CN108047583A - 一种无机改性聚苯保温材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及外墙保温技术领域，尤其是涉及一种无机改性聚苯保温材料及其制备方法。所述无机改性聚苯保温材料主要由聚苯乙烯、无机浆料和发泡剂通过蒸汽发泡制成。本发明的无机改性聚苯保温材料调控聚苯乙烯的量，使聚苯乙烯用量较低，以无机材料为主，满足A级要求；并且通过添加发泡剂，使没有膨胀性的无机填料也可在发泡剂的作用下成型，从而使无机改性聚苯保温材料的结构密实，提高保温性能。

Description

一种无机改性聚苯保温材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及外墙保温技术领域，尤其是涉及一种无机改性聚苯保温材料及其制备方法。
背景技术
无机保温板是一种应用于建筑物内外墙装饰的新型保温节能保温材料，以岩棉、玻璃棉、玻化微珠等为主要原材料，用特殊的粘结材料粘合而成。但是无机保温板有两个最大的缺点是保温性能差，柔韧性差，特别是现在国家提倡七五节能，这就对保温板的保温性能有了更高的要求。而且无机保温板脆性太大在施工时容易造成碎裂给施工带来了很大的难度，所以提高无机保温板的导热性能以及柔韧性就成了重中之重。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种无机改性聚苯保温材料，所述无机改性聚苯保温材料具有优良的保温性能，并且其脆性得到的大大的改善，柔韧性得到极大的提高，解决了现有技术中保温性能差、柔韧性差的问题。
本发明的另一目的在于提供一种所述无机改性聚苯保温材料的制备方法，所述制备方法采用蒸汽发泡成型的方式，添加发泡剂，使无膨胀性的无机材料通过蒸汽发泡的方式成型，提高保温材料结构的密实度，降低无机改性聚苯保温材料的导热系数，提高保温性能，且改善无机改性聚苯保温材料的柔韧性。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种无机改性聚苯保温材料，主要由聚苯乙烯、无机浆料和发泡剂通过蒸汽发泡制成。
无机保温板材的质量与成型方式有直接联系，板材在成型时需要压力使其结构密实，但通过外力挤压压缩后的板材的密度非常大，不利于施工。本发明通过蒸汽发泡成型的方式，使板材自身膨胀受压密实，在不提高容重的前提下，提高板材的强度和保温性能，蒸汽模压发泡成型的方式使物料分布更加均匀，进一步提高了材料的柔韧性。
由于近年来多起建筑保温火灾事件的发生，国家已加强对建筑外墙保温材料的要求，保温材料的燃烧性能需要为A级。而现有的聚苯板本身属于易燃材料，不能达到A级的要求。
现有技术中要满足A级的要求就需要降低聚苯乙烯的用量，而当聚苯乙烯量过低时，仅通过聚苯乙烯的膨胀实现的保温材料如板材的密实程度不足，保温性能无法达到要求。本发明的无机改性聚苯保温材料调控聚苯乙烯的量，使聚苯乙烯用量较低，以无机材料为主，满足A级要求。并且通过添加发泡剂，使没有膨胀性的无机填料也可在发泡剂的作用下成型，从而使聚苯保温材料结构密实，提高保温性能。
优选的，所述无机浆料主要由膨胀石墨和无机填料混合而成。
膨胀石墨是一种新型功能性碳素材料，除了具备天然石墨本身的耐冷热、耐腐蚀、自润滑等优良性能以外，还具有柔软性和生物相容性，能够有效改善无机改性聚苯保温材料的结构的脆性，提高其柔韧性。并且，膨胀石墨在受热后能够迅速增大体积，降低内部的热传递，具有很好的隔热和阻燃效果。
优选的，所述无机改性聚苯保温材料包括按重量份数计的如下组分：聚苯乙烯10-50份、无机浆料20-200份、发泡剂0.1-20份。
优选的，所述无机改性聚苯保温材料包括按质量份数计的如下组分：聚苯乙烯20-30份、无机浆料50-150份、发泡剂3-15份。
优选的，所述无机浆料包括按质量份数计的如下组分：膨胀石墨5-10份、无机填料20-60份和胶乳6-12份。
优选的，所述膨胀石墨的粒径为80-120目。
