CN103923339A - 阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒及其制备方法，该颗粒以重量份计主要由40~80份可发性聚苯乙烯颗粒、20~60份无机包覆材料、和2-10份阻燃剂组成，其中，所述无机包覆材料为硅溶胶、钠水玻璃和钾水玻璃中的一种或一种以上，硅溶胶浓度可以为20-60%，若使用水玻璃，其模数可以为2-4，浓度在10-50%之间。本发明的阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒制备工艺简单、成本低廉，能较好地解决聚苯乙烯泡沫材料易燃、易滴落的问题。

Description

阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及防火型保温材料及其制备方法。

背景技术

聚苯乙烯泡沫板因具有吸水率低、质轻、机械强度高、价格低廉等特点而被广泛应用于保温隔热，现阶段已成为全球使用量最大的外墙保温材料。

但是，一般的聚苯乙烯泡沫板都属于易燃材料，且燃烧时易熔融滴落，并产生大量有毒浓烟，给消防安全带来极大的隐患。目前，聚苯乙烯泡沫塑料的阻燃方法主要有以下几类：1.采用添加阻燃剂的方法。此种方法简单直接，但并不能有效解决防火问题。2.将阻燃单体与苯乙烯共聚得到本质阻燃的聚苯乙烯。此种方法工艺复杂，多数仅停留在科学研究阶段。3.采用热固性阻燃树脂对颗粒进行涂覆的方法，但该种方法成本较高。

CN1556056公开一种水泥聚苯隔热保温复合材料，它主要包括硅酸盐水泥4～ 8(份)、聚苯乙烯泡沫塑料0.8～1(份)、和适量水泥添加剂。该材料中因加入了减水剂、扩散剂、海泡石增强剂及粘合剂，提高了隔热保温和防水性能，但是该材料主题部分是水泥材料，其保温性能还有待加强。

CN102977402A披露一种包覆型无卤阻燃发泡聚苯乙烯的制备方法，其将聚乙烯醇和磷酸三钙加到去离子水中混合均匀后得到混合液A，然后将聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐或PNP膨胀阻燃剂加入到苯乙烯中，再加入过氧化苯甲酰得到混合液B，将混合液B加入到混合液A中反应，加入发泡剂，再反应，得到无卤阻燃可发性聚苯乙烯粒子，然后将制备的粒子置于含有少量碱金属硅酸盐水溶液和抑烟剂的酚醛树脂或密胺树脂粘结剂中进行包覆，最终制得包覆型无卤阻燃可发性聚苯乙烯粒子。该材料以有机材料作为包覆剂，一定程度上抑制了燃烧时烟雾的产生，但是依然具有易燃性。

CN101943308A公开一种带有防火层的保温板，包括：聚苯乙烯泡沫板或聚氨脂泡沫板或酚醛泡沫板，防火复合层，聚苯乙烯泡沫板或聚氨脂泡沫板或酚醛泡沫板表面粘接膨胀珍珠岩或膨胀蛭石或玻化微珠或硅藻土防火复合层。这种保温板仅防火层防火，而芯材依然高度易燃。

CN102219460A公开了一种有机无机复合保温材料，是一种以有机材料为骨料，无机材料为粘结剂，经过混合搅拌、在常温下模压成型或高温挤塑成型而成的复合材料，二者的重量份数比例为：有机材料∶无机材料＝5～25∶75～95。其中有机材料是聚苯乙烯泡沫或聚氯乙烯泡沫或聚氨酯泡沫；无机材料是铝硅酸盐地质聚合物材料。同样地，该材料大部分是无机材料，难以满足防火材料轻质的期望，另外，导热系数相对较高，容重较大，给施工带来了一定难度。

CN102807683和CN102863706也公开了两种聚苯乙烯泡沫材料，其以不易燃的树脂包覆可发性聚苯乙烯颗粒制成板材，这种以有机树脂包覆的产品虽然降低了可燃性，但是降低的程度很有限。

发明内容

为寻找一种工艺简单、成本低廉，能较好地解决聚苯乙烯泡沫阻燃问题的方法，本发明提出一种阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒。

