CN110950617B - 保温材料及保温板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种保温材料和保温板。该保温材料包括以下重量份的原料：硅质物10‑121份、粘结剂10‑114份、聚苯乙烯颗粒1‑21份和水；其中，粘结剂包括氧化钙和/或氢氧化钙；硅质物和粘结剂中至少一种包括纳米级材料；当硅质物中包含纳米级硅质物时，纳米级硅质物占硅质物总重量的10‑60％；当粘结剂中包含纳米级粘结剂时，纳米级粘结剂占粘结剂总重量的10‑40％。本发明的保温板综合性能优异，抗拉强度0.13MPa以上、抗压强度0.2MPa以上，导热系数在25℃为0.048W/(m·k)以下，弯曲变形值6.0mm以上，而且具有高效的保温效果和不燃的防火性能(防火等级不低于A2级)。

Description

保温材料及保温板
技术领域
本发明涉及一种保温材料及保温板。
背景技术
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。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。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，引起事故。
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、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，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，施工后存在因强度不高而引起的脱落问题。
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、保温性能与防火等级两者不能兼顾的缺陷，提供一种保温材料及保温板。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(0.2MPa以上)，导热系数低(在25℃下，0.048W/(m·k)以下)，弯曲变形值高(6.0mm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)。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。
本发明提供了一种保温材料，其包括以下重量份的原料：硅质物10-121份、粘结剂10-114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；所述硅质物和所述粘结剂中至少一种包括纳米级材料；当所述硅质物中包含纳米级硅质物时，所述纳米级硅质物占所述硅质物总重量的10-60％；当所述粘结剂中包含纳米级粘结剂时，所述纳米级粘结剂占所述粘结剂总重量的10-40％。
本发明中，所述粘结剂与所述硅质物的重量比较佳地为(2-6)：(4-8)，更佳地为3:7、4:6或5:5。
本发明中，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、4:96、6:94、8:92、10:90、12:88或15:85。
本发明中，较佳地，所述纳米级硅质物占所述硅质物总量的20-50％，更佳地为30-40％。
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，所述纳米级硅质物可为本领域常规使用的纳米级硅质物，例如可为纳米二氧化硅，所述纳米二氧化硅的粒径较佳地为10-100nm，更佳地为15-50nm。所述纳米级硅质物的表现形式包括二氧化硅气凝胶等。
本发明中，所述纳米级粘结剂可为本领域常规使用的纳米级粘结剂，例如可为纳米氧化钙和/或纳米氢氧化钙。所述纳米氧化钙的粒径可为10-100nm，还可为15-50nm，又可为20nm。所述纳米氢氧化钙的粒径可为10-100nm，还可为15-50nm，又可为20nm。
本发明中，较佳地，所述纳米级粘结剂占所述粘结剂总量的20-30％。
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50-110，更佳地为60-88。
本发明中，所述粘结剂的份数较佳地为25-76，更佳地为37-63。
本发明中，所述聚苯乙烯颗粒的份数较佳地为1.4-16.8，更佳地为2.8-14.0。
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。
本发明还提供了一种保温板，该保温板的材料为如前所述的保温材料，所述保温板可通过本领域常规的方法制得，可通过下述方式I或方式II获得：
方式I：在模具内，将预混合后的所述保温材料的原料加压，加温，固化成型即可；
方式II：在模具内，将预混合后的所述保温材料的原料先加压、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。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
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(0.2MPa以上)，导热系数低(在25℃下，0.048W/(m·k)以下)，弯曲变形值高(6mm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。
本发明各个实施例使用的材料具体说明如下：
二氧化硅：又称硅石，购自天津市津北精细化工有限公司
纳米二氧化硅：购自江苏天行新材料有限公司，粒径为15nm
氧化钙：又称生石灰，购自太仓市东方冶金石灰制品厂
