CN105175918B - 一种聚苯乙烯组合物及其制得的隔热复合板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种聚苯乙烯组合物，包括聚苯乙烯珠粒、涂层粘接剂和无机阻燃粘接剂混合而成，其中所述无机阻燃粘接剂包括硅酸盐、氟硅酸盐和阻燃剂。本申请还涉及一种高阻燃发泡苯乙烯聚合物隔热复合板及其应用，制得的隔热阻燃复合板，在提高阻燃性能同时，其机械强度和韧性不下降。
Description
技术领域
本发明涉及保温阻燃领域，具体涉及一种聚苯乙烯组合物，及其制得的阻燃隔热复合板。
背景技术
可膨胀聚苯乙烯(EPS)颗粒是含有物理发泡剂的聚苯乙烯颗粒，该聚合物颗粒经加热预发膨胀并经熟化之后，在模具中加热成型为所需的聚苯乙烯泡沫体，该泡沫体的发泡倍率可以达20-80倍，具有微细闭孔的结构特点。
可膨胀聚苯乙烯(EPS)颗粒发泡制成的泡沫板材由于具有优异持久的保温隔热性，因而在建筑、冷库、冷藏车等保温领域得到了广泛的应用。采用聚苯乙烯泡沫塑料板材的外墙外保温层，实现建筑节能，改善夏热冬冷地区住宅建筑物内的热环境质量，同时提高了能源利用效率。为了施工安装安全，建筑用可膨胀聚苯乙烯泡沫板还需要满足相关的阻燃法规要求。
近年来，为避免火灾导致的生命和财产损失，对建造和建筑中基础材料的增加日益严格的阻燃要求。建筑用可膨胀聚苯乙烯泡沫板必须要满足相关的阻燃法规要求，阻燃等级由低到高分别C，B(含B2和B1)，A级，城市居民建筑可膨胀聚苯乙烯一般需要达到B1等级的阻燃，高层建筑更是需要A级阻燃。
目前在阻燃可膨胀聚苯乙烯领域，按照阻燃剂的类别可分为含卤阻燃产品和无卤阻燃产品两大类，含卤阻燃产品因其阻燃剂在燃烧时所释放的卤素气体具有一定的毒性而面临被限制或减少使用。而无卤阻燃产品大部分采用无机阻燃系列，而因其无机物的填充对可膨胀聚苯乙烯产品物性下降较明显，而难以得到市场推广。即使是标准的B1级的聚苯乙烯泡沫板(EPS或XPS挤塑板)，在高温火焰长时间作用下，也会发生塌缩，整体结构被破坏，同时还会产生熔滴引燃其他物质。
发明内容
对现有技术中的不足，本发明提供了一种聚苯乙烯组合物，利用聚苯乙烯珠粒、涂层粘结剂和无机阻燃粘接剂的组合，使得制得的聚苯乙烯隔热复合板在保证具有良好的阻燃性能的基础上，提供了压缩强度，具有广阔的应用前景。
根据本发明的一个方面，提供了一种聚苯乙烯组合物，包括聚苯乙烯珠粒、涂层粘接剂和无机阻燃粘接剂，其中所述无机阻燃粘接剂包括硅酸盐、氟硅酸盐和阻燃剂,所述聚苯乙烯珠粒为膨胀的和/或可膨胀的聚苯乙烯珠粒。
根据本发明所述的组合物，可膨胀聚苯乙烯珠粒为包含发泡剂并且能够借助于该发泡剂的存在，能够发生膨胀的苯乙烯类混合物，也可以是已经膨胀的聚苯乙烯珠粒，本发明对可膨胀聚苯乙烯珠粒来源没有特别限定，可商购也可按照本领域技术人员熟知的方法进行制备，如悬浮聚合法或挤出法，本发明中可膨胀聚苯乙烯珠粒的阻燃级别为B1，B2或非阻燃级别。
根据本发明所述的组合物，所述的涂层粘合剂具有粘合聚苯乙烯珠粒与无机阻燃粘接剂的作用，涂层粘合剂、聚苯乙烯和无机阻燃粘接剂的组合，各组分之间连接更紧密，提高组合物的力学性能、阻燃性能。
根据本发明的一个实施例，所述的涂层粘合剂包括聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、环氧树脂或溴化环氧树脂中的一种或多种。以聚苯乙烯组合物总重量计，所述的涂层粘接剂的量为0.2-5wt％，优选0.5-1wt％。采用本发明的界面涂层粘合剂，能够将各界面牢固结合，不出现掉粉脱落的工程质量问题。而采用酚醛等作为粘结剂，容易脱落，造成开裂。
根据本发明的一个实施例，所述的硅酸盐优选硅酸钠，所述的氟硅酸盐优选氟硅酸钠，所述的阻燃剂选自红磷、氢氧化铝、氢氧化镁或氧化镁中的一种或多种，优选氢氧化铝或氢氧化镁。