具体而言，本发明的阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒以重量份计主要由40~80份可发性聚苯乙烯颗粒、20~60份无机包覆材料、和2-10份阻燃剂组成，其中，所述无机包覆材料为硅溶胶、钠水玻璃和钾水玻璃中的一种或一种以上，硅溶胶浓度可以为20-60%，若使用水玻璃，其模数可以为2-4，浓度在10-50%之间。

该阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒优选以重量份计主要由下述组分组成：可发性聚苯乙烯颗粒50~60份；无机包覆材料30~40份；阻燃剂5-10份。

优选地，该包覆型聚苯乙烯预发颗粒进一步包含优选为5~20份的粘结树脂。该粘结树脂优选是酚醛树脂和脲醛树脂中的一种或一种以上，酚醛树脂粘度500-6000mPa·s ，脲醛树脂粘度100-5000mPa·s 。更优选包含10-15份的粘结树脂。

用于本发明的阻燃剂为可膨胀石墨、微胶囊化红磷、氢氧化铝/镁、磷酸酯、六溴环十二烷中的一种或一种以上。

本发明的阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒从根本解决了易燃、熔融滴落等问题。

本发明还涉及上述 阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒的制备方法，包括如下步骤：

（1）将可发性聚苯乙烯颗粒预发泡后得到聚苯乙烯珠粒；

（2）将无机覆面包裹材料、阻燃剂及可选的助剂混合均匀后得到混合后得到料浆；

（3）将所述料浆倒入聚苯乙烯珠粒，搅拌，直至将珠粒全部包覆均匀；

（4）将包覆后珠粒熟化、干燥、分散后得到所述阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒。

步骤（1）中，可发性聚苯乙烯可以被预发成直径为2-8mm的颗粒，优选预发成4-6mm的颗粒，采用该粒径，在可发性聚苯乙烯颗粒每50~60份引入30~40份无机覆面包裹材料的情况下，预发珠粒的包覆层厚度在0.3-0.5mm之间，该厚度可以很好地阻止被包覆材料的燃烧，而且，内核与外壳的相对比又获得很好的保温性能。

在步骤（3）中，一般而言，包覆厚度可以在0.05-0.5mm。如上所述，优选的厚度是0.3-0.5mm之间。

在步骤（4）中，熟化时间可以在2-30min，熟化温度为50-120℃。

具体实施方式

发明人发现，在聚苯乙烯预发颗粒包覆料中引入选自硅溶胶、钠水玻璃和钾水玻璃的无机胶粘剂作为无机包覆材料，可以大大降低所得材料的可燃性，即使聚苯乙烯在材料中占比较大，占总重的40~70%，在通常的着火条件下也不易燃、不滴落。作为本发明的一般适用范围，该包覆型聚苯乙烯预发颗粒以重量份计包含40~80份可发性聚苯乙烯颗粒、20~60份的上述无机包覆材料、2-10份阻燃剂组成。选用该无机包覆材料，还有利于所得材料在使用中的板材成型，使得聚苯乙烯依然可以在蒸汽压力下粘接成型。

在本发明的优选实施方式中，该包覆型聚苯乙烯预发颗粒以重量份计主要包含可发性聚苯乙烯颗粒50~60份、无机包覆材料30~40份；阻燃剂5-10份；以及助剂。.用该比例，聚苯乙烯单元之间的壁厚可以达到0.3mm~0.5mm的范围。

可以对硅溶胶的浓度、水玻璃的模数和浓度加以选择。选择浓度主要是调节包覆料的粘度，使得在常规搅拌条件下具有适宜的流动性，并且方便将无机料包覆在聚苯乙烯珠粒的表面。通常，硅溶胶浓度为20-60%，水玻璃模数为2-4，浓度为10-50%。

还可以在无机包覆材料中引入适量无机填料，例如重晶石、硅粉、漂珠、重钙中的一种或多种。在这种情况下，可以将无机包覆材料与阻燃剂一起调成所谓无机阻燃料浆，通常按照下述配比形成无机阻燃料浆：无机胶粘剂40~80份；无机填料20~80份，优选20-40份；阻燃剂2~20份。然后按40~80份可发性聚苯乙烯颗粒中加入20~60份的比例加入该无机阻燃料浆。

