CN107033382A - 一种聚苯乙烯阻燃保温建筑材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚苯乙烯阻燃保温建筑材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚苯乙烯阻燃保温建筑材料及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：首先制备预发泡膨胀石墨改性的聚苯乙烯；将聚磷酸铵25‑38份、季戊四醇磷酸酯12‑19份、与改性纳米晶纤维素5‑9份加入高混机中，以600rpm的转速混合，再向其中滴入含有14‑22份壳聚糖的乙酸溶液，搅拌20min后，将高密度聚乙烯50‑70份加入高混机中，继续搅拌混合10min后，烘干，将其与预发泡泡膨胀石墨改性的聚苯乙烯置于捏合搅拌机中，搅拌30min，制得表面包覆的预发泡聚苯乙烯；将经过包覆处理的预发泡聚苯乙烯进行膨胀发泡，即得所述聚苯乙烯阻燃保温建筑材料。该保温建筑材料具有较低的导热系数，较高的阻燃性能，并且具有良好的稳定性。

Description

一种聚苯乙烯阻燃保温建筑材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，特别是涉及一种聚苯乙烯阻燃保温建筑材料及其制备方法。
背景技术
我国建筑外墙材料主要是钢筋混凝土、粘土转，使得墙体的保温性能差，导热系数较高在建筑外墙使用保温材料可以减小墙体的导热系数，降低建筑能耗，节约能源。建筑用保温隔热材料种类繁多，根据使用部位的不同，可以分为内、外墙保温隔热材料；根据材质可分为有机保温材料、无机保温材料和复合保温材料。
目前，单一材质保温材料受到材料本身的制约，不能够很好的兼顾保温性能、阻燃性能以及力学性能。无机建筑保温材料是最早得到发展的建筑保温材料，该类材料具有耐酸碱、耐腐蚀、稳定性好等优点，但是该类材料导热系数高，保温性能较差并且容重大。有机保温材料通常为多空类泡沫塑料，密度较小，力学性能良好并具有良好的抗压、抗拉韧性，但是其分解温度较低，分解放热大，不具有阻燃性能。因此，制备新型复合材料保温板逐渐成为了研究热点。
聚苯乙烯(PS)是五大通用热塑性树脂之一，一般是由苯乙烯单体在引发剂的作用下经过自由基聚合反应得到的高分子聚合物。聚苯乙烯主链为饱和碳链，侧基为共轭苯环，具有大的位阻效应。通常聚苯乙烯可以分为通用型聚苯乙烯、高抗冲型聚苯乙烯、发泡聚苯乙烯和间规聚苯乙烯。聚苯乙烯以其低廉的价格，良好的电气性能、刚性、化学稳定性以及低线性膨胀率等优点，但是聚苯乙烯最大的缺陷在于其易燃。因此，关于聚苯乙烯的阻燃性能研究显得尤为重要。
中国专利CN201210149514.4公开了一种聚苯乙烯树脂发泡板材，以复配聚苯乙烯树脂为基体，辅以气泡成核剂、抗氧剂和阻燃剂配成聚苯乙烯树脂组合物，采用超临界CO2发泡剂，通过挤出发泡装置采用挤出发泡方法制造而成。其中的复配聚苯乙烯树脂由采用本体聚合方式聚合得到的通用聚苯乙烯与高分子量聚苯乙烯按90∶10～20∶80的质量比复配得到，该聚苯乙烯树脂发泡板材具有大于30倍的发泡倍率，开孔含量低于20％，厚度超过15cm，截面积大于1800cm2。但该材料的阻燃效果仍有待提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚苯乙烯阻燃保温建筑材料及其制备方法，该保温建筑材料具有较低的导热系数，较高的阻燃性能，并且具有良好的稳定性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种聚苯乙烯阻燃保温建筑材料制备方法，包括以下步骤：
