CN105295085A - 一种可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒的制备方法，涉及建筑防火节能领域。针对现有专利技术聚苯乙烯泡沫保温材料存在导热与阻燃矛盾的问题，本发明采用悬浮聚合工艺，其原理为将超细鳞片膨胀石墨、高聚磷酸铵引入到聚苯乙烯珠粒中，鳞片膨胀石墨与高聚磷酸形成阻燃协效作用，加之鳞片膨胀石墨本身的隔热反射性能将节能与阻燃巧妙搭配，制备成不同粒径尺寸的可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒。

Description

一种可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒的制备方法

技术领域

本发明涉及节能阻燃环保领域，具体涉及一种可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒的制备方法。

背景技术

目前我国建筑外墙保温材料大部分使用聚苯乙烯保温板、聚氨酯板，其特性易燃，国家发改委在“十二五”期间专门规定了建筑外墙保温材料使用的技术要求和规范，其中对节能与阻燃提出了新的高度，使得传统聚合物保温材料不能满足外墙保温且阻燃的要求，聚苯乙烯保温材料是用量大且价格低廉，由于其优异的保温效果在建筑外墙广泛使用，然而国家建筑高层的几次大火事件，使得建筑保温节能的同时要求保温材料具有较好的阻燃性能，使得其一旦发生大火，工作人员有充足的时间去逃离或阻止火灾的发生。目前研究该技术出现了白热化阶段，对传统可发性聚苯乙烯涂覆阻燃剂如水泥、阻燃树脂等各种方法，然而经过检测其防火效果满足了国家规定的要求，但是其它综合性能又急剧下降，同时其导热性能也提高了很多。在上述方法的基础上，外墙保温的施工方便性得到下降。在国家规定的标准条件下外墙使用的材料主要是岩棉保温板，其在阻燃方面效果确实很突出，满足了规定的要求，然而其相对国家建筑绿色环保方面起导热系数远高于聚合物发泡材料，同时其吸水率高、容重大，施工过程中很容易脱落。因此针对上述技术存在的问题，本发明认为，在原材料基础上做出改变对建筑保温节能与防火兼备的材料才能从根本上解决两者的问题。由于受国外技术的封锁以及国内好多研究机构的不断研发，专利中CN1329634A和CN1326479是德国制备的技术在中国申请的发明专利，其导热效果提高了很多，然而其阻燃性能还不能满足国家规定的B级要求，同时售价很高;CN101560308A和CN101633709A我国谬晓杰开发的石墨聚苯板和彩色聚苯板，其技术中对石墨处理工艺要求程度高，耗费大，并且其导热性能并未得到明显的提高。针对以上技术中存在的问题，本发明结合德国专利与中国专利中的不足，提供了一种可发性低导热阻燃性能优异的聚苯乙烯珠粒。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒制备方法。该方法制备的石墨阻燃珠粒与传统可发性聚苯乙烯珠粒相比，解决了低导热条件下的阻燃性问题，同时制作成本浪费损耗小，绿色环保，符合国家绿色建材节能要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：略

本发明的反应机理为：本发明所制备的可发性低导热阻燃聚苯乙烯为外观黑亮珠粒，其在遇热辐射后会因鳞片石墨特有的性质将部分热量反射回去，以及吸收部分热量。通过热量的发射与吸收原理使得其导热系数大大降低，同时由于在珠粒合成中引入了阻燃剂高聚磷酸铵，可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒制备成板材后遇到明火或高温高聚磷酸铵会释放出氨气自身形成焦磷酸，氨气的释放阻隔了氧气的进入同时焦磷酸可以将泡沫表面碳化形成阻燃层，两者同时发生，因此当遇到火焰时不会发生融滴和明火产生，降低了火灾发生系数，提高了安全等级。

本发明制备的可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒可通过以下方法进行应用：

1.可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒通过蒸汽发泡后可单独进行模压制备成外墙保温阻燃板材；

2.可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒通过蒸汽发泡后可单独进行模压制备成包装材料，例如水果、蔬菜等的阻燃包装盒或需要黑暗环境包装的材料；

