CN104086913B

CN104086913B - 难燃eps泡沫保温板材的制备方法及其板材

Info

Publication number: CN104086913B
Application number: CN201410379339.7A
Authority: CN
Inventors: 李碧英; 张泽江; 兰彬; 李风; 朱剑; 屈文良; 刘松林; 张文骞; 曾绪斌; 文桂英; 张寒
Original assignee: Sichuan Fire Research Institute of Ministry of Public Security
Current assignee: Sichuan Fire Research Institute of Emergency Management Department
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2014-08-04
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2034-08-04
Also published as: CN104086913A

Abstract

本发明公开了一种难燃EPS泡沫保温板材的制备方法及保温板材，该方法包括如下步骤：1)制备阻燃EPS预发料颗粒；2)制备阻燃EPS泡沫板材；3)对阻燃EPS泡沫板材进行包覆改性；其中，所述包覆改性是所述包覆改性是先将防火胶黏剂在0.3～1.0MPa的高压下加入到放置有阻燃EPS泡沫板材的苯板改性设备中，然后在0.01～0.08MPa的压力下静置10秒～10分钟，使得防火胶黏剂穿透入阻燃EPS泡沫板材内而达到包覆改性的目的；4)烘干固化成型。本发明的难燃EPS泡沫保温板材的导热系数低于0.055w/m·k，比重可达到150Kg/M³以下，抗压强度大于150KPa热值小于3MJ/kg。

Description

难燃EPS泡沫保温板材的制备方法及其板材

技术领域

本发明属于消防技术领域，具体涉及一种难燃聚苯乙烯泡沫保温板材的制备方法及由该方法制得的难燃聚苯乙烯泡沫保温板材。

背景技术

建筑保温材料在建筑保温上就起着创造适宜的室内热环境和节约能源有重要作用。在当前外墙保温系统中，普遍采用阻燃型聚苯乙烯(EPS)保温板。它具有容重轻、导热系数低、稳定期长、抗渗透性能好、绝热性能好、施工方便、工程造价低等特点而被广泛应用。

文献号CN102675762A的专利申请公开了一种无卤阻燃聚苯乙烯泡沫材料及其制备方法，以及CN102808461A公开了一种EPS防火保温板。该两文献均是通过在已发泡的EPS泡沫颗粒表面直接包裹无机阻燃胶，再通过蒸汽成型机在一定温度和压力下二次发泡成型而成。而在二次发泡过程中，蒸汽难以穿透无机阻燃胶，很难使聚苯乙烯泡沫二次发泡膨胀，另一方面已包裹无机阻燃胶后的聚苯乙烯泡沫颗粒间粘结性很差，工业化生产很难实现，既浪费了大量蒸汽能源，不满足环保节能生产要求，同时成型后的聚苯乙烯板材的力学强度仅仅取决于无卤阻燃胶的粘合强度，其力学性能很差，很难满足外墙保温材料抗拉拔、抗压缩等力学性能要求。另外该无卤阻燃聚苯乙烯泡沫材料，极限氧指数在31～39.2，存在防火等级不能满足A2级防火要求。

文献号CN102952288A的中国专利申请公开了一种二次中温浸泡高难燃模塑聚苯乙烯保温板的制备方法，其将已经发泡成型的聚苯乙烯泡沫板材浸泡在已配置有渗透剂、阻燃剂、凝结剂、防滴落剂的改性剂溶液中，通过渗透剂的渗透作用将防火剂渗透到聚苯乙烯泡沫板材中。然而该方法难以将防火剂均匀包覆到泡沫颗粒周围，从而难以较大幅度提高聚苯乙烯泡沫板材的防火等级，最后产品不能达到A2级；同时还存在生产周期长，不利于工业化生产等方面的问题。

发明内容

本发明针对专利文献CN102952288A中难以将防火剂均匀包覆到EPS泡沫颗粒周围，从而难以提高聚苯乙烯泡沫板材的防火等级，以及生产周期长的技术问题，目的在于提供一种新的难燃聚苯乙烯泡沫保温板材的制备方法，包括如下步骤：

