，导热系数≤0.030w/m.k，压缩强度可达0.18MPa，垂直于板面方向的抗拉强度可达0.13MPa。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的改性聚苯乙烯保温材料及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
在下述实施例中，聚异氰脲酸酯黑白料采购于上海亨斯迈化工有限公司，黑料异氰酸酯的型号：S5888，白料组合聚醚的型号：MR43130。
实施例1
将100g可挥发性聚苯乙烯颗粒和4g正戊烷加入到压力为0.1MPa、温度为70℃的预发机内进行预发泡，熟化5h后得到预发泡聚苯乙烯颗粒；
再将40g黑白料质量比为1.8:1的聚异氰脲酸酯黑白料与得到的预发泡聚苯乙烯颗粒混合均匀，使聚异氰脲酸酯料包裹在预发泡聚苯乙烯颗粒的表面；
将包裹有聚异氰脲酸酯的预发泡聚苯乙烯颗粒加入压力为0.2MPa、温度为115℃的模具中进行膨胀发泡，然后经水冷却至90℃，再抽真空至温度80℃，脱模然后切割，得聚异氰脲酸酯改性EPS板材。
本发明按照标准号为GB/T25997-2010的国家标准《绝热用聚异氰脲酸酯制品》中记载的方法对得到的EPS板材的密度、压缩强度、垂直于板面方向的抗拉强度、导热系数和尺寸稳定性进行了检测，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例得到的性能测试结果。
实施例2
将100g可发性聚苯乙烯颗粒和10g异戊烷加入到压力为0.3MPa、温度为90℃的预发机内进行预发泡，熟化6h后得到预发泡聚苯乙烯颗粒；
再将30g黑白料质量比为1.5:1的聚异氰脲酸酯黑白料与预发泡聚苯乙烯颗粒混合均匀，使聚异氰脲酸酯料包裹在预发泡聚苯乙烯颗粒的表面；
将包裹有聚异氰脲酸酯的预发泡聚苯乙烯颗粒加入压力为1.0MPa、温度为130℃的模具中进行膨胀发泡，然后经水冷却至90℃，再抽真空至温度80℃，脱模然后切割，得聚异氰脲酸酯改性EPS板材。
本发明按照标准号为GB/T25997-2010的国家标准《绝热用聚异氰脲酸酯制品》中记载的方法对得到的EPS板材的密度、压缩强度、垂直于板面方向的抗拉强度、导热系数和尺寸稳定性进行了检测，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例得到的性能测试结果。
实施例3
将100g可发性聚苯乙烯颗粒与6g正戊烷加入到压力为0.2MPa、温度为80℃的预发机内进行预发泡，熟化5.5h后得到预发泡聚苯乙烯颗粒；
再将20g黑白料质量比为2.5:1的聚异氰脲酸酯黑白料与预发泡聚苯乙烯颗粒混合均匀，使聚异氰脲酸酯料包裹在预发泡聚苯乙烯颗粒的表面；
将包裹有聚异氰脲酸酯的预发泡聚苯乙烯颗粒加入压力为0.5MPa、温度为125℃的模具中进行膨胀发泡，然后经水冷却至90℃，再抽真空至温度80℃，脱模然后切割，得聚异氰脲酸酯改性EPS板材。
本发明按照标准号为GB/T25997-2010的国家标准《绝热用聚异氰脲酸酯制品》中记载的方法对得到的EPS板材的密度、压缩强度、垂直于板面方向的抗拉强度、导热系数和尺寸稳定性进行了检测，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例得到的性能测试结果。
比较例
将100g可发性聚苯乙烯颗粒和10g异戊烷加入到压力为0.3MPa、温度为90℃的预发机内进行预发泡，熟化6h后得到预发泡聚苯乙烯颗粒；
将得到的预发泡聚苯乙烯颗粒加入到压力为1.0MPa、温度为130℃的模具中进行膨胀发泡，然后经水冷却至90℃，再抽真空至温度80℃，脱模然后切割，得EPS板材。
本发明按照标准号为GB/T25997-2010的国家标准《绝热用聚异氰脲酸酯制品》中记载的方法对得到的EPS板材的密度、压缩强度、垂直于板面方向的抗拉强度、导热系数和尺寸稳定性进行了检测，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例得到的性能测试结果。
表1本发明实施例和比较例得到的性能测试结果