3.可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒通过蒸汽发泡后可单独进行模压制备成阻燃防震材料，如家电、精密仪器等的防震选材。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明制备的可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒为低导热阻燃材料，其在建筑节能与防火方面较传统可发性聚苯乙烯珠粒性能优越，传统可发性聚苯乙烯泡沫保温板材其导热系数为0.043W/m·k～0.047W/m·k，燃烧等级（GB/T5464-2006）为D级易燃材料；本发明制备的可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒发泡成型后其导热系数为0.033W/m·k～0.037W/m·k，燃烧等级为B级难燃材料，建筑节能提高了23.3%～29.8%。

下面结合实图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明实例一制备的超细鳞片状膨胀石墨；

图2为本发明实例一制备的超细鳞片状膨胀石墨粒径分布；

图3为本发明实例二制备的可发性低导阻燃聚苯乙烯珠粒；

图4为本发明实例三制备的可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例一：

超细膨胀石墨的制备：以氢氟酸/磷酸（w/w）配比为0.1/4称取35ml混合均匀，随后加入鳞片石墨在搅拌机上分散0.5h；在温度50℃，功率1000W，将混合液在超声反应器中超声分散1.5小时取出样品，水洗样品至pH在6～7左右，在70℃烘箱中烘干12h即制备出超细膨胀石墨，其粒径在300目～400目，碳含量79%，具体曲线详见图1和图2。

实施例二：

步骤一：分散相的配制，首先称取苯乙烯单体质量200%的去离子水、1.8%有机分散剂聚乙烯吡络烷酮、1.8%聚乙烯醇和1.5%无机分散剂碳酸钙置于反应釜分散搅拌0.5h；

步骤二：油相的配制：称取100%苯乙烯单体和0.9%引发剂偶氮二异丁腈充分搅拌至其完全溶解；

步骤三：将实例一所制8%超细鳞片膨胀石墨和5%阻燃剂高聚磷酸铵与油相充分混合，所述含量为总体含量的比重；

步骤四：将混合液体通过玻璃棒引流至不断搅拌的分散相中，搅拌速度400rmp/min，10min引流完毕，缓慢升高温度至82℃，反应5h，随后降低反应釜温度至30℃，压入15%发泡剂正戊烷，封闭好反应釜；

步骤五：继续升高温度至92℃反应3h再次降低温度至室温；

步骤六：打开反应釜清洗可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒，自然条件烘干后制备出低导热可发性石墨阻燃聚苯乙烯珠粒。

通过上述步骤制备的可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒，实际超细鳞片膨胀石墨碳含量在4.3%，珠粒粒径为0.9mm，见图3。

实施例三：

步骤一：分散相的配制，首先称取苯乙烯单体质量500%的去离子水、3%有机分散剂聚乙烯吡络烷酮、7%聚乙烯醇和3%无机分散剂碳酸钙置于反应釜分散搅拌1h；

步骤二：油相的配制：称取100%苯乙烯单体和1.2%引发剂偶氮二异丁腈充分搅拌至其完全溶解；

步骤三：将实例一所制7%超细鳞片膨胀石墨和11%阻燃剂高聚磷酸铵与油相充分混合，所述含量为总体含量的比重；

步骤四：将混合液体通过玻璃棒引流至不断搅拌的分散相中，搅拌速度400rmp/min，10min引流完毕，缓慢升高温度至82℃，反应5h，随后降低反应釜温度至30℃，压入20%发泡剂正戊烷，封闭好反应釜；

步骤五：继续升高温度至103℃反应3h再次降低温度至室温；

步骤六：打开反应釜清洗可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒，自然条件烘干后制备出低导热可发性石墨阻燃聚苯乙烯珠粒。

通过上述步骤制备的可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒，实际超细鳞片膨胀石墨含量碳在5.9%，珠粒粒径为1.3～1.5mm，见图4。