1)制备阻燃聚苯乙烯预发料颗粒；

2)制备阻燃聚苯乙烯泡沫板材；

3)对阻燃聚苯乙烯泡沫板材进行包覆改性；其中所述包覆改性是先将防火胶黏剂在0.3～1.0MPa的高压下加入到放置有阻燃聚苯乙烯泡沫板材的苯板改性设备中，然后在0.01～0.08MPa的压力下静置10秒～10分钟，使得防火胶黏剂穿透入阻燃聚苯乙烯泡沫板材内而达到包覆改性的目的；

4)烘干固化成型。

本发明利用在低压下将防火胶黏剂穿透入阻燃聚苯乙烯泡沫板材的内部，有利于防火胶黏剂均匀包覆在EPS颗粒周围，而达到均匀包覆改性的目的。而文献CN102952288A完全是在无外力作用下，通过胶黏剂中渗透剂的自身化学吸附进行渗透，无法渗透入阻燃聚苯乙烯泡沫板材的内部，达不到均匀包覆改性的目的。

步骤3)中，优选地，所述包覆改性是先将防火胶黏剂在0.4～0.8MPa的高压下加入到放置有阻燃聚苯乙烯泡沫板材的苯板改性设备中，然后在0.02～0.06MPa的压力下静置20秒～7分钟。

优选地，首先将聚苯乙烯泡沫板材置于苯板改性设备中，然后将配置好的防火胶黏剂在0.4～0.8MPa的高压下加入到放置阻燃聚苯乙烯泡沫板材的苯板改性设备中，随后在0.02～0.06MPa压力下静置20秒～7分钟，使得防火胶黏剂穿透入聚苯乙烯泡沫板材中，从而达到改性包覆目的。

步骤3)中，所述的防火胶黏剂包括：耐高温粘合剂100份、阻燃剂10～70份，阻燃协效剂0.5～50份，强度增强剂5～50份、固化改性剂0.01～2.0份、防水改性剂0.05～20.0份、分散助剂0.01～0.5份和/或增稠保水剂0.01～0.5份、渗透剂0.01～0.5份、消泡剂0.01～0.5份。

所述的耐高温粘合剂为固含量20％～50％的水溶液，具体可选自硅溶胶、硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、硅酸铵、I型硅酸盐水泥和II型硅酸盐水泥物质组中的一种或多种。耐高温粘合剂可增加EPS泡沫保温板材的耐高温性能，使其在高温下仍能保持较好的力学强度和粘结性能，解决了现有泡沫保温板材在高温下坍塌、掉渣等不足。

所述阻燃剂为氢氧化铝与氢氧化镁的混合物，其配合比例为任意比。

所述阻燃协效剂选自硼酸锌、微胶囊化红磷、三氧化二锑、聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺、氯化石蜡、六溴十二烷、十溴二苯乙烷、纳米蒙脱土、分子筛、活性白土和高岭土物质组中的两种或多种。

本发明阻燃剂及阻燃协效剂的添加，使聚苯乙烯泡沫保温板材集多种阻燃机理于一体，从而较好的发挥了阻燃剂的协同阻燃作用，一方面抑制了可燃物质的进一步燃烧分解，另一方面通过阻燃剂氢氧化铝和氢氧化镁的大量分解吸热，显著降低了聚苯乙烯泡沫保温板材的总发热量，从而使本发明聚苯乙烯泡沫保温板材满足A2级防火等级要求。阻燃剂及阻燃协效剂既发挥了阻燃剂间的协同阻燃作用，同时还可以减少阻燃剂及无机增强填料的添加量，致使本发明难燃聚苯乙烯泡沫保温板保持了传统聚苯乙烯泡沫保温板材导热系数低、比重低等优良性能。

另外，阻燃剂及协同阻燃剂的添加有助于减少无机填料的加入量，从而使改性后的聚苯乙烯泡沫保温板材在满足A2级防火等级条件下保持较好的比重及较优的导热系数，最后所研制的A2级聚苯乙烯泡沫保温板材比重可达到150Kg/M³以下，抗压强度大于150KPa，导热系数小于0.055w/m·k，较好的克服了传统无机保温板比重大于260Kg/M³，导热系数大于0.063w/m·k等不足。