优选的，所述无机浆料还包括水12-24份。
优选的，所述无机浆料还包括颜料0.5-1份。
优选的，所述颜料包括氧化铁红、氧化铁橙、氧化铁黑中的一种或几种。
优选的，所述无机填料包括氢氧化铝、硅藻土、氢氧化镁和滑石粉中的一种或多种。更优选的，所述无机填料包括氢氧化铝和氢氧化镁中的一种或两种。进一步优选的，所述无机填料包括氢氧化铝。
优选的，所述无机填料的粒径为800-1350目。
氢氧化铝作为填料，能够改善无机改性聚苯保温材料的机械性能，并且可以作为阻燃剂，不仅能够阻燃，还能够防止发烟、不产生滴下物、不产生有毒气体。
硅藻土的主要化学成分是无定形的二氧化硅，并含有少量的氧化铝、氧化铁、氧化钙和有机质。硅藻土具有高的孔隙率、比表面积大、比重小、吸附性强、耐磨、耐酸、热导性低等优点，并且具有隔热阻燃和保温的性能，能够大大提高无机改性聚苯保温材料的保温隔热性能。
氢氧化镁是一种填充型阻燃剂，受热分解时释放出结合水，吸收大量的潜热，降低材料的表面温度，能够对可燃气体进行冷却，赋予材料以较好的阻燃性能。
优选的，在无机材料中加入胶乳。更优选的，所述胶乳包括醋酸乙烯-乙烯共聚乳液和丙烯酸乳液中的一种或两种。更优选的，所述胶乳为醋酸乙烯-乙烯共聚乳液。
胶乳的加入能够使颗粒与颗粒之间的粘结更加紧密。醋酸乙烯-乙烯共聚乳液优异的成膜性使其在聚苯乙烯颗粒表面均匀的附着并紧紧的包覆，一来可以提高板材的粘结力，二来能够固定住无机料使无机阻燃料等紧紧地附着在聚苯乙烯颗粒表面使无机料不会脱落导致阻燃性的降低。
优选的，所述胶乳的粘度为140-320mPa·s。
优选的，所述发泡剂占无机浆料的质量比为5％-10％。
优选的，所述发泡剂为有机发泡剂。更优选的，所述有机发泡剂包括脂肪烃发泡剂、偶氮类发泡剂、磺酰肼类发泡剂和亚硝基类发泡剂中的一种或多种。进一步优选的，所述脂肪烃类发泡剂包括正戊烷、异戊烷、正己烷中的一种或几种；所述偶氮类发泡剂包括偶氮二异丁腈和偶氮二甲酰胺中的一种或两种；所述磺酰肼类发泡剂包括4,4-氧代双本磺酰肼、苯磺酰肼、对甲苯磺酰肼、2,4-甲苯二磺酰肼和3,3-二磺酰肼二苯砜中的一种或多种；所述亚硝基类发泡剂包括二亚硝基五次甲基四胺。
优选的，所述发泡剂包括芳烃类发泡剂。优选的，所述发泡剂还包括偶氮类发泡剂和磺酰肼类发泡剂中的一种或多种。
优选的，所述发泡剂包括正己烷和偶氮二异丁腈；或所述发泡剂包括正己烷和苯磺酰肼。
正己烷在蒸汽发泡过程中，正己烷液体受热蒸发膨胀，并且液体蒸发是一个吸热过程，可防止保温材料内聚合物的热降解，避免中心烧焦。当匹配偶氮二异丁腈或苯磺酰肼的化学发泡剂时，二者的分解发泡温度相对烃类发泡剂的发泡温度高，使在整个蒸汽发泡成型的过程中能够均匀发泡。并且，偶氮二异丁腈和苯磺酰肼的发气量均在130mL/g左右，与氢氧化铝和氢氧化镁这两种填料的密度相匹配(二者均在2.3-2.4g/cm3左右)，避免填料在发泡的作用下过多的迁至表面或沉底，偶氮二异丁腈和苯磺酰肼与正己烷的复配，能够保证蒸汽发泡成型得到的保温材料各成分均匀分布。
本发明还提供了一种所述无机改性聚苯保温材料的制备方法，包括如下步骤：将聚苯乙烯、无机浆料和发泡剂混合均匀，在蒸汽压力下发泡模塑成型，得到所述无机改性聚苯保温材料。
优选的，先将无机浆料和发泡剂混合均匀，再与聚苯乙烯混合均匀。
本发明的制备方法，对聚苯乙烯改性，通过蒸汽成型的方式形成以无机材料为主的新型保温材料。由于聚苯乙烯量相对较低，加热时聚苯乙烯的膨胀性过低，仅通过聚苯乙烯的膨胀保温材料结构的密实程度不够，而本发明通过添加发泡剂使没有膨胀性的无机材料以蒸汽发泡的方式成型，从而使聚苯保温材料结构密实，提高保温性能。
现有的无机保温板均是通过连续式无挤压自然风干成型，由于工艺的限制导致了板材粘接不实，粘接强度不够，从而导致了保温板的导热系数过高，保温性能不足。
优选的，所述蒸汽压力为0.045-0.055MPa。更优选的，所述蒸汽压力为0.045MPa、0.050MPa或0.055MPa。进一步优选的，所述蒸汽压力为0.050MPa。
