CN109749265B - 一种模块化建筑保温材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化建筑保温材料及其制备方法，所述建筑保温材料含有抗菌改性聚苯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯纤维和助剂，所述抗菌改性聚苯乙烯的制备原料含有抗菌剂和苯乙烯。所述建筑保温材料的制备方法包括：(1)所述抗菌剂与苯乙烯在引发剂和助剂的作用下发生聚合反应，制得所述抗菌改性聚苯乙烯；(2)苯乙烯在所述引发剂和助剂的作用下发生聚合反应，制得聚苯乙烯；(3)所述抗菌改性聚苯乙烯、聚丙烯纤维和聚苯乙烯共混、发泡、成型，制得所述模块化建筑保温材料。本发明加入的抗菌剂和聚丙烯纤维能够提高建筑保温材料的抗菌性能和抗冲击性能。

Description

一种模块化建筑保温材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种模块化建筑保温材料及其制备方法。

背景技术

聚苯乙烯(EPS)建筑模块是由阻燃型聚苯乙烯泡沫塑料模块作为模版和保温隔热层，中芯浇筑混凝土面层，然后抹灰或加盖辐射板材而形成的一种新型复合建筑模块，可作为地基、墙体、房顶、地面等多种建筑构造。EPS模块是用可发性聚苯乙烯珠粒原料经过加热、预发、熟化、成型和烘干后，通过标准化生产设备一次切割成型，具有闭孔结构的高强度高密度的防火材料。它既可制成不同密度、不同形状的泡沫型材或构件，又可以生产出各种不同厚度的泡沫板材。这种型材或构件可呈积木式插接而成各种建筑构造，几何尺寸准确，质量稳定。EPS建筑模块解决了建筑外墙保温层方面的空鼓、开裂、脱落及内墙面的返潮、透寒、结露等工程质量方面的通病，极大地提高了外墙保温层的耐久性和保温节能性能，建筑整体节能达75％以上，并可实现保温层与结构墙体同寿命，实现了我国工业建筑节能体系的突破。

EPS建筑模块作为一体的新型建筑构造体系，需要具备保温、防水、防火、防腐、防震，耐冲击等特性。本领域技术人员在提高EPS材料各种性能方面进行了较多研究。例如，专利CN201611164729.8公开了一种保温负载过渡金属的聚苯乙烯建筑材料，该材料含有氧氯化锆和氯化镍，提高产品的热稳定性和阻燃性，然后，通过加入钙沸石，经过处理后可以有效的改善产品的空隙性，提高保温性能；专利CN201710548212.7提供了一种交联聚苯乙烯建筑保温材料的制备方法，该发明将氰胺化聚合物与含有磷酸二氢铝的水乳液共混，在氰胺与蓖麻油酸反应的过程中引入发泡剂进行发泡，促进磷酸二氢铝在聚合物基体中的填充，提高了成品的稳定性和强度。

EPS材料作为建筑模块长期处于复杂多变的自然环境中，或者EPS材料外部附有其他建材或涂料，因此要求EPS材料具有优异的防腐抗菌和耐冲击性。专利CN201611164724.5公开了一种防腐负载过渡金属的聚苯乙烯建筑材料，该材料加入辛基异噻唑啉酮、苄基三苯基氯化膦和苯甲酸钠，可以有效提高成品材料的防腐性能，进而提高成品的综合性能。专利CN201611164707.1提供了一种纤维负载过渡金属的聚苯乙烯建筑材料，该发明加入的羟乙基纤维素可以有效的改善填料在聚合物间的分散性，提高成品的稳定性，加入的磷酸纤维素不仅可以有效的提高成品材料的防腐抑菌性，还可以提高成品材料的韧性。专利CN201710880472.4公开了一种防火耐用泡沫板，原料包括聚苯乙烯树脂、聚碳酸酯、糠醇树脂、珍珠岩粉、麦饭石粉、壳聚糖季铵盐、石墨烯、钯碳；该泡沫板阻燃性好、耐腐蚀、耐老化、使用寿命明显延长；该发明采用壳聚糖季铵盐提高聚苯乙烯树脂的耐腐蚀性和抗菌性。