所述强度增强剂选自石英砂、硅微粉、碳酸钙、滑石粉、石膏粉、氮化硼、莫来石、珍珠岩、碳化硅和氧化铝物质组中的两种或多种。强度增强剂的添加有助于协助高温下聚苯乙烯泡沫保温板材不致产生过大热力而破坏粘结，同时还降低了防火胶黏剂固化时的收缩率，从而防止了聚苯乙烯泡沫保温板材表面开裂等方面问题。

所述固化改性剂选自缩合磷酸铝、二氧化硅、氟硅酸钠、氯化铵、氧化锌、醋酸丁酯和硅酸丁酯组物质组中的一种或多种。

所述防水改性剂选自甲基硅醇钠、氧基聚二甲基硅氧烷、苯丙乳液、硅丙乳液、纯丙乳液、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液和硅橡胶物质组中的一种或多种。

所述分散助剂选自聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯(吐温80)、十二烷基苯磺酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯酰胺、失水山梨糖醇单油酸酯(司盘-80)、油酸钠、十八碳烯胺醋酸盐和聚乙二醇型多元醇物质组中的一种或多种。

所述增稠保水剂选自聚丙烯酰胺(PAM)、羧甲基纤维素钠(CMC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟乙基纤维素(HEC)和甲基纤维素物质组中的一种或多种。

分散助剂和/或增稠保水剂的添加一方面有助于防火胶黏剂胶体溶液中阻燃剂及填料的均匀分散，避免了乳液分层，另一方面分散助剂和/或增稠保水剂还有助于吸附胶体溶液中的多余水分，利于胶体溶液在聚苯乙烯泡沫颗粒表面的固化成膜，并避免了胶体固化后皲裂、掉粉等问题，与此同时还保持了聚苯乙烯泡沫保温板材一定的水分，进一步降低了聚苯乙烯泡沫保温板材的热值。

所述渗透剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)、仲辛醇聚氧乙烯醚(JFC-2)、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠(快速渗透剂T)、磺化琥珀酸二辛酯钠盐(OEP-70)和异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯(AEP-98)物质组中的一种或多种。

所述消泡剂为有机乳化硅油、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚或聚氧丙烯。

在本发明中，每100份耐高温粘合剂配成的防火胶黏剂用于5～50份阻燃聚苯乙烯泡沫板材。

步骤1)中，制备阻燃聚苯乙烯预发料颗粒是将可发型聚苯乙烯在0.01～0.4Mpa的蒸汽压力、80～110℃的温度下预发泡10秒～5分钟，然后干燥熟化2～48小时，得到阻燃聚苯乙烯预发料颗粒。

步骤2)中，制备阻燃聚苯乙烯泡沫板材是将步骤1)得到的阻燃聚苯乙烯预发料颗粒，在0.05～0.6Mpa的蒸汽压力下，预热2～10分钟，然后蒸汽穿透2～15次优选3～10次制成阻燃聚苯乙烯泡沫板材。泡沫蒸汽成型，可以使得EPS泡沫保温板材力学性能不需完全由防火胶黏剂粘结成型，可有效减少防火胶黏剂的添加量，并同时较好地保持了EPS泡沫保温板材的导热系数低、抗拉拔性能、抗压缩性能优良等性能。

步骤4)中，所述烘干固化成型是在40～80℃温度下烘干5～48小时。

本发明的另一目的在于提供由本发明所述的方法制得的难燃聚苯乙烯泡沫保温板材。

本发明中，所述的份均指重量份。

本发明的优点在于：

1)本发明的制备方法简单可行，利于工业化生产。本发明仅需要在传统阻燃EPS泡沫保温板材的生产基础上增加一套苯板改性设备即可，设备投入少，且生产周期短，有利于工业化推广应用。

2)本发明通过高压加料、低压穿透方式，将防火胶粘剂穿透入EPS泡沫板材的内部，并包覆在已成型的EPS泡沫颗粒周围，从而达到聚苯乙烯泡沫均匀包覆改性的目的。通过该方法，既可以提高聚苯乙烯泡沫保温板材的防火性能，最后可达到A2级防火等级，同时聚苯乙烯泡沫板材由于本身已通过蒸汽成型，已具有一定的力学强度，当通过低压穿透防火胶黏剂固化后，防火胶黏剂会进一步增强聚苯乙烯泡沫板材的力学强度，最后所研制的A2级聚苯乙烯泡沫保温板材的抗压强度大于150KPa。同时还将大量防火剂包裹在泡沫颗粒周围，显著增强了聚苯乙烯泡沫保温板材的防火性能及耐老化性能。