优选的，在蒸汽压力下保温80-300s模塑成型。更优选的，所述保温温度为80-120℃，优选为80-100℃。
优选的，在蒸汽压力下模塑成型，真空冷却，得到所述无机改性聚苯保温材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的无机改性聚苯保温材料，通过无机填料、胶料、膨胀石墨和聚苯乙烯复合，改善无机保温材料结构的脆性，提高其柔韧性；
(2)本发明的无机改性聚苯保温材料通过添加发泡剂，使无膨胀性的无机材料通过蒸汽发泡的方式成型，提高保温材料结构的密实度，降低无机改性聚苯保温材料的导热系数，提高保温性能；
(3)本发明的无机改性聚苯保温材料为A级防火；
(4)本发明的无机改性聚苯保温材料的制备方法，采用蒸汽成型的方式，各组分在密度差的影响下，自由扩散，得到的聚苯保温材料细腻光亮，并且韧性和强度得到进一步的提高。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
本实施例所述的无机改性聚苯保温材料，其原料组成为：
聚苯乙烯颗粒20kg、无机浆料60kg和发泡剂3kg。
其中，所述无机浆料由按重量份数的以下组分混合而成：
氢氧化铝40份、膨胀石墨8份、胶乳9份和水12份。
其中，所述聚苯乙烯颗粒为嘉昌B105。所述胶乳为醋酸乙烯-乙烯共聚乳液，所述胶乳的粘度140mPa·s，所述膨胀石墨的目数为80目。所述氢氧化铝的目数为800目。
所述发泡剂包括按重量份数计的正己烷4份和偶氮二异丁腈1份。
所述无机改性聚苯保温材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将氢氧化铝40份、膨胀石墨8份、胶乳9份、正己烷2份和水12份混合均匀后，得到无机浆料，然后再将无机浆料和发泡剂混合均匀，备用。
(2)取50kg的步骤(1)制备得到的混合浆料与20kg聚苯乙烯颗粒充分搅拌混合后，通过管道加入至成型模具中，通入蒸汽，在模具内蒸汽压力达到0.05MPa时，于80℃保温180s，模塑成型，真空冷却，得到所述无机改性聚苯保温材料。
实施例2
本实施例所述的无机改性聚苯保温材料，其原料组成为：
聚苯乙烯颗粒25kg、无机浆料75kg和发泡剂8kg。
其中，所述无机浆料由按重量份数的以下组分混合而成：
氢氧化铝20份、膨胀石墨10份、胶乳6份、水12份和氧化铁红0.5份。
其中，所述聚苯乙烯颗粒为嘉昌B105。所述胶乳为醋酸乙烯-乙烯共聚乳液，所述胶乳的粘度为180mPa·s，所述膨胀石墨的目数为120目。所述氢氧化铝的目数为800目。
所述发泡剂包括按重量份数计的正己烷3份和苯磺酰肼1份。
所述无机改性聚苯保温材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将氢氧化铝20份、膨胀石墨10份、胶乳6份、水12份和氧化铁红0.5份混合均匀后，得到浆料，然后再将无机浆料和发泡剂混合均匀，备用。
(2)取100kg的步骤(1)制备得到的混合浆料与25kg聚苯乙烯颗粒充分搅拌混合后，通过管道加入至成型模具中，通入蒸汽，在模具内蒸汽压力达到0.05MPa时，于100℃保温300s，模塑成型，真空冷却，得到所述无机改性聚苯保温材料。
实施例3
本实施例所述的无机改性聚苯保温材料，其原料组成为：
聚苯乙烯颗粒30kg、无机浆料150kg和发泡剂15kg。
其中，所述无机浆料由按重量份数的以下组分混合而成：
氢氧化铝60份、膨胀石墨5份、胶乳12份水24份和氧化铁橙1份。
其中，所述聚苯乙烯颗粒为嘉昌B105。所述胶乳为醋酸乙烯-乙烯共聚乳液，所述胶乳的粘度为320mPa·s，所述膨胀石墨的目数为120目。所述氢氧化铝的目数为1000目。
所述发泡剂包括按重量份数计的正己烷4份和偶氮二异丁腈1份。
所述无机改性聚苯保温材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将氢氧化铝60份、膨胀石墨5份、胶乳12份水24份和氧化铁橙1份混合均匀后，得到无机浆料，然后再将无机浆料和发泡剂混合均匀，备用。