实施例四：

步骤一：分散相的配制，首先称取苯乙烯单体质量450%的去离子水、1.8%有机分散剂聚乙烯吡络烷酮、3.6%聚乙烯醇和4.5%无机分散剂碳酸钙置于反应釜分散搅拌1h；

步骤二：油相的配制：称取100%苯乙烯单体和2.3%引发剂过氧化苯甲酰充分搅拌至其完全溶解；

步骤三：将实例一所制11%超细鳞片膨胀石墨和7%阻燃剂高聚磷酸铵与油相充分混合；

步骤四：将混合液体通过玻璃棒引流至不断搅拌的分散相中，搅拌速度550rmp/min，10min引流完毕，缓慢升高温度至82℃，反应7h，随后降低反应釜温度至30℃，压入25%发泡剂正戊烷，封闭好反应釜；

步骤五：继续升高温度至100℃反应3h再次降低温度至室温；

步骤六：打开反应釜清洗可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒，自然条件烘干后制备出低导热可发性石墨阻燃聚苯乙烯珠粒。

通过上述步骤制备的可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒，实际超细鳞片膨胀石墨碳含量在9.6%，珠粒粒径为1.2mm，见图4。

实施例五：

按照常规聚苯乙烯发泡工艺对实例二、三、四进行一次发泡，随后再二次发泡成型后对板材进行测试，其测试结果如下：

所制备的板材其导热系数为0.034W/m·K～0.037W/m·K，其测试数据见表1。本发明选择鳞片石墨特有的热反射提高了聚苯板的节能效率；氧指数为32%～39%，密度29kg/m3～33kg/m3；抗压强度大于0.15Mpa。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒的制备方法，其特征在与包括以下步骤：

超细鳞片膨胀石墨的制备：以氢氟酸/磷酸（w/w）配比为0.1～0.5/4称取35ml混合均匀，随后加入鳞片石墨在搅拌机上分散0.5h～１h；在温度40℃～55℃，功率800W～1200W，将混合液在超声反应器中超声分散1.5小时取出样品，水洗样品至pH在6～7左右，在60℃～75℃烘箱中烘干12h即制备出超细鳞片膨胀石墨。

2.根据权利要求1所述鳞片石墨其粒径为150～300目，其碳含量控制在85%～90%。

3.根据权利要求1所述制备的超细鳞片膨胀石墨烘干后堆积体积较原始样品提高5～30倍，粒径在300目～450目之间，含碳量在75%～88%。

4.根据权利要求1所制备的超细鳞片膨胀石墨合成可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒，其步骤是：a.分散相的配制，称取单体质量120%～550%的去离子水、0.3%～10%有机分散剂A和1%～5%无机分散剂B置于反应釜分散搅拌0.5h～1h；b.油相配制：称取100%苯乙烯单体和0.5%～3.6%引发剂C充分搅拌至引发剂C充分溶解；c.将权利要求1所制2%～9%超细鳞片膨胀石墨和5%～13%阻燃剂D与油相充分混合；d.将混合均匀液体通过玻璃棒不断搅拌的分散相中，电机搅拌速度控制在380rmp/min～550rmp/min，5～10min引流完毕，升高温度至82℃，反应2.5h～9h，随后降温至30℃～33℃，加入10%～35%发泡剂E，封闭反应釜，升高温度至92～105℃反应3h降温至室温，打开反应釜清洗烘干后制备出可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒。

5.根据权利要求4所述分散剂A为聚乙烯吡络烷酮与聚乙烯醇混合物，其比例为0.5～１:1；无机分散剂B为碳酸钙；引发剂C为偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰；阻燃剂D为高聚磷酸铵；发泡剂E为戊烷、异戊烷中的一种或两种。

6.根据权利要求4所述，其超细鳞片膨胀石墨合成到可发性低导热阻燃聚苯乙烯珠粒发泡条件如下：其发泡采用蒸汽发泡，蒸汽压力0.45Mpa～0.6Mpa，珠粒熟化12h～18h后经过二次模压成型发泡，其蒸汽压力不超过1Mpa，成型时间不低于25mins。