CN109879652B

CN109879652B - 一种含聚苯乙烯的原料组合物及保温板

Info

Publication number: CN109879652B
Application number: CN201810885753.3A
Authority: CN
Inventors: 刘丙强
Original assignee: Shanghai Shengkui New Building Materials Co ltd
Current assignee: Shanghai Shengkui new building materials Co.,Ltd.
Priority date: 2018-08-06
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2020-12-29
Anticipated expiration: 2038-08-06
Also published as: CN109879652A

Abstract

本发明公开了一种含聚苯乙烯的原料组合物及保温板。该原料组合物组分及重量配比为：硅质物20～120份、氧化钙和/或氢氧化钙10～111份、聚苯乙烯颗粒1～21份和水。由该原料组合物制得的保温板综合性能优异，抗拉强度高(0.13MPa以上)、抗压强度高(0.29MPa以上)，导热系数低(在25℃下,0.063W/(m·k)以下)，弯曲变形值高(6.1mm以上)，而且使其制成的保温材料能具有高效的保温效果的同时，具有不燃的防火性能(防火等级不低于A2级)。

Description

一种含聚苯乙烯的原料组合物及保温板

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种含聚苯乙烯的原料组合物及保温板。

背景技术

建筑节能是执行国家环境保护和节约能源政策的主要内容，是贯彻国民经济可持续发展战略的重要组成部分。随着节能标准的逐年提高，外墙保温技术得到了长足的发展，并成为我国一项重要的建筑节能技术。但近年来外墙保温材料的脱落及火灾等事故频发，造成了重大的人员伤亡和财产损失。随着建筑节能的全面推进，尤其建筑节能材料的防火问题也越来越严峻。目前外墙保温所用的保温材料主要分为无机保温材料与有机保温材料两大类，但这些材料普遍存在节能与防火不能兼顾的缺点。有机材料耐热差、易燃烧，而且在燃烧时释放大量热量、产生大量有毒烟气，不仅会加速大火蔓延、而且容易造成被困人员及救援人员伤亡。一旦遇火就会迅速燃烧，并极易产生滴熔的情况，加速或是蔓延。无机材料则存在抗拉强度不高所导致的保温层整体脱落，由此造成极人员、财务损失的事故。

目前市场上有两种聚苯乙烯改性的保温板，一种是采用发泡酚醛树脂作为连续相混合物和作为分散相的发泡聚苯乙烯颗粒混合，采用加温、加压、发泡、固化后再切割而成，这类板材根据DG/TJ 08-2212-2016《热固改性聚苯板保温系统应用技术规程》中的要求，密度要求为35～55kg/m³，导热系数要求小于0.039W/(m·K)，但是其燃烧性只能达到B级(难燃)；另一种保温板采用无机胶凝材料、石墨聚苯乙烯颗粒以及多种添加剂通过混合搅拌、灌模加压成型、自然养护或蒸汽养护等工艺，经切割制成的保温板。根据《无机改性不燃保温板外墙保温系统应用技术标准》其密度要求小于170kg/m³，导热系数小于0.052W/(m·K)，燃烧性能达到A2级，但是此类板材脆性很大，规格尺寸小于1200mm×600mm，否则容易断裂，根据标准要求，其垂直表面的抗拉强度仅需大于0.10MPa，强度要求不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的保温板抗拉强度不够高，防火等级不够高的缺陷，提供一种含聚苯乙烯的原料组合物及保温板。本发明的保温板综合性能优异，抗拉强度高(0.13MPa以上)、抗压强度高(0.29MPa以上)，导热系数低(在25℃下,0.063W/(m·k)以下)，弯曲变形值高(6.1mm以上)，而且使其制成的保温材料能具有高效的保温效果的同时，具有不燃的防火性能(防火等级不低于A2级)。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供了一种含聚苯乙烯的原料组合物，其组分及重量配比为：硅质物20～120份、粘结剂10～111份、聚苯乙烯颗粒1～21份和水，其中，所述粘结剂包括氧化钙和/或氢氧化钙。

本发明中，所述原料组合物中，所述聚苯乙烯颗粒与“除所述水和所述聚苯乙烯颗粒以外的原料”的重量比较佳地为(1～16)：(84～99)，更佳地为2:98、4:93、6:94、8:92、10:90、12:88或15:85。