目前，用于EPS材料的抗菌和耐冲击改性的化学物质分为有机物和无机物，无机物与EPS的相容性较差，在EPS中分布不均匀，且容易流失，有机物与EPS的相容性好，通过化学键联的方式与EPS结合，性能稳定持久。然而，目前EPS有机防腐抗菌和耐冲击方面的研究不多，现有方法采用的改性物质种类复杂，功能单一，还需要加入其它多种添加剂，才能获得性能优良的EPS材料。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种模块化建筑保温材料及其制备方法，所述材料和方法分别制备抗菌改性聚苯乙烯和聚苯乙烯，然后加入聚丙烯短纤维进行共混，再经发泡和高温成型，制备抗菌化、耐冲击的聚苯乙烯模块化建筑保温材料。

本发明提供了一种模块化建筑保温材料，所述建筑保温材料含有抗菌改性聚苯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯纤维和助剂；所述抗菌改性聚苯乙烯的制备原料含有抗菌剂、苯乙烯和引发剂。

所述抗菌剂带有与苯乙烯可发生聚合反应的基团，优选的，所述抗菌剂为带有碳碳双键的季铵盐类化合物，更优选的，所述抗菌剂为甲基丙烯酰氧乙基-苄基-二甲基氯化铵(DMAE-BC)。

本发明选择的有机抗菌剂杀菌效率高，毒性低，与有机高分子材料相容性较好，通过改变有机抗菌剂的官能集团，能够获得特殊的性能；所述DMAE-BC具有毒性低、抗菌性能强的优点；本发明中DMAE-BC与苯乙烯发生聚合反应，以化学键联的方式引入具有抗菌功能的DMAE-BC，制得所述抗菌改性聚苯乙烯，再将所述抗菌改性聚苯乙烯引入聚苯乙烯建筑材料中，使聚苯乙烯建筑材料在长期的使用和自然环境中抵抗微生物的腐蚀，尤其是病毒和霉菌的侵蚀；与物理共混的方法相比，通过化学键联获得的抗菌防腐性能更加稳定和持久；DMAE-BC闪点高并且含有氮和氯元素，具有较好的阻燃性能，因此DMAE-BC的加入对提高所述模块化建筑保温材料的阻燃性能具有促进作用。

所述聚丙烯纤维优选为聚丙烯短纤维，优选的，所述聚丙烯短纤维的长度不大于9mm。聚丙烯纤维具有抗冲击性、防腐耐磨、密度低/质轻、疏水性和绝缘保温的特点，将聚丙烯纤维作为填料加入所述模块化建筑保温材料，通过较少的聚丙烯纤维用量，能改善所述模块化建筑保温材料的抗冲击性和抗菌性能。

所述聚苯乙烯的相对分子质量为5-200000。

所述助剂选自乳化剂、分散稳定剂和发泡剂。

所述引发剂为过氧化化合物或偶氮类化合物，根据不同反应温度，选择性质稳定的引发剂，优选的，所述引发剂为过氧化二苯甲酰(低温引发剂)、1，1-双(过氧化叔丁基)-3，3，5-三甲基环己烷(中温引发剂)和过氧化苯甲酸叔丁酯(高温引发剂)，最优选的，所述引发剂为过氧化氢异丙苯，过氧化氢异丙苯的沸点较高，在苯乙烯聚合反应温度下稳定不分解。

所述发泡剂为市售的聚苯乙烯发泡剂，在本发明的一个实施方式中，所述发泡剂为戊烷，在本发明的另一个实施方式中，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺(ac)发泡剂。

所述分散稳定剂为市售苯乙烯悬浮聚合的复合(有机和无机)分散稳定剂，在本发明的一个实施方式中，所述有机分散稳定剂为聚乙烯醇，无机分散稳定剂为磷酸三钙，在本发明的另一个实施方式中，所述有机分散稳定剂为羟乙基纤维素，无机分散稳定剂为磷酸三钙；复合分散稳定剂能够减轻粘釜现象，用量较少，既具有有机分散稳定剂的改善反应区域表面张力的作用，又具有无机分散稳定剂机械隔离反应区域和连续介质区域的作用。