根据本发明的一个具体实施例，可膨胀聚苯乙烯珠粒EPS包含发泡剂并且能够借助于该发泡剂的存在膨胀，可由悬浮聚合法或挤出法生产，可为阻燃B1，B2或非阻燃级别。以聚苯乙烯组合物总重量计，聚苯乙烯珠粒的量为30-65wt％，优选为25-60％，更优选35-50％。在一个具体的实施例中，所述膨胀的聚苯乙烯珠粒或者可膨胀的聚苯乙烯珠粒膨胀后，其密度为5-200kg/m3，优选5-30kg/m3。在另一个优选的实施例中，所述聚苯乙烯珠粒可包含炭黑、石墨等可吸收远红线的添加剂。
根据本发明，采用的无机硅酸盐阻燃粘结剂，其中硅酸盐与氟硅酸盐的复合阻燃剂能够达到A级阻燃效果，。所述的无机阻燃粘接剂的量为20-65wt％，优选35-55wt％。根据本发明的另一个具体实施例，以无机阻燃粘接剂总重量计，所述的阻燃剂的量为1-40wt％，优选10-30wt％，所述的硅酸盐的量为30-60wt％，所述氟硅酸盐的量为5-10wt％。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种阻燃发泡苯乙烯聚合物隔热复合板，由上述的组合物制得。所述组合物中各组分及其含量的限定同上。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种制备阻燃发泡苯乙烯聚合物隔热复合板的方法，利用上述的组合物进行模压制得，具体步骤包括：将所述聚苯乙烯珠粒，依次涂覆所述的涂层粘接剂和无机阻燃粘接剂，然后干燥，在一定温度下进行模压，使得所述珠粒彼此熔接，得到所述阻燃发泡苯乙烯聚合物隔热复合板。
根据本发明，所述组合物中的组分及其含量的限定同上。其中，所述的无机阻燃粘结剂包括硅酸盐、氟硅酸盐以及阻燃剂。在一个优选的实例中，以无机阻燃粘接剂总重量计，所述硅酸盐的量为30-60wt％，所述氟硅酸盐的量为5-10wt％，阻燃剂的量为10-30wt％。
根据本发明所述的方法，所述涂覆的温度为0-100℃，更优选10-75℃，进一步优选15-75℃；和/或，优选模压的温度为80-140℃。
根据本发明，所述聚苯乙烯珠粒为膨胀的和/或可膨胀的聚苯乙烯珠粒。当所述聚苯乙烯珠粒为膨胀的聚苯乙烯珠粒时，其密度为5-200kg/m3，优选5-30kg/m3。当所述聚苯乙烯珠粒为可膨胀的聚苯乙烯珠粒时，所述方法还包括，在涂覆涂层粘结剂之前，将可膨胀的聚乙烯珠粒进行预发泡和熟化的步骤，优选所述的熟化时间为4-48h，和/或所述的预发泡后的聚苯乙烯珠粒的密度为5-200kg/m3，优选5-30kg/m3。
根据本发明的一个具体实施例，所述的阻燃隔热复合板具体按照以下步骤进行制备，所用的聚苯乙烯珠粒为可膨胀的聚苯乙烯珠粒：
(1)将可膨胀聚苯乙烯珠粒放入在预发机中，与蒸汽接触混合进行预膨胀或预发泡的步骤，形成密度为5-200kg/m3的预发泡颗粒，优选5-30kg/m3；
(2)与空气接触，熟化已预发泡的可膨胀聚苯乙烯颗粒，熟化时间为4-48小时，最终使得环境空气和已预发泡的可膨胀聚苯乙烯内部的气压平衡；
(3)在混合机内，分散涂敷涂层粘结剂，之后立即进行无机阻燃粘结剂的涂敷，涂敷过程优选在0-100℃的温度下进行，进一步优选10-75℃，再进一步优选15-75℃，然后干燥所述颗粒；
(4)将已在混合机涂敷后的可膨胀聚苯乙烯颗粒引入模具，并且通过80-140℃的温度蒸汽加热模具，使颗粒彼此熔接，从而制备得到所需密度的隔热复合板。
本发明采用可膨胀聚苯乙烯与涂层粘结剂、阻燃粘接剂的组合，通过使用涂层粘接剂粘接的作用以及硅酸盐与氟硅酸盐复合阻燃剂的作用，最终使得制得的可膨胀聚苯乙烯阻燃板在保证具有良好的阻燃性能的基础上，其力学性能不下降。