本发明中，所述原料组合物较佳地还可包括添加剂。所述添加剂为本领域常规使用的添加剂，例如，所述添加剂包括减水剂、防水剂、可再分散乳胶粉、纤维素醚、石墨和发泡剂。

其中，所述减水剂的用量可为本领域常规，较佳地为1.5～3.5份，更佳地为2.57～2.99，例如2.66、2.72、2.78、2.84、2.90或2.96。

其中，所述纤维素醚一般是指由纤维素制成的具有醚结构的高分子化合物。所述纤维素醚的用量可为本领域常规，较佳地为0.3～1份，更佳地为0.57～0.66，例如0.59、0.60、0.62、0.63或0.64。

本发明中，所述硅质物为本领域常规使用的硅质矿物，主要组成为二氧化硅，表现形式可包括性微硅粉、玻化微珠、石英粉、高岭土、膨润土、水玻璃和硅藻土中的一种或多种。

本发明中，所述聚苯乙烯颗粒较佳地还可为含有石墨的石墨聚苯乙烯颗粒。

本发明中，所述硅质物的份数较佳地为24.48～110.16，更佳地为36.72～107.71，例如，48.96、61.20、73.44、85.68、92.48、95.74、97.92、100.10、100.16、102.27、104.45或106.62。

本发明中，所述粘结剂的份数较佳地为12.24～110.16，更佳地为23.12～97.92，例如23.94、24.48、25.02、25.57、26.11、26.66、26.93、36.72、48.96、61.20、73.44或85.68。

本发明中，所述聚苯乙烯颗粒的份数较佳地为1.40～16.80，更佳地为2.8～14.00，例如5.6、8.4或11.2。

本发明中，所述水的用量可为本领域常规，较佳地为40～65份，更佳地为45～60份，例如50份。

本发明中，所述保温材料层的原料组合物较佳地可包括以下重量份数的组分：所述硅质物20～120份、所述氧化钙和/或氢氧化钙10～100份、所述聚苯乙烯颗粒1～21份、所述水40～65份、所述纤维素醚0.3～1份和所述减水剂1.5～3.5份。

本发明还提供了一种保温板，该保温板的材料为如前所述的含聚苯乙烯的原料组合物，所述保温板可通过本领域常规方法制得，可通过下述方式I或方式II获得：

方式I：在模具内，将预合后的含聚苯乙烯的原料组合物加压，加温，固化成型即可；

方式II：在模具内，将预合后的含聚苯乙烯的原料组合物先加压、保持压力后，再加温，固化成型即可。

方式I或方式II中，所述模具为建筑材料领域常规使用的模具，其规格或尺寸可根据实际需求选择。

方式I或方式II中，所述预混合的操作和参数均为本领域常规，较佳地按下述步骤进行：在10-30℃下，将发泡后的聚苯乙烯颗粒与所述原料组合物的其它物料混合均匀即可。其中所述发泡后的聚苯乙烯颗粒可通过本领域常规方法制得，较佳地通过下述步骤制得：在60～200℃下加热所述聚苯乙烯颗粒，使其膨胀体积增加，即得。

方式I或方式II中，所述加压的操作和条件可为本领域常规的操作和条件。所述加压后的压力可为本领域常规，较佳地为0.10～0.18MPa。

方式I或方式II中，所述加温的操作和条件可为本领域常规的操作和条件。所述加温时，加热装置的设定温度可为本领域常规，较佳地为60～240℃，更佳地为140～170℃。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的保温板综合性能优异，抗拉强度高(0.13MPa以上)、抗压强度高(0.29MPa以上)，导热系数低(在25℃下,0.063W/(m·k)以下)，弯曲变形值高(6.1mm以上)，而且使其制成的保温材料能具有高效的保温效果的同时，具有不燃的防火性能(防火等级不低于A2级)。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

本发明各个实施例和对比例使用的材料具体说明如下：

活性微硅粉：1250目(又称硅灰)，购自上海维特锐实业发展有限公司

氧化钙：又称生石灰，购自太仓市东方冶金石灰制品厂

减水剂：HF缓凝高效减水剂，购自上海东大化工有限公司

纤维素醚：购自欧锦化工

聚苯乙烯颗粒：购自无锡兴达泡塑新材料股份有限公司

实施例1～17

实施例1～9的各原料组分及重量份数如表1所示。

实施例10～17的各原料组分及重量份数如表2所示。

对比例1～2的各原料组分及重量份数如表2所示。

实施例1～17的保温板的制备工艺如下所示：

(1)通过加热，使聚苯乙烯颗粒膨胀体积增加，得一次发泡的聚苯乙烯颗粒。通过设定蒸汽压力，使其密度发生相应的变化，从而达到所需密度要求。蒸汽压力设定为0.2MPa，温度设定60～200(较佳地100℃)，时间设定为30秒，保压10秒，减压3秒。