所述乳化剂为市售苯乙烯悬浮聚合的乳化剂，在本发明的一个实施方式中，所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠。

所述建筑保温材料以100重量份的聚苯乙烯为基础，所述苯乙烯为100重量份，所述抗菌改性聚苯乙烯为2-5重量份，所述聚丙烯纤维为5-10重量份；所述抗菌改性聚苯乙烯的原料中所述抗菌剂为0.1-1重量份，苯乙烯为1-4.9重量份。

所述助剂和引发剂的加入量根据实际工艺情况确定。优选的，以100重量份的聚苯乙烯为基础，所述引发剂为1-3重量份，所述发泡剂为3-4重量份，所述有机分散稳定剂为7-9重量份，所述无机分散稳定剂为5-6重量份，所述乳化剂为3-5重量份。

本发明还提供了一种模块化建筑保温材料的制备方法，所述制备方法包括：(1)抗菌剂与苯乙烯在引发剂和助剂的作用下发生聚合反应，制得所述抗菌改性聚苯乙烯；(2)苯乙烯在引发剂和助剂的作用下发生聚合反应，制得聚苯乙烯；(3)所述抗菌改性聚苯乙烯、聚丙烯纤维和聚苯乙烯共混、发泡、成型，制得所述模块化建筑保温材料。

具体的，所述制备方法包括以下步骤：

(1)常温下，将引发剂溶解于20-25重量份的蒸馏水中，得引发剂溶液；

(2)常温下，将有机分散稳定剂溶解于15-20重量份的蒸馏水中，将无机分散稳定剂缓缓加入上述溶液，超声10-20分钟，得分散稳定液；

(3)常温下，将乳化剂溶解于10-15重量份的蒸馏水中，得乳化液；

(4)将苯乙烯、抗菌剂和0.6-0.8重量份发泡剂加入到五分之一重量份的所述引发剂溶液中，再分别加入五分之一重量份的所述分散稳定液和乳化液，搅拌均匀，送入到反应釜中，滴加浓度为1-5％的氨水，调节pH为7-9，通入氮气，在50-60℃下保温搅拌9-10小时，出料冷却，得所述抗菌改性聚苯乙烯；

(5)将苯乙烯和2.4-3.2重量份发泡剂加入到五分之四重量份的所述引发剂溶液中，再分别加入五分之四重量份的所述分散稳定液和乳化液，搅拌均匀，送入到反应釜中，调节pH为6.5-7.5，通入氮气，在80-90℃下保温搅拌9-10小时，出料冷却，得聚苯乙烯；

(6)将所述的抗菌改性聚苯乙烯和聚苯乙烯混合，送入到反应釜中，加入所述聚丙烯纤维，搅拌均匀，调节反应釜温度为110-120℃，保温加热2-3小时，高温发泡、成型，即得所述模块化建筑保温材料。

所述步骤(4)和(5)的顺序可以互换。

所述引发剂为过氧化化合物或偶氮类化合物，优选的，所述引发剂为过氧化氢异丙苯。

优选的，所述有机分散稳定剂为聚乙烯醇或羟甲基纤维素，所述无机分散稳定剂为磷酸三钙。

优选的，所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠。

优选的，所述抗菌剂为DMAE-BC。

优选的，所述发泡剂为戊烷或偶氮二甲酰胺(ac)发泡剂。

具体实施方式

除非另有定义，本发明中所使用的所有科学和技术术语具有与本发明涉及技术领域的技术人员通常理解的相同的含义。以下实施例用来说明本发明，但不用来限制本发明。

以下对比例和实施例中的聚苯乙烯的相对分子质量为100000，聚丙烯纤维的长度为9mm。

1、不含抗菌剂和聚丙烯纤维的聚苯乙烯建筑材料，只含一种改性剂(抗菌剂或聚丙烯纤维)的聚苯乙烯建筑材料，含有抗菌剂和聚丙烯纤维的本发明所述模块化建筑保温材料的性能对比。