(1)利用悬浮聚合法制备膨胀石墨改性的聚苯乙烯颗粒，将其在预发泡机中进行预发泡处理，预发泡温度为80℃，压力为0.4Mpa，制得预发泡膨胀石墨改性的聚苯乙烯；
(2)将聚磷酸铵25-38份、季戊四醇磷酸酯12-19份、与改性纳米晶纤维素5-9份加入高混机中，以600rpm的转速混合，再向其中滴入含有14-22份壳聚糖的乙酸溶液，搅拌20min后，将高密度聚乙烯50-70份加入高混机中，继续搅拌混合10min后，烘干，将其与预发泡泡膨胀石墨改性的聚苯乙烯置于捏合搅拌机中，搅拌30min，制得表面包覆的预发泡聚苯乙烯；
(3)将经过包覆处理的预发泡聚苯乙烯进行膨胀发泡，膨胀发泡的压力为1.1Mpa，温度为120℃，即得所述聚苯乙烯阻燃保温建筑材料。
优选的，所述步骤(1)中膨胀石墨改性的聚苯乙烯颗粒中膨胀石墨质量含量为5-7％。
优选的，所述步骤(1)中预发泡后的聚苯乙烯颗粒密度为1.8-2.1g/L。
优选的，所述步骤(2)中预发泡的聚苯乙烯与高密度聚乙烯的使用量质量比为7:2。
优选的，所述改性纳米晶纤维的制备方法为：将纳米晶纤维分散于水中，之后加入聚乙二醇2000和硅烷偶联剂，在40-60℃条件下进行超声波分散15min，过滤后，在真空干燥器中干燥7-9h。
一种聚苯乙烯阻燃保温建筑材料，由以上方法制备而成。
本发明具有以下有益效果，
利用聚磷酸铵、季戊四醇磷酸酯、壳聚糖复配制得膨胀型阻燃剂，壳聚糖以及石墨作为碳源，可有效的提高聚苯乙烯材料的阻燃性能。同时壳聚糖具有较高的粘性，可以将聚磷酸铵、季戊四醇磷酸酯粘合在一起，再配合纳米晶纤维的较强的成膜性，可以保证阻燃剂在预发泡的聚苯乙烯表面形成稳定而致密的保护膜。高密度聚乙烯保证了聚苯乙烯材料进行阻燃改性的同时，仍能保持良好的稳定性，提高聚苯乙烯发泡颗粒之间的粘结力，增加聚苯乙烯材料的强度。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种聚苯乙烯阻燃保温建筑材料制备方法，包括以下步骤：
(1)利用悬浮聚合法制备膨胀石墨改性的聚苯乙烯颗粒，将其在预发泡机中进行预发泡处理，预发泡温度为80℃，压力为0.4Mpa，制得预发泡膨胀石墨改性的聚苯乙烯，膨胀石墨改性的聚苯乙烯颗粒中膨胀石墨质量含量为5％，预发泡后的聚苯乙烯颗粒密度为1.8g/L；
(2)将聚磷酸铵25份、季戊四醇磷酸酯12份、与改性纳米晶纤维素5份加入高混机中，以600rpm的转速混合，再向其中滴入含有14份壳聚糖的乙酸溶液，搅拌20min后，将高密度聚乙烯50份加入高混机中，继续搅拌混合10min后，烘干，将其与预发泡泡膨胀石墨改性的聚苯乙烯置于捏合搅拌机中，搅拌30min，制得表面包覆的预发泡聚苯乙烯；
(3)将经过包覆处理的预发泡聚苯乙烯进行膨胀发泡，膨胀发泡的压力为1.1Mpa，温度为120℃，即得所述聚苯乙烯阻燃保温建筑材料
步骤(2)中预发泡的聚苯乙烯与高密度聚乙烯的使用量质量比为7:2。改性纳米晶纤维的制备方法为：将纳米晶纤维分散于水中，之后加入聚乙二醇2000和硅烷偶联剂，在40-60℃条件下进行超声波分散15min，过滤后，在真空干燥器中干燥7-9h。
实施例2
一种聚苯乙烯阻燃保温建筑材料制备方法，包括以下步骤：
(1)利用悬浮聚合法制备膨胀石墨改性的聚苯乙烯颗粒，将其在预发泡机中进行预发泡处理，预发泡温度为80℃，压力为0.4Mpa，制得预发泡膨胀石墨改性的聚苯乙烯，膨胀石墨改性的聚苯乙烯颗粒中膨胀石墨质量含量为7％，预发泡后的聚苯乙烯颗粒密度为2.1g/L；