根据本发明的另一个方面，还提供了上述阻燃发泡苯乙烯聚合物隔热复合板或上述方法制备的阻燃发泡苯乙烯聚合物隔热复合板在保温阻燃领域当中的应用，根据本发明的阻燃发泡苯乙烯聚合物隔热复合板，不仅具有优良的保温阻燃性能，也具有较高的力学性能，可广泛应用于建筑领域。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但并不构成对本发明的任何限制。
测试和表征：
(1)根据GB8624-2012测定阻燃性能；
(2)根据《绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料》(10801.1—2002)测定压缩强度。
通过常规悬浮聚合制备或挤出法的可膨胀的聚苯乙烯聚合物颗粒。使用蒸汽使所述颗粒预膨胀到具有18kg/m3的表观密度并熟化。
实施例1
将150g如上熟化后的市售常规本色可膨胀聚苯乙烯预发颗粒，与1g市售的I型可室温固化的水性环氧树脂树脂溶液混合，之后再与250g阻燃粘结剂混合(以质量份数比计，硅酸钠：氟硅酸钠：氢氧化镁＝80：10：10)。之后干燥所述混合物后，将该经阻燃涂覆后预发泡珠粒使用标准的可膨胀聚苯乙烯设备和模制条件进行模制(300×300×50mm)。
在泡沫在烘箱中干燥48小时/70℃后，其进一步在50％RH和23℃下调理24小时，之后切成190×90×20mm的试样。
该阻燃板的压缩强度为0.4MPa，阻燃效果为A2，遇到火焰是没有出现明显熔缩，且无滴落。
实施例2
将200g如上熟化后的挤出法制备的可膨胀聚苯乙烯阻燃黑色预发颗粒(含5％炭黑)，与3g市售的II型可室温固化的水性环氧树脂树脂溶液混合，之后在与200g阻燃粘结剂混合(以质量份数比计，硅酸钠：氟硅酸钠：氢氧化铝：红磷＝75：10：10：5)。之后干燥所述混合物后，将该经阻燃涂覆后预发泡珠粒使用标准的可膨胀聚苯乙烯设备和模制条件进行模制(300×300×50mm)。
在泡沫在烘箱中干燥48小时/70℃后，其进一步在50％RH和23℃下调理24小时，之后切成190×90×20mm的试样。
该阻燃板的压缩强度为0.3MPa，阻燃效果为A2，遇到火焰是没有出现明显熔缩，且无滴落。
实施例3
将200g如上熟化后的挤出法制备的可膨胀聚苯乙烯阻燃黑色预发颗粒(含4％石墨)，与3g市售的II型可室温固化的水性环氧树脂树脂溶液混合，之后在与200g阻燃粘结剂混合(以质量份数比计，硅酸钠：氟硅酸钠：氢氧化镁：红磷＝75：10：8：4)。之后干燥所述混合物后，将该经阻燃涂覆后预发泡珠粒使用标准的可膨胀聚苯乙烯设备和模制条件进行模制(300×300×50mm)。
在泡沫在烘箱中干燥48小时/70℃后，其进一步在50％RH和23℃下调理24小时，之后切成190×90×20mm的试样。
该阻燃板的压缩强度为0.3MPa，阻燃效果为A2，遇到火焰是没有出现明显熔缩，且无滴落。
对比例1
将200g如上市售阻燃本色可膨胀聚苯乙烯预发颗粒，预发泡珠子使用标准的可膨胀聚苯乙烯设备和模制条件进行模制(300×300×50mm)。
在泡沫在烘箱中干燥48小时/70℃后，其进一步在50％RH和23℃调理24小时，之后切成190×90×20mm的试样，该板材的导热系数为0.039W/(m.K)。
该阻燃板的压缩强度为0.1MPa，阻燃效果为B1，但遇到火焰时出现明显熔缩，且出现滴落。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (18)
1.一种聚苯乙烯组合物，包括聚苯乙烯珠粒、涂层粘接剂和无机阻燃粘接剂，其中，所述的无机阻燃粘接剂包括硅酸盐、氟硅酸盐和阻燃剂，所述聚苯乙烯珠粒为膨胀的和/或可膨胀的聚苯乙烯珠粒；所述阻燃剂包括红磷、氢氧化铝和氢氧化镁中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述涂层粘接剂包括聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、环氧树脂和溴化环氧树脂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，以聚苯乙烯组合物总重量计，所述的聚苯乙烯珠粒的量为30-65wt％；所述的涂层粘接剂的量为0.1-5wt％；以及所述的无机阻燃粘接剂的量为20-65wt％。