对比例1

不含抗菌剂和聚丙烯纤维的聚苯乙烯建筑材料的制备方法包括以下步骤：

(1)取8重量份的聚乙烯醇，在常温下溶解于18重量份的蒸馏水中，将5重量份的磷酸三钙加入上述溶液，超声10-20分钟，得分散稳定液；

(2)取3重量份的十二烷基苯磺酸钠，在常温下溶解于12重量份的蒸馏水中，得乳化液；

(3)取2重量份的过氧化氢异丙苯，在常温下溶解于20重量份的蒸馏水中，得引发剂溶液；

(4)将100重量份苯乙烯和3重量份发泡剂加入到引发剂溶液中，再加入分散稳定液和乳化液，搅拌均匀，送入到反应釜中，调节pH为6.5-7.5，通入氮气，在80-90℃下保温搅拌9-10小时，出料冷却，得聚苯乙烯；

(5)将步骤(4)制得的聚苯乙烯，送入到反应釜中，搅拌均匀，调节反应釜温度为110-120℃，保温加热2-3小时，高温发泡、成型，即得普通模块化建筑保温材料。

对比例2

只含抗菌剂的聚苯乙烯建筑材料的制备方法包括以下步骤：

(1)取2重量份的过氧化氢异丙苯，在常温下溶解于20重量份的蒸馏水中，得引发剂溶液；

(2)取8重量份的聚乙烯醇，在常温下溶解于18重量份的蒸馏水中，将5重量份的磷酸三钙加入上述溶液，超声10-20分钟，得分散稳定液；

(3)取3重量份的十二烷基苯磺酸钠，在常温下溶解于12重量份的蒸馏水中，得乳化液；

(4)将4.5重量份苯乙烯、0.5重量份DMAE-BC和0.6重量份发泡剂加入到4.4重量份引发剂溶液中，再加入6.2重量份分散稳定液和5重量份乳化液，搅拌均匀，送入到反应釜中，滴加浓度为1-5％的氨水，调节pH为7-9，通入氮气，在50-60℃下保温搅拌9-10小时，出料冷却，得抗菌改性聚苯乙烯；

(5)将100重量份苯乙烯和2.4重量份发泡剂加入到17.6重量份引发剂溶液中，再加入24.8重量份分散稳定液和10重量份乳化液，搅拌均匀，送入到反应釜中，调节pH为6.5-7.5，通入氮气，在80-90℃下保温搅拌9-10小时，出料冷却，得聚苯乙烯；

(6)将制得的抗菌改性聚苯乙烯和聚苯乙烯混合，送入到反应釜中，搅拌均匀，调节反应釜温度为110-120℃，保温加热2-3小时，高温发泡、成型，即得所述模块化建筑保温材料。

对比例3

只含聚丙烯纤维的聚苯乙烯建筑材料的制备方法包括以下步骤：

(1)取2重量份的过氧化氢异丙苯，在常温下溶解于20重量份的蒸馏水中，得引发剂溶液；

(2)取8重量份的聚乙烯醇，在常温下溶解于18重量份的蒸馏水中，将5重量份的磷酸三钙加入上述溶液，超声10-20分钟，得分散稳定液；

(3)取3重量份的十二烷基苯磺酸钠，在常温下溶解于12重量份的蒸馏水中，得乳化液；

(4)将100重量份苯乙烯和3重量份发泡剂加入到引发剂溶液中，再加入分散稳定液和乳化液，搅拌均匀，送入到反应釜中，调节pH为6.5-7.5，通入氮气，在80-90℃下保温搅拌9-10小时，出料冷却，得聚苯乙烯；

(5)将制得的聚苯乙烯和7重量份的聚丙烯纤维，送入到反应釜中，搅拌均匀，调节反应釜温度为110-120℃，保温加热2-3小时，高温发泡、成型，即得模块化建筑保温材料。