(2)将聚磷酸铵38份、季戊四醇磷酸酯19份、与改性纳米晶纤维素9份加入高混机中，以600rpm的转速混合，再向其中滴入含有22份壳聚糖的乙酸溶液，搅拌20min后，将高密度聚乙烯50-70份加入高混机中，继续搅拌混合10min后，烘干，将其与预发泡泡膨胀石墨改性的聚苯乙烯置于捏合搅拌机中，搅拌30min，制得表面包覆的预发泡聚苯乙烯；
(3)将经过包覆处理的预发泡聚苯乙烯进行膨胀发泡，膨胀发泡的压力为1.1Mpa，温度为120℃，即得所述聚苯乙烯阻燃保温建筑材料
步骤(2)中预发泡的聚苯乙烯与高密度聚乙烯的使用量质量比为7:2。改性纳米晶纤维的制备方法为：将纳米晶纤维分散于水中，之后加入聚乙二醇2000和硅烷偶联剂，在40-60℃条件下进行超声波分散15min，过滤后，在真空干燥器中干燥7-9h。
实施例3
一种聚苯乙烯阻燃保温建筑材料制备方法，包括以下步骤：
(1)利用悬浮聚合法制备膨胀石墨改性的聚苯乙烯颗粒，将其在预发泡机中进行预发泡处理，预发泡温度为80℃，压力为0.4Mpa，制得预发泡膨胀石墨改性的聚苯乙烯，膨胀石墨改性的聚苯乙烯颗粒中膨胀石墨质量含量为5％，预发泡后的聚苯乙烯颗粒密度为2.1g/L；
(2)将聚磷酸铵25份、季戊四醇磷酸酯19份、与改性纳米晶纤维素5份加入高混机中，以600rpm的转速混合，再向其中滴入含有22份壳聚糖的乙酸溶液，搅拌20min后，将高密度聚乙烯50份加入高混机中，继续搅拌混合10min后，烘干，将其与预发泡泡膨胀石墨改性的聚苯乙烯置于捏合搅拌机中，搅拌30min，制得表面包覆的预发泡聚苯乙烯；
(3)将经过包覆处理的预发泡聚苯乙烯进行膨胀发泡，膨胀发泡的压力为1.1Mpa，温度为120℃，即得所述聚苯乙烯阻燃保温建筑材料
步骤(2)中预发泡的聚苯乙烯与高密度聚乙烯的使用量质量比为7:2。改性纳米晶纤维的制备方法为：将纳米晶纤维分散于水中，之后加入聚乙二醇2000和硅烷偶联剂，在40-60℃条件下进行超声波分散15min，过滤后，在真空干燥器中干燥7-9h。
实施例4
一种聚苯乙烯阻燃保温建筑材料制备方法，包括以下步骤：
(1)利用悬浮聚合法制备膨胀石墨改性的聚苯乙烯颗粒，将其在预发泡机中进行预发泡处理，预发泡温度为80℃，压力为0.4Mpa，制得预发泡膨胀石墨改性的聚苯乙烯，膨胀石墨改性的聚苯乙烯颗粒中膨胀石墨质量含量为7％，预发泡后的聚苯乙烯颗粒密度为1.8g/L；
(2)将聚磷酸铵38份、季戊四醇磷酸酯12份、与改性纳米晶纤维素9份加入高混机中，以600rpm的转速混合，再向其中滴入含有14份壳聚糖的乙酸溶液，搅拌20min后，将高密度聚乙烯70份加入高混机中，继续搅拌混合10min后，烘干，将其与预发泡泡膨胀石墨改性的聚苯乙烯置于捏合搅拌机中，搅拌30min，制得表面包覆的预发泡聚苯乙烯；
(3)将经过包覆处理的预发泡聚苯乙烯进行膨胀发泡，膨胀发泡的压力为1.1Mpa，温度为120℃，即得所述聚苯乙烯阻燃保温建筑材料
步骤(2)中预发泡的聚苯乙烯与高密度聚乙烯的使用量质量比为7:2。改性纳米晶纤维的制备方法为：将纳米晶纤维分散于水中，之后加入聚乙二醇2000和硅烷偶联剂，在40-60℃条件下进行超声波分散15min，过滤后，在真空干燥器中干燥7-9h。
实施例5
一种聚苯乙烯阻燃保温建筑材料制备方法，包括以下步骤：
(1)利用悬浮聚合法制备膨胀石墨改性的聚苯乙烯颗粒，将其在预发泡机中进行预发泡处理，预发泡温度为80℃，压力为0.4Mpa，制得预发泡膨胀石墨改性的聚苯乙烯，膨胀石墨改性的聚苯乙烯颗粒中膨胀石墨质量含量为6％，预发泡后的聚苯乙烯颗粒密度为1.9g/L；