(2)取150kg的步骤(1)制备得到的混合浆料与30kg聚苯乙烯颗粒充分搅拌混合后，通过管道加入至成型模具中，通入蒸汽，在模具内蒸汽压力达到0.05MPa时，于90℃保温200s，模塑成型，真空冷却，得到所述无机改性聚苯保温材料。
实施例4
本实施例所述的无机改性聚苯保温材料，其原料组成为：
聚苯乙烯颗粒10kg、无机浆料20kg和发泡剂1kg。
其中，所述无机浆料由按重量份数的以下组分混合而成：
氢氧化镁40份、膨胀石墨8份、胶乳9份、水12份和氧化铁黑1份。
其中，所述聚苯乙烯颗粒为嘉昌B105。所述胶乳为丙烯酸胶乳，所述胶乳的粘度为140mPa·s，所述膨胀石墨的目数为120目。所述氢氧化镁的目数为1350目。
所述发泡剂为正戊烷。
所述无机改性聚苯保温材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将氢氧化镁40份、膨胀石墨8份、胶乳9份、水12份和氧化铁黑1份混合均匀后，得到无机浆料，然后再将无机浆料和发泡剂混合均匀，备用。
(2)取20kg的步骤(1)制备得到的混合浆料与10kg聚苯乙烯颗粒充分搅拌混合后，通过管道加入至成型模具中，通入蒸汽，在模具内蒸汽压力达到0.05MPa时，于80℃保温180s，模塑成型，真空冷却，得到所述无机改性聚苯保温材料。
实施例5
本实施例所述的无机改性聚苯保温材料，其原料组成为：
聚苯乙烯颗粒10kg、无机浆料40kg和发泡剂4kg。
其中，所述无机浆料由按重量份数的以下组分混合而成：
氢氧化镁30份、膨胀石墨8份、胶乳8份和水18份。
其中，所述聚苯乙烯颗粒为嘉昌B105。所述胶乳为醋酸乙烯-乙烯共聚乳液，所述胶乳的粘度为200mPa·s，所述膨胀石墨的目数为100目。
所述发泡剂包括按重量份数计的异戊烷4份和偶氮二异丁腈1份。
所述无机改性聚苯保温材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将氢氧化镁30份、膨胀石墨8份、胶乳8份和水18份混合均匀后，得到无机浆料，然后再将无机浆料和发泡剂混合均匀，备用。
(2)取40kg的步骤(1)制备得到的混合浆料与10kg聚苯乙烯颗粒充分搅拌混合后，通过管道加入至成型模具中，通入蒸汽，在模具内蒸汽压力达到0.05MPa时，于80℃保温300s，模塑成型，真空冷却，得到所述无机改性聚苯保温材料。
实施例6
参照实施例1所述制备方法制备无机改性聚苯保温材料，区别仅在于，所述发泡剂为正己烷。
实施例7
参照实施例1所述制备方法制备无机改性聚苯保温材料，区别仅在于，所述发泡剂为偶氮二异丁腈。
实施例8
参照实施例1所述制备方法制备无机改性聚苯保温材料，区别仅在于，所述发泡剂为苯磺酰肼。
实施例9
参照实施例1所述制备方法制备无机改性聚苯保温材料，区别仅在于，所述无机填料为滑石粉。
实施例10
参照实施例1所述制备方法制备无机改性聚苯保温材料，区别仅在于，所述无机填料为硅藻土。
实施例11
参照实施例1所述制备方法制备无机改性聚苯保温材料，区别仅在于，所述无机填料为氢氧化镁。
实施例12
参照实施例1所述制备方法制备无机改性聚苯保温材料，区别仅在于，所述无机填料为质量比为1﹕1的氢氧化铝和氢氧化镁。
实施例13
参照实施例1所述制备方法制备无机改性聚苯保温材料，区别仅在于，所述胶乳为丙烯酸乳液。
实施例14
参照实施例1所述制备方法制备无机改性聚苯保温材料，区别仅在于，在0.045MPa的蒸汽压力下模塑成型。
实施例15
参照实施例1所述制备方法制备无机改性聚苯保温材料，区别仅在于，在0.055MPa的蒸汽压力下模塑成型。
比较例1
参照实施例1所述方法制备无机改性聚苯保温材料，区别仅在于，比较例1的浆料中不加入发泡剂。
比较例2
参照实施例1所述方法制备无机改性聚苯保温材料，区别仅在于，比较例2的浆料中不加入膨胀石墨。