可以用于本发明的阻燃剂包括但不限于可膨胀石墨、微胶囊化红磷、氢氧化铝/镁、磷酸酯、六溴环十二烷。阻燃剂的用量基于上述重量份在2~10份之间，优选为5~10份。

在本发明的另一种实施方式中，包覆材料中进一步引入适量粘结树脂，优选不易燃或者难燃树脂，这些树脂包括酚醛树脂、卤化树脂、聚酯、卤代烯烃树脂（如过氯乙煅树脂）、氨基树脂（ 三聚氰胺树脂、脲醛树脂等）、呋喃树脂、杂环树脂（如聚酰胺-酰亚胺、聚酰亚胺等），这些树脂通常是含有预聚体的混合物，在热作用下可以快速固化。其中优选酚醛树脂和脲醛树脂。酚醛树脂粘度可以在500-6000mPa·s ，脲醛树脂粘度可以在100-5000mPa·s 。即使在同时使用有机粘结树脂的情况下，由于引入了无机包覆材料，所得材料的阻燃优势也相当明显。

在引入粘结树脂的情况下，需要进一步引入固化剂，固化剂的种类要按照树脂类型确定，这对本领域技术人员很容易实现，为高分子领域常规选择，如酚醛树脂固化剂浓硫酸、甲基苯磺酸、硼酸等；脲醛树脂的固化剂稀盐酸、稀硫酸等。表面活性剂如硅油、蓖麻油等。

在使用粘结树脂情况下，一种操作方式是将其与固化剂、部分阻燃剂按下述比例先行混合成有机阻燃料浆：有机胶粘剂70~95份；固化剂3~20份；阻燃剂2~20份。然后将上述无机阻燃性料浆和该有机阻燃料浆按比例取用，加入到聚苯乙烯预发颗粒中。二者的比例可以在1﹕0.1-1之间，优选在1﹕0.1-0.5之间。

制备本发明的包覆型聚苯乙烯预发颗粒包括下面的步骤：

预发泡：选择粒径在0.4-1.8mm之间的聚苯乙烯颗粒料，在0.05MPa-0.6MPa的蒸汽压力下预发泡3-40min，得到2~8mm的珠粒。

包覆：在该步骤中，将无机包覆材料、阻燃剂及可选的助剂混合均匀，得到料浆，然后加入预发泡的聚苯乙烯珠粒，搅拌，直至包覆均匀。

熟化：熟化步骤通常在烘箱中进行，温度控制在50~120℃之间，时间为2~30min，经过熟化处理，对包覆的聚苯颗粒进行干燥，边干燥边分散，防止颗粒间发生团聚。

以下实施例中使用的可发性聚苯乙烯颗粒由东营海容新材料有限公司生产，硅溶胶、钠水玻璃和钾水玻璃均由兴化市康达助剂厂生产，酚醛树脂由山东圣泉化工股份有限公司生产，脲醛树脂由济宁市东方防腐工程技术有限公司生产。

实例1

将普通级E-303型可发性聚苯乙烯颗粒在0.05MPa蒸汽压力下预发30min，得到粒径4-6mm的聚苯乙烯珠粒，计为50份。

将无机阻燃料浆25份，有机阻燃料浆25份，同50份预发的聚苯乙烯珠粒一同倒入混料机混合并涂覆均匀，后放入70℃烘箱熟化20min后取出得到阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒。

将该阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒按正常发泡成型工艺制得聚苯乙烯产品，所得产品遇火无滴落，极限氧指数为28.7%。

实例2

将普通级E-501型可发性聚苯乙烯颗粒在0.2MPa蒸汽压力下预发18min，得到粒径3-5mm的聚苯乙烯珠粒，计为65份。

将模数2.8，浓度15%钠水玻璃10份，2000 mPa·s酚醛树脂20份，氢氧化铝阻燃剂2份，可膨胀石墨阻燃剂3份，与助剂充分搅拌均匀后，同65份预发的聚苯乙烯珠粒一同倒入混料机混合并涂覆均匀，后放入105℃烘箱熟化7min后取出。