(2)在25℃下将除苯乙烯以外的原料组合物混合搅拌均匀(搅拌时间根据温度变化进行相应调整，搅拌机转速设定为300转/分钟)，使其全部搅拌均匀成为预拌胶凝材料。接着，在搅拌缸中加入一次发泡的聚苯乙烯颗粒，开动搅拌机后放入预拌凝胶材料进行混合搅拌，充分使其均匀混合。经过多次反复试验，搅拌转速需设定在100转/分钟，搅拌5分钟，转速过快或搅拌时间过长会使聚苯乙烯颗粒收缩、变形。

(3)再将搅拌后的混合物(含有聚苯乙烯颗粒)输入模具内(模具内垫1mm厚玻璃纸，便于后期脱模)，由于材料加热加压后会产生一定比例收缩，经过多次试验后发现，按产品厚度5cm为例，料位计的高度需调整到10cm，收缩比例为50％。且为保证混合物输入模具过程中避免不均匀现象产生，传动速度应设定在1分钟1m的比例为最佳。

(4)将模具完全进入到加压装置中，设定压力为0.18MPa，当压力到达后，加热装置设定温度为140℃，进行加热，固化成型即可。最后可关闭加热装置，让其自然冷却(水冷却或风冷却均可)出模。

在加温过程中，聚苯乙烯颗粒在模具中进行二次发泡，使得密实度进一步提高，抗拉强度也得到提高。

(5)对出模后的产品进行养护室养护，养护室需干燥、通风，养护时间一般在10天左右，根据温度、湿度而定。

表1

表2

注：表1、表2中，A是指的聚苯乙烯颗粒的用量，B是指的微硅粉、氧化钙、纤维素醚和减水剂的用量。

实施例18

本实施例中，除不含有纤维素醚和减水剂外，其它物质的种类及用量与实施例1相同。实施例18保温板的制备工艺如下所示：

(1)通过加热，使石墨聚苯乙烯颗粒膨胀体积增加，得一次发泡的聚苯乙烯颗粒。通过设定蒸汽压力，使其密度发生相应的变化，从而达到所需密度要求。蒸汽压力设定为0.2MPa，温度设定100℃，时间设定为30秒，保压10秒，减压3秒。

(2)在25℃下将除石墨苯乙烯以外的原料组合物混合搅拌均匀(搅拌时间根据温度变化进行相应调整，搅拌机转速设定为300转/分钟)，使其全部搅拌均匀成为预拌胶凝材料。接着，在搅拌缸中加入一次发泡的聚苯乙烯颗粒，开动搅拌机后放入预拌凝胶材料进行混合搅拌，充分使其均匀混合。经过多次反复试验，搅拌转速需设定在100转/分钟，搅拌5分钟，转速过快或搅拌时间过长会使石墨聚苯乙烯颗粒收缩、变形。另可根据客户需求的容重调整所加入的石墨聚苯乙烯材料容重。

(3)再将搅拌后的混合物(含有石墨聚苯乙烯颗粒)输入模具内(模具内垫1mm厚玻璃纸，便于后期脱模)，由于材料加热加压后会产生一定比例收缩，经过多次试验后发现，按产品厚度5cm为例，料位计的高度需调整到10cm，收缩比例为50％。且为保证混合物输入模具过程中避免不均匀现象产生，传动速度应设定在1分钟1m的比例为最佳。

(4)当模具进入压平台前，将油温机温度设定为170℃之间进行压平台预热。当温度达到设定值后将模具推入，用油压气缸向上挤压，加压15分钟成型(保温板表面的压力为0.10MPa)后关闭油温机让其自然冷却出模。在加温加压过程中，石墨聚苯乙烯颗粒在模具中进行二次发泡，使得密实度进一步提高，抗拉强度也得到提高。

实施例18制得的保温板的效果与实施例1制得的保温板的效果相当。

实施例19

本实施例中，将实施例1中的氧化钙替换为等量的氢氧化钙，其它物质的种类及用量与实施例1相同。

实施例19的保温板的制备工艺与实施例1相同。实施例19制得的保温板的效果与实施例1制得的保温板的效果相当。

效果实施例1

采用实施例1～19、对比例1～2的配比制备的试样根据GB/T 5486—2008《无机硬质绝热制品试验方法》测试抗压强度，根据GB/T 29906-2013《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统材料》测试垂直于板面的抗拉强度，根据GB/T 10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》测试导热系数，根据GB/T 10801.1《绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料》测试弯曲变形，根据GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》测试燃烧性能级别。实施例1～9的测试结果见表3，实施例10～17、对比例1～2的测试结果见表4。