实施例1

本发明所述模块化建筑保温材料的制备方法包括以下步骤：

(1)取2重量份的过氧化氢异丙苯，在常温下溶解于20重量份的蒸馏水中，得引发剂溶液；

(2)取8重量份的聚乙烯醇，在常温下溶解于18重量份的蒸馏水中，将5重量份的磷酸三钙加入上述溶液，超声10-20分钟，得分散稳定液；

(3)取3重量份的十二烷基苯磺酸钠，在常温下溶解于12重量份的蒸馏水中，得乳化液；

(4)将4.5重量份苯乙烯、0.5重量份DMAE-BC和0.6重量份发泡剂加入到4.4重量份引发剂溶液中，再加入6.2重量份分散稳定液和5重量份乳化液，搅拌均匀，送入到反应釜中，滴加浓度为1-5％的氨水，调节pH为7-9，通入氮气，在50-60℃下保温搅拌9-10小时，出料冷却，得抗菌改性聚苯乙烯；

(5)将100重量份苯乙烯和2.4重量份发泡剂加入到17.6重量份引发剂溶液中，再加入24.8重量份分散稳定液和10重量份乳化液，搅拌均匀，送入到反应釜中，调节pH为6.5-7.5，通入氮气，在80-90℃下保温搅拌9-10小时，出料冷却，得聚苯乙烯；

(6)将制得的抗菌改性聚苯乙烯和聚苯乙烯混合，送入到反应釜中，加入7重量份聚丙烯纤维，搅拌均匀，调节反应釜温度为110-120℃，保温加热2-3小时，高温发泡、成型，即得所述模块化建筑保温材料。

按照GB/T 31402-2015中记载的方法，对实施例1和对比例1-3中的聚苯乙烯建筑材料的抗菌性能进行检测。采用悬臂梁冲击强度表示实施例1和对比例1-3中的聚苯乙烯建筑材料的抗冲击强度。采用美国阻燃材料标准ANSI/UL-94-1985对实施例1和对比例1-3中的聚苯乙烯建筑材料的阻燃性能进行检测。以上实施例1和对比例1-3制成的聚苯乙烯建筑材料的测试数据如表1所示。

表1 实施例1和对比例1-3的聚苯乙烯建筑材料的性能对比

表1的结果表明，单独加入抗菌剂的对比例2的抗菌性能和阻燃性能明显增强；单独加入聚丙烯纤维的对比例3的抗冲击性明显增强，同时其抗菌性能比对比例1也有所增强；加入抗菌剂和聚丙烯纤维的实施例1的抗菌性能进一步增强，抗冲击性与对比例3的水平相当，阻燃性与对比例2的水平相当。实验结果证明，加入抗菌剂能够明显提高聚苯乙烯建筑材料的抗菌性能和阻燃性，加入聚丙烯纤维能够明显提高聚苯乙烯建筑材料的抗冲击性，同时也能适量提高聚苯乙烯建筑材料的抗菌性能。

2、抗菌剂分别以化学键联和共混的方式加入聚苯乙烯建筑材料的性能对比。

选取实施例1制备的所述模块化建筑保温材料为以化学键联的方式加入抗菌剂的样本。

实施例2

抗菌剂以共混的方式加入聚苯乙烯建筑材料的制备方法包括以下步骤：

(1)取8重量份的聚乙烯醇，在常温下溶解于18重量份的蒸馏水中，将5重量份的磷酸三钙加入上述溶液，超声10-20分钟，得分散稳定液；

(2)取0.6重量份的十二烷基苯磺酸钠，在常温下溶解于12重量份的蒸馏水中，得乳化液；

(3)取2重量份的过氧化氢异丙苯，在常温下溶解于20重量份的蒸馏水中，得引发剂溶液；

(4)取4.5重量份的苯乙烯和0.5重量份的DMAE-BC，并加入22重量份的蒸馏水中，加入0.6重量份发泡剂，搅拌均匀，得抗菌改性聚苯乙烯；

(5)将100重量份苯乙烯和2.4重量份发泡剂加入到引发剂溶液中，再加入分散稳定液和乳化液，搅拌均匀，送入到反应釜中，调节pH为6.5-7.5，通入氮气，在80-90℃下保温搅拌9-10小时，出料冷却，得聚苯乙烯；