将该阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒按正常发泡成型工艺制得聚苯乙烯产品，所得产品遇火无滴落，极限氧指数为26.8%。

实例3

将阻燃级F-302型可发性聚苯乙烯颗粒在0.35MPa蒸汽压力下预发8min，得到粒径2-4mm的聚苯乙烯珠粒，计为45份。

将模数3.1，浓度25%钾水玻璃20份，浓度30%的硅溶胶20份，1000 mPa·s脲醛树脂5份，氢氧化镁阻燃剂5份，磷酸酯阻燃剂5份，与助剂充分搅拌均匀后，同45份预发的聚苯乙烯珠粒一同倒入混料机混合并涂覆均匀，后放入90℃烘箱熟化15min后取出。

将该阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒按正常发泡成型工艺制得聚苯乙烯产品，所得产品遇火无滴落，极限氧指数为29.3%。

比较例1

将阻燃级F-302型可发性聚苯乙烯颗粒在0.35MPa蒸汽压力下预发8min，得到粒径2-4mm的聚苯乙烯珠粒，将该预发颗粒按正常发泡成型工艺制得聚苯乙烯产品，所得产品遇火熔融滴落，极限氧指数为22.2%。

比较例2

将普通级E-501型可发性聚苯乙烯颗粒在0.2MPa蒸汽压力下预发18min，

得到粒径3-5mm的聚苯乙烯珠粒，将该预发颗粒按正常发泡成型工艺制得聚苯乙烯产品，所得产品遇火熔融滴落，极限氧指数为19%。

比较例3

将普通级E-303型可发性聚苯乙烯颗粒在0.05MPa蒸汽压力下预发30min，

得到粒径4-6mm的聚苯乙烯珠粒，将该预发颗粒按正常发泡成型工艺制得聚苯乙烯产品，所得产品遇火熔融滴落，极限氧指数为19%。

Claims (11)

1.一种阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒，其以重量份计主要由下述组分组成：

可发性聚苯乙烯颗粒40~80份；

无机包覆材料20~60份；

阻燃剂2-10份，

其中，所述无机包覆材料为硅溶胶、钠水玻璃和钾水玻璃中的一种或多种。

2.如权利要求1 所述的阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒，其以重量份计主要由下述组分组成：

可发性聚苯乙烯颗粒50~60份；

无机包覆材料30~40份；

阻燃剂5-10份。

3.如权利要求1或2 所述的阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒，其中，在包覆材料中进一步包含粘结树脂。

4.如权利要求3 所述的阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒，其中所述粘结树脂为5-20份。

5.如权利要求3所述的阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒，其中，所述粘结树脂为酚醛树脂或脲醛树脂，酚醛树脂粘度500-6000mPa·s ，脲醛树脂粘度100-5000mPa·s 。

6.如权利要求1 所述的阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒，其中，所述阻燃剂为可膨胀石墨、微胶囊化红磷、氢氧化铝/镁、磷酸酯、六溴环十二烷中的一种或一种以上。

7.如权利要求1所述的阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒的制备方法，包括如下步骤：

（1）将可发性聚苯乙烯颗粒预发泡后得到聚苯乙烯珠粒；

（2）将无机包覆材料、阻燃剂混合均匀后得到混合后得到料浆；

（3）将所述料浆倒入聚苯乙烯珠粒，搅拌，直至将珠粒全部包覆均匀；

（4）将包覆后珠粒熟化、干燥、分散后得到所述阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒。

8.如权利要求7所述的制备方法，其中，步骤（1）中，可发性聚苯乙烯珠粒被预发成直径为4-6mm的颗粒。

9.如权利要求8所述的制备方法，其中，所述阻燃包覆型聚苯乙烯预发颗粒以重量份计主要由下述组分组成：

可发性聚苯乙烯颗粒50~60份；

无机包覆材料30~40份；

阻燃剂5-10份。

10.如权利要求7所述的制备方法，其中，所述步骤（3）中的包覆厚度为0.3-0.5mm。

11.如权利要求7所述的制备方法，其中，所述步骤（4）中的熟化时间为2-30min，熟化温度为50-120℃。