4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，以聚苯乙烯组合物总重量计，所述的聚苯乙烯珠粒的量为35-55wt％；所述的涂层粘接剂的量为0.2-1wt％；以及所述的无机阻燃粘接剂的量为45-65wt％。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的组合物，其特征在于，所述硅酸盐为硅酸钠，和/或所述氟硅酸盐为氟硅酸钠。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的组合物，其特征在于，以所述无机阻燃粘接剂的总重量计，所述硅酸盐占60-90wt％，所述氟硅酸盐占5-20wt％。
7.根据权利要求1-4中任意一项所述的组合物，其特征在于，以所述无机阻燃粘接剂的总重量计，所述硅酸盐占75-80wt％，所述氟硅酸盐占10-15wt％。
8.根据权利要求1-4中任意一项所述的组合物，其特征在于，以无机阻燃粘接剂总重量计，所述的阻燃剂的量为5-20wt％。
9.根据权利要求1-4中任意一项所述的组合物，其特征在于，以无机阻燃粘接剂总重量计，所述的阻燃剂的量为10-15wt％。
10.一种阻燃发泡苯乙烯聚合物隔热复合板，其由权利要求1-9中任意一项所述的组合物制得。
11.一种制备权利要求10所述的阻燃发泡苯乙烯聚合物隔热复合板的方法，利用权利要求1-9中任意一项所述的组合物进行模压制得，具体步骤包括：将所述聚苯乙烯珠粒，依次涂覆所述的涂层粘接剂、无机阻燃粘接剂，干燥，在一定温度下模压而成，使得所述珠粒彼此熔接，得到所述阻燃发泡苯乙烯聚合物隔热复合板，所述的无机阻燃粘接剂包括硅酸盐、氟硅酸盐和阻燃剂。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述涂覆过程在0-100℃下进行或所述模压的温度为80-140℃。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述涂覆过程在10-75℃下进行。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述涂覆过程在15-75℃下进行。
15.根据权利要求11-14中任意一项所述的方法，其特征在于，所述聚苯乙烯珠粒为膨胀的和/或可膨胀的聚苯乙烯珠粒，当所述聚苯乙烯珠粒为膨胀的聚苯乙烯珠粒时，其密度为5-200kg/m3；
当所述聚苯乙烯珠粒为可膨胀的聚苯乙烯珠粒时，所述方法还包括，在涂覆涂层粘接剂之前，将可膨胀的聚乙烯珠粒进行预发泡和熟化的步骤，和/或预发泡后的聚苯乙烯珠粒的密度为5-200kg/m3。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，当所述聚苯乙烯珠粒为膨胀的聚苯乙烯珠粒时，其密度为5-30kg/m3。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，当所述聚苯乙烯珠粒为可膨胀的聚苯乙烯珠粒时，所述的熟化时间为4-48h，和/或预发泡后的聚苯乙烯珠粒的密度为5-30kg/m3。
18.根据权利要求10中所述的阻燃发泡苯乙烯聚合物隔热复合板或根据权利要求11-17中任意一项所述方法制备的阻燃发泡苯乙烯聚合物隔热复合板在保温阻燃行业中的应用。
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