(6)将制得的抗菌改性聚苯乙烯和聚苯乙烯混合，送入到反应釜中，加入7重量份聚丙烯纤维，搅拌均匀，调节反应釜温度为110-120℃，保温加热2-3小时，高温发泡、成型，即得模块化建筑保温材料。

按照GB/T 31402-2015中记载的方法，对实施例1和2中的聚苯乙烯建筑材料的抗菌性能进行检测，结果在表2中列出。

表2 实施例4和5的聚苯乙烯建筑材料的抗菌性能对比

表2的结果表明，实施例1的抗菌性能在7天的实验中比较稳定，基本没有衰减，证明抗菌剂稳定地存在于聚苯乙烯建筑材料；而实施例2的抗菌性能在第一天时与实施例1基本相当，但随着实验时间的延长，其抗菌性能快速下降。因此，以化学键联的方式加入抗菌剂能够使得聚苯乙烯建筑材料的抗菌性能更加持久稳定。

3、不同抗菌剂制备的所述模块化建筑保温材料的抗菌性能对比。

本发明选择的抗菌剂分别为DMAE-BC、甲基丙烯酰氧十二烷基溴吡啶(MDPB)、甲基丙烯酰氧乙基-正十六烷基-二甲基溴化铵(DMAE-CB)。

实施例3

本实施例除了抗菌剂为甲基丙烯酰氧乙基-正十六烷基-二甲基溴化铵(DMAE-CB)以外，其它制备方法和试剂用量与实施例1相同。

实施例4

本实施例除了抗菌剂为甲基丙烯酰氧十二烷基溴吡啶(MDPB)以外，其它制备方法和试剂用量与实施例1相同。

按照GB/T 31402-2015中记载的方法，对实施例1和3-4中的所述模块化建筑保温材料的抗菌性能进行检测，结果在表3中列出。

表3 实施例1和3-4的模块化建筑保温材料的抗菌性能对比

表3的结果表明，实施例1制备的模块化建筑保温材料相比实施例3-4的具有最高的抗菌性能，证明抗菌剂DMAE-BC能够为模块化建筑保温材料提供更好的抗菌性能。

综上所述，本发明利用抗菌剂和聚丙烯纤维改性制备所述模块化建筑保温材料，所述模块化建筑保温材料的抗菌性、抗冲击性和阻燃性都得到了提高，增强了材料的综合性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种模块化建筑保温材料，其特征在于，所述建筑保温材料含有抗菌改性聚苯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯纤维和助剂；所述抗菌改性聚苯乙烯的制备原料含有抗菌剂、苯乙烯，所述抗菌剂为甲基丙烯酰氧乙基-苄基-二甲基氯化铵(DMAE-BC)，其中，所述建筑保温材料的制备方法包括：

(1)所述抗菌剂与苯乙烯在引发剂和助剂的作用下发生聚合反应，制得所述抗菌改性聚苯乙烯；(2)苯乙烯在所述引发剂和助剂的作用下发生聚合反应，制得聚苯乙烯；(3)所述抗菌改性聚苯乙烯、聚丙烯纤维和聚苯乙烯共混、发泡、成型，制得所述模块化建筑保温材料，其中，步骤(1)的反应环境为弱碱性，并且需要通入氮气。

2.根据权利要求1所述的建筑保温材料，其特征在于，所述聚丙烯纤维为聚丙烯短纤维。

3.根据权利要求1所述的建筑保温材料，其特征在于，所述建筑保温材料以100重量份的聚苯乙烯为基准计，所述抗菌改性聚苯乙烯为2-5重量份，所述聚丙烯纤维为5-10重量份。

4.根据权利要求1所述的建筑保温材料，其特征在于，所述抗菌改性聚苯乙烯中，所述抗菌剂为0.1-1重量份，苯乙烯为1-4.9重量份。

5.根据权利要求1所述的建筑保温材料，其特征在于，所述助剂选自乳化剂、分散稳定剂、发泡剂和引发剂。