3)本发明难燃聚苯乙烯泡沫保温板材较好的克服了传统挤塑成型聚苯乙烯保温板材的成型周期长、易脆化、易粉化、易掉渣、抗拉拔性能差等问题，同时还较好的克服了传统无机保温板保温性能差、比重大等不足。较好的满足了目前外墙保温材料的安全、节能、防火需求。

4)本发明的难燃聚苯乙烯泡沫保温板材的导热系数低于0.055w/m·k，比重可达到150Kg/M³以下，抗压强度大于150KPa，热值小于3MJ/kg，满足了GB8624-2012建筑材料燃烧性能分级A2级难燃等级要求。

具体实施方式

实施例1～5以及对比实施例1～2

步骤1)制备阻燃聚苯乙烯预发料颗粒

将阻燃可发型聚苯乙烯投入到预发料机中，控制蒸汽压力P₁Mpa、温度T₁℃，预发泡t₁₁分钟得到阻燃型可发聚苯乙烯，干燥熟化t₁₂小时，得到阻燃聚苯乙烯预发料颗粒。

步骤2)制备阻燃聚苯乙烯泡沫板材

将m份阻燃聚苯乙烯预发料颗粒吸入到蒸汽成型机中，在P₂Mpa的蒸汽压力下，预热t₂分钟，蒸汽穿透n次制备得到阻燃聚苯乙烯泡沫板材。

步骤(3)包覆改性

将阻燃聚苯乙烯泡沫板材置于苯板改性设备中，然后将表2中配方的防火胶黏剂在P₃MPa的高压下加入到放置有阻燃聚苯乙烯泡沫板材的苯板改性设备中，随后在P₄MPa压力下静置时间t₃，使防火胶黏剂穿透入阻燃聚苯乙烯泡沫板材，从而进行包覆改性。

步骤4)烘干固化成型

于T₄℃烘干t₄小时固化成型，得到难燃EPS泡沫保温板材。

表1难燃EPS泡沫保温板材的制备工艺参数

表2防火胶黏剂配方

将上述物质按重量份称量后充分搅拌分散均匀，得到防火胶黏剂。

将得到的难燃EPS泡沫保温板材的性能进行测试，如表3所示。

表3难燃EPS泡沫保温板材的性能参数

导热系数低于0.055w/m·k，比重可达到150Kg/M³以下，抗压强度大于150KPa，热值小于3MJ/kg，达到GB8624-2012建筑材料燃烧性能分级A2级难燃等级要求。

对比实施例1中由于未采用本发明的防火胶黏剂，而是仅通过大量添加无机填料来稀释阻燃聚苯乙烯泡沫保温板材的热值，一方面既增加了板材的比重，另一方面导热系数也随大量无机材料的添加而增大。而本发明防火胶黏剂的阻燃协同配方既可以稀释聚苯乙烯泡沫保温板材本身的热值，同时还可以通过阻燃剂本身的分解吸热来抵消热值，从而使本发明的阻燃聚苯乙烯泡沫保温板材在较低的比重下就能达到A2级热值小于3MJ/kg要求，导热系数也由于无机填料添加量少而相对较低。

对比实施例2由于未采用高压加入、低压穿透技术，使得防火胶黏剂仅在阻燃聚苯乙烯泡沫板材表面，而不能穿透已经发泡成型的阻燃聚苯乙烯泡沫板材的内部，内部阻燃EPS泡沫颗粒表面无法进行均匀的无机包覆改性，由此使得制备的阻燃EPS泡沫保温板材比重轻，热值也相对较大。