表3

表4

Claims

1.一种保温板，该保温板的原料为含聚苯乙烯的原料组合物，所述含聚苯乙烯的原料组合物的组分及重量配比为：硅质物20~120份、粘结剂10~111份、聚苯乙烯颗粒1~21份和水，其中，所述粘结剂为氧化钙和/或氢氧化钙；所述原料组合物中，所述聚苯乙烯颗粒与“除所述水和所述聚苯乙烯颗粒以外的原料”的重量比为（1~16）：（84~99）；

所述保温板通过下述方式I或方式II获得：

方式I：在模具内，将预混合后的含聚苯乙烯的原料组合物加压，加温，固化成型即可；

方式II：在模具内，将预混合后的含聚苯乙烯的原料组合物先加压、保持压力后，再加温，固化成型即可；

方式I或方式II中，所述加温时，加热装置的设定温度为60~240℃；

在加温过程中，所述聚苯乙烯颗粒在模具中进行二次发泡。

2.如权利要求1所述的保温板，其特征在于，所述原料组合物还包括添加剂；所述添加剂包括减水剂、防水剂、可再分散乳胶粉、纤维素醚、石墨和发泡剂；

和/或，所述硅质物包括活性微硅粉、玻化微珠、石英粉、高岭土、膨润土、水玻璃和硅藻土中的一种或多种；

和/或，所述聚苯乙烯颗粒还为含有石墨的石墨聚苯乙烯颗粒。

3.如权利要求2所述的保温板，其特征在于，所述原料组合物包括以下重量份数的组分：所述硅质物20~120份、所述氧化钙和/或氢氧化钙10~110.16份、所述聚苯乙烯颗粒1~21份、所述水40~65份、所述纤维素醚0.3~1份和所述减水剂1.5~3.5份。

4.如权利要求2所述的保温板，其特征在于，所述原料组合物中，所述聚苯乙烯颗粒与“除所述水和所述聚苯乙烯颗粒以外的原料”的重量比为2:98、4:93、6:94、8:92、10:90、12:88或15:85；

和/或，所述减水剂的用量为1.5~3.5份；

和/或，所述纤维素醚的用量为0.3~1份。

5.如权利要求4所述的保温板，其特征在于，所述原料组合物包括以下重量份数的组分：所述硅质物20~120份、所述氧化钙和/或氢氧化钙10~110.16份、所述聚苯乙烯颗粒1~21份、所述水40~65份、所述纤维素醚0.3~1份和所述减水剂1.5~3.5份。

6.如权利要求4或5所述的保温板，其特征在于，所述减水剂的用量为2.57~2.99份；

和/或，所述纤维素醚的用量为0.57~0.66份。

7.如权利要求6所述的保温板，其特征在于，所述减水剂的用量为2.66份、2.72份、2.78份、2.84份、2.90份或2.96份；

和/或，所述纤维素醚的用量为0.59份、0.60份、0.62份、0.63份或0.64份。

8.如权利要求1、3或5所述的保温板，其特征在于，所述硅质物的用量为24.48~110.16份；

和/或，所述粘结剂的用量为12.24~110.16份；

和/或，所述聚苯乙烯颗粒的用量为1.40~16.80份；

和/或，所述水的用量为40~65份。

9.如权利要求8所述的保温板，其特征在于，所述硅质物的用量为36.72~107.71份；

和/或，所述粘结剂的用量为23.12~97.92份；

和/或，所述聚苯乙烯颗粒的用量为2.8~14.00份；

和/或，所述水的用量为45~60份。

10.如权利要求9所述的保温板，其特征在于，所述硅质物的用量为48.96份、61.20份、73.44份、85.68份、92.48份、95.74份、97.92份、100.10份、100.16份、102.27份、104.45份或106.62份；

和/或，所述粘结剂的用量为23.94份、24.48份、25.02份、25.57份、26.11份、26.66份、26.93份、36.72份、48.96份、61.20份、73.44份或85.68份；

和/或，所述聚苯乙烯颗粒的用量为5.6份、8.4份或11.2份；

和/或，所述水的用量为50份。

11.如权利要求1所述的保温板，其特征在于，方式I或方式II中，所述预混合的操作按下述步骤进行：在10-30℃下，将发泡后的聚苯乙烯颗粒与所述原料组合物的剩余物料混合均匀即可；

和/或，方式I或方式II中，所述加压后的压力为0.10~0.18MPa。

12.如权利要求11所述的保温板，其特征在于，所述发泡后的聚苯乙烯颗粒通过下述步骤制得：在60~200℃下加热所述聚苯乙烯颗粒，使其膨胀体积增加，即得；

和/或，方式I或方式II中，加热装置的设定温度为140~170℃。