由表1可以看出，本发明提供的改性聚苯乙烯保温材料具有较高的强度、较低的导热系数和较高的稳定性。
由以上实施例可知，本发明提供了一种改性聚苯乙烯保温材料，包括聚苯乙烯、聚异氰脲酸酯和发泡剂；所述聚苯乙烯与聚异氰脲酸酯的质量比为（1～10）:1；所述发泡剂与聚苯乙烯的质量比为（4%～10%）:1。本发明提供的改性聚苯乙烯保温材料中包括聚异氰脲酸酯，所述聚异氰脲酸酯包裹在聚苯乙烯颗粒的表面，发泡后得到改性聚苯乙烯保温材料。聚异氰脲酸酯具有较高的阻燃性能，提高了改性聚苯乙烯保温材料的防火性能，降低了改性聚苯乙烯保温材料的导热系数，提高了材料的保温性能；聚异氰脲酸酯还增加了聚苯乙烯颗粒间的粘结力，提高了得到的改性聚苯乙烯保温材料的强度。而且，聚异氰脲酸酯包裹在聚苯乙烯颗粒的表面，阻止了聚苯乙烯颗粒遇火燃烧、熔融、滴落的现象的发生，是一种绿色环保的材料。本发明实验结果表明，本发明提供的改性聚苯乙烯保温材料达到B1级防火等级，导热系数≤0.030w/m.k，压缩强度可达0.18MPa，垂直于板面方向的抗拉强度可达0.13MPa。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种改性聚苯乙烯保温材料，包括聚苯乙烯、聚异氰脲酸酯和发泡剂；
所述聚苯乙烯与聚异氰脲酸酯的质量比为（1～10）:1；
所述发泡剂与聚苯乙烯的质量比为（4%～10%）:1。
2.根据权利要求1所述的改性聚苯乙烯保温材料，其特征在于，所述聚异氰脲酸酯由异氰酸酯和组合聚醚反应得到。
3.根据权利要求2所述的改性聚苯乙烯保温材料，其特征在于，所述异氰酸酯在25℃的粘度为100mpa.s～1000mpa.s。
4.根据权利要求2所述的改性聚苯乙烯保温材料，其特征在于，所述组合聚醚在25℃的粘度为1000mpa.s～3000mpa.s；
所述组合聚醚的羟值为300mg KOH/g～500mg KOH/g。
5.一种改性聚苯乙烯保温材料的制备方法，包括以下步骤：
a）将预发泡的聚苯乙烯颗粒与聚异氰脲酸酯混合，得到包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯，所述聚苯乙烯与聚异氰脲酸酯的质量比为（1～10）:1；
b）将所述包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯进行膨胀发泡，得到改性聚苯乙烯保温材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a）为：
将预发泡的聚苯乙烯颗粒与异氰酸酯和组合聚醚混合反应，得到包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a）中预发泡的聚苯乙烯颗粒按照以下方法制备：
将聚苯乙烯母料与发泡剂混合后进行预发泡，再熟化后得到预发泡的聚苯乙烯颗粒；
所述预发泡的压力为0.1MPa～0.3MPa；
所述预发泡的温度为70℃～90℃；
所述熟化的时间为5h～6h。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述发泡剂与所述聚苯乙烯母料的重量比为（4%～10%）:1。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b）中膨胀发泡的压力为0.2MPa～1.0MPa；
所述步骤b）中膨胀发泡的温度为115℃～130℃。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b）中将所述包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯进行发泡后还包括：
将得到的发泡后的聚苯乙烯冷却至80℃～95℃，再进行抽真空至70℃～85℃，得到改性聚苯乙烯保温材料。
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| CN103172940B (zh) | 2015-11-25 |
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