比较例3
现有技术中采用无挤压自然风干成型方式制备的改性聚苯无机保温材料。
实验例1
为了对比本发明各实施例的无机改性聚苯保温材料和比较例1-3得到的保温材料的保温性能、机械强度以及防火性能，进行以下测试试验，测试结果如表1所示。
表1不同的保温材料的保温性能和机械强度测试结果
从上表可知，本发明的无机改性聚苯保温材料，满足A级要求，并且在不提高甚至降低容重的前提下，提高保温性能，并且脆性得到了大大的改善，柔韧性得到极大的提高。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种无机改性聚苯保温材料，其特征在于，主要由聚苯乙烯、无机浆料和发泡剂通过蒸汽发泡制成；
优选的，所述无机浆料主要由膨胀石墨和无机填料混合而成。
2.根据权利要求1所述的无机改性聚苯保温材料，其特征在于，所述无机改性聚苯保温材料包括按质量份数计的如下组分：聚苯乙烯10-50份、无机浆料20-200份、发泡剂0.1-20份；
优选的，所述无机改性聚苯保温材料包括按质量份数计的如下组分：聚苯乙烯20-30份、无机浆料50-150份、发泡剂3-15份；
优选的，所述无机浆料包括按质量份数计的如下组分：膨胀石墨5-10份、无机填料20-60份和胶乳6-12份；
优选的，所述无机浆料还包括水12-24份；
优选的，所述无机浆料还包括颜料0.5-1份。
3.根据权利要求1所述的无机改性聚苯保温材料，其特征在于，所述无机填料包括氢氧化铝、硅藻土、氢氧化镁和滑石粉中的一种或多种；
优选的，所述无机填料的粒径为800-1350目；
优选的，所述无机填料包括氢氧化铝和氢氧化镁中的一种或两种。
4.根据权利要求2所述的无机改性聚苯保温材料，其特征在于，
所述胶乳包括醋酸乙烯-乙烯共聚乳液和丙烯酸乳液中的一种或两种；
优选的，所述胶乳的粘度为140-320mPa·s。
5.根据权利要求1所述的无机改性聚苯保温材料，其特征在于，所述发泡剂为有机发泡剂；
优选的，所述有机发泡剂包括脂肪烃类发泡剂、偶氮类发泡剂、磺酰肼类发泡剂和亚硝基类发泡剂中的一种或多种；
更优选的，所述脂肪烃类发泡剂包括正戊烷、异戊烷和正己烷中的一种或几种；所述偶氮类发泡剂包括偶氮二异丁腈和偶氮二甲酰胺中的一种或两种；所述磺酰肼类发泡剂包括4,4-氧代双本磺酰肼、苯磺酰肼、对甲苯磺酰肼、2,4-甲苯二磺酰肼和3,3-二磺酰肼二苯砜中的一种或多种；所述亚硝基类发泡剂包括二亚硝基五次甲基四胺。
6.根据权利要求2所述的无机改性聚苯保温材料，其特征在于，所述发泡剂包括脂肪烃类发泡剂；
优选的，所述发泡剂还包括偶氮类发泡剂和磺酰肼类发泡剂中的一种或多种；
更优选的，所述发泡剂包括正己烷和偶氮二异丁腈；或所述发泡剂包括正己烷和苯磺酰肼；
优选的，所述颜料包括氧化铁红、氧化铁橙、氧化铁黑中的一种或几种。
7.权利要求1-6任一项所述的无机改性聚苯保温材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将聚苯乙烯、无机浆料和发泡剂混合均匀，在蒸汽压力下发泡模塑成型，得到所述无机改性聚苯保温材料；
优选的，先将无机浆料和发泡剂混合均匀，再与聚苯乙烯混合均匀。
8.根据权利要求7所述的无机改性聚苯保温材料的制备方法，其特征在于，所述蒸汽压力为0.045-0.055MPa；
优选的，所述蒸汽压力为0.045MPa、0.050MPa或0.055MPa；
更优选的，所述蒸汽压力为0.050MPa。
9.根据权利要求7所述的无机改性聚苯保温材料的制备方法，其特征在于，在蒸汽压力下保温80-300s模塑成型；
优选的，所述保温温度为80-120℃；
更优选的，所述保温温度为80-100℃。
10.根据权利要求7所述的无机改性聚苯保温材料的制备方法，其特征在于，在蒸汽压力下模塑成型，真空冷却，得到所述无机改性聚苯保温材料。
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