对比实施例3

步骤1)制备阻燃聚苯乙烯预发料颗粒

将阻燃可发型聚苯乙烯投入到预发料机中，控制蒸汽压力至0.25Mpa、温度85℃，预发泡3分钟得到阻燃型可发聚苯乙烯，干燥熟化5小时，得到阻燃聚苯乙烯预发料颗粒。

步骤2)包覆改性

将50份阻燃聚苯乙烯预发料颗粒投入到100份配方同实施例5的防火胶黏剂中充分混合均匀，使防火胶黏剂均匀包覆在EPS预发料颗粒表面，并在80℃下鼓风干燥10小时。

步骤3)制备聚苯乙烯泡沫保温板材

将包覆并干燥后的聚苯乙烯预发料颗粒吸入到蒸汽成型机中，在1.2Mpa蒸汽压力下预热8分钟，蒸汽穿透12次制成阻燃聚苯乙烯泡沫保温板材。结果EPS保温板材呈松散状，无法粘结成型。

Claims

1.一种难燃聚苯乙烯泡沫保温板材的制备方法，包括如下步骤：

1)制备阻燃聚苯乙烯预发料颗粒；

2)制备阻燃聚苯乙烯泡沫板材；

4)烘干固化成型；

其中，步骤3)中，所述的防火胶黏剂包括：耐高温粘合剂100份、阻燃剂10～70份，阻燃协效剂0.5～50份，强度增强剂5～50份、固化改性剂0.01～2.0份、防水改性剂0.05～20.0份、分散助剂0.01～0.5份和/或增稠保水剂0.01～0.5份、渗透剂0.01～0.5份、消泡剂0.01～0.5份；

所述的耐高温粘合剂为固含量20％～50％的水溶液，具体选自硅溶胶、硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、硅酸铵、I型硅酸盐水泥和II型硅酸盐水泥物质组中的一种或多种；

所述阻燃剂为氢氧化铝与氢氧化镁的混合物；

所述阻燃协效剂选自硼酸锌、微胶囊化红磷、三氧化二锑、聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺、氯化石蜡、六溴十二烷、十溴二苯乙烷、纳米蒙脱土、分子筛、活性白土和高岭土物质组中的两种或多种；

所述强度增强剂选自石英砂、硅微粉、碳酸钙、滑石粉、石膏粉、氮化硼、莫来石、珍珠岩、碳化硅和氧化铝物质组中的两种或多种；

所述固化改性剂选自缩合磷酸铝、二氧化硅、氟硅酸钠、氯化铵、氧化锌、醋酸丁酯和硅酸丁酯物质组中的一种或多种；

所述防水改性剂选自甲基硅醇钠、氧基聚二甲基硅氧烷、苯丙乳液、硅丙乳液、纯丙乳液、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液和硅橡胶物质组中的一种或多种；

所述分散助剂选自聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯、十二烷基苯磺酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯酰胺、失水山梨糖醇单油酸酯、油酸钠、十八碳烯胺醋酸盐和聚乙二醇型多元醇物质组中的一种或多种；

所述增稠保水剂选自聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素和甲基纤维素物质组中的一种或多种；

所述渗透剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、仲辛醇聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、磺化琥珀酸二辛酯钠盐和异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯物质组中的一种或多种；

所述消泡剂为有机乳化硅油、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚或聚氧丙烯物质组中的一种。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3)中，所述包覆改性是先将防火胶黏剂在0.4～0.8MPa的高压下加入到放置有阻燃聚苯乙烯泡沫板材的苯板改性设备中，然后在0.02～0.06MPa压力下静置20秒～7分钟。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：每100份耐高温粘合剂配成的防火胶黏剂用于5～50份阻燃聚苯乙烯泡沫板材。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中，制备阻燃聚苯乙烯预发料颗粒是将可发型聚苯乙烯在0.01～0.4Mpa的蒸汽压力、80～110℃的温度下预发泡10秒～5分钟，然后干燥熟化2～48小时，得到阻燃聚苯乙烯预发料颗粒。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)中，制备阻燃聚苯乙烯泡沫板材是将步骤1)得到的阻燃聚苯乙烯预发料颗粒，在0.05～0.6Mpa的蒸汽压力下，预热2～10分钟，然后蒸汽穿透2～15次优选3～10次制成阻燃聚苯乙烯泡沫板材。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4)中，所述烘干固化成型是在40～80℃温度下烘干5～48小时。

7.由权利要求1所述的方法制得的难燃聚苯乙烯泡沫保温板材。