(2)将聚磷酸铵28份、季戊四醇磷酸酯17份、与改性纳米晶纤维素8份加入高混机中，以600rpm的转速混合，再向其中滴入含有18份壳聚糖的乙酸溶液，搅拌20min后，将高密度聚乙烯60份加入高混机中，继续搅拌混合10min后，烘干，将其与预发泡泡膨胀石墨改性的聚苯乙烯置于捏合搅拌机中，搅拌30min，制得表面包覆的预发泡聚苯乙烯；
(3)将经过包覆处理的预发泡聚苯乙烯进行膨胀发泡，膨胀发泡的压力为1.1Mpa，温度为120℃，即得所述聚苯乙烯阻燃保温建筑材料
步骤(2)中预发泡的聚苯乙烯与高密度聚乙烯的使用量质量比为7:2。改性纳米晶纤维的制备方法为：将纳米晶纤维分散于水中，之后加入聚乙二醇2000和硅烷偶联剂，在50℃条件下进行超声波分散15min，过滤后，在真空干燥器中干燥8h。
经测试，实施例1-5以及对比例的阻燃性能如下表所示，其中，对比例为市售聚苯乙烯阻燃保温建筑材料；阻燃性参考GB/T2408-2008测试，氧指数越高表明阻燃性越好：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例
氧指数(％) 33.5 37.2 37.2 36.8 35.7 28.5

Claims (6)

1.一种聚苯乙烯阻燃保温建筑材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)利用悬浮聚合法制备膨胀石墨改性的聚苯乙烯颗粒，将其在预发泡机中进行预发泡处理，预发泡温度为80℃，压力为0.4Mpa，制得预发泡膨胀石墨改性的聚苯乙烯；
(2)将聚磷酸铵25-38份、季戊四醇磷酸酯12-19份、与改性纳米晶纤维素5-9份加入高混机中，以600rpm的转速混合，再向其中滴入含有14-22份壳聚糖的乙酸溶液，搅拌20min后，将高密度聚乙烯50-70份加入高混机中，继续搅拌混合10min后，烘干，将其与预发泡泡膨胀石墨改性的聚苯乙烯置于捏合搅拌机中，搅拌30min，制得表面包覆的预发泡聚苯乙烯；
(3)将经过包覆处理的预发泡聚苯乙烯进行膨胀发泡，膨胀发泡的压力为1.1Mpa，温度为120℃，即得所述聚苯乙烯阻燃保温建筑材料。
2.根据权利要求1所述的聚苯乙烯阻燃保温建筑材料制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中膨胀石墨改性的聚苯乙烯颗粒中膨胀石墨质量含量为5-7％。
3.根据权利要求1所述的聚苯乙烯阻燃保温建筑材料制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中预发泡后的聚苯乙烯颗粒密度为1.8-2.1g/L。
4.根据权利要求1所述的聚苯乙烯阻燃保温建筑材料制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中预发泡的聚苯乙烯与高密度聚乙烯的使用量质量比为7:2。
5.根据权利要求1所述的聚苯乙烯阻燃保温建筑材料制备方法，其特征在于，所述改性纳米晶纤维的制备方法为：将纳米晶纤维分散于水中，之后加入聚乙二醇2000和硅烷偶联剂，在40-60℃条件下进行超声波分散15min，过滤后，在真空干燥器中干燥7-9h。
6.一种聚苯乙烯阻燃保温建筑材料，其特征在于：由权利要求1-5任一项所述的方法制备而成。
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