纳米氧化钙：购自苏州名匠精细化工有限公司，粒径为20nm
石墨聚苯乙烯颗粒：F301GT购自天津斯坦利新型材料有限公司，基本制作方法为是在可发性聚苯乙烯(EPS)中添加5％-50％质量的膨化石墨和2％-20％的磷酸化合物作为阻燃剂对可发性聚苯乙烯进行改性，通过悬浮聚合法或挤出法制备膨胀聚苯乙烯颗粒。
本发明各个实施例使用的测试标准具体说明如下：
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/T29906-2013《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。
以下实施例1-25和对比例1-5中保温材料的原料的组分见表1-4。
表1
Figure BDA0001813710770000051
表2
Figure BDA0001813710770000052
Figure BDA0001813710770000061
表3
Figure BDA0001813710770000062
表4
Figure BDA0001813710770000063
注：表1-4中，份数为重量份。A是指的石墨聚苯乙烯颗粒的用量，B是指的二氧化硅、纳米二氧化硅和氧化钙的用量。C是指氧化钙的用量，D是指二氧化硅和纳米二氧化硅的用量。E是指纳米二氧化硅占二氧化硅和纳米二氧化硅总用量的百分比。
以上实施例1-25，对比例1-5可通过下述步骤制备得到保温板。制备过程：
(1)将石墨聚苯乙烯颗粒一次发泡，通过加热石墨聚苯乙烯颗粒，使之膨胀体积增加，并且通过设定蒸汽压力，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℃，一次发泡的时间为10秒，然后保压30秒，然后减压3秒。
(2)在25℃下将除石墨苯乙烯以外的原料混合搅拌均匀(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。
(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。
实施例26
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26的保温板的制备工艺与实施例1相同。实施例26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
实施例1-25和对比例1-5制得的保温板的测试结果见表5-7。
表5
Figure BDA0001813710770000081
表6
Figure BDA0001813710770000082
Figure BDA0001813710770000091
表7
Figure BDA0001813710770000092
以下实施例27-49和对比例6-12中保温材料的原料的组分见表8-12。
表8
Figure BDA0001813710770000093
Figure BDA0001813710770000101
表9
组分(份) 实施例36 实施例37 实施例38 实施例39 实施例40
二氧化硅 110.634 109.516 107.281 105.046 102.811
氧化钙 22.127 21.903 21.456 21.009 20.562
纳米氧化钙 5.532 5.476 5.364 5.252 5.141
石墨聚苯乙烯颗粒 1.40 2.80 5.60 8.40 11.20
水 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00
A：B 1:99 2:98 4:96 6:94 8:92
C：D 2:8 2:8 2:8 2:8 2:8
F 20％ 20％ 20％ 20％ 20％
表10
组分(份) 实施例41 实施例42 实施例43 实施例44 实施例45
二氧化硅 100.576 98.341 94.988 92.753 89.401
氧化钙 20.115 19.668 18.998 18.551 17.880
纳米氧化钙 5.029 4.917 4.749 4.638 4.470
石墨聚苯乙烯颗粒 14.000 16.800 21.000 23.800 28.000
水 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00
A：B 10:90 12:88 15:85 17:83 20:80
C：D 2:8 2:8 2:8 2:8 2:8
F 20％ 20％ 20％ 20％ 20％
表11
组分(份) 实施例46 实施例47 实施例48 实施例49
二氧化硅 100.58 100.58 100.58 100.58
氧化钙 22.63 20.12 17.60 15.08
纳米氧化钙 2.51 5.03 7.54 10.06
石墨聚苯乙烯颗粒 14.00 14.00 14.00 14.00
水 50.00 50.00 50.00 50.00
A：B 10:90 10:90 10:90 10:90
C：D 2:8 2:8 2:8 2:8
F 10％ 20％ 30％ 40％
表12
Figure BDA0001813710770000111
注：表8-12中，份数为重量份。A是指的石墨聚苯乙烯颗粒的用量，B是指的二氧化硅、纳米二氧化硅和氧化钙的用量。C是指氧化钙的用量，D是指二氧化硅和纳米二氧化硅的用量。F是指纳米氧化钙占氧化钙和纳米氧化钙总用量的百分比。
以上实施例27-49，对比例6-12的保温板的制备工艺与实施例1相同。
实施例50
本实施例中，将实施例27中的纳米氧化钙替换为等量的纳米氢氧化钙，其它物质的种类及用量与实施例27相同。
实施例50的保温板的制备工艺与实施例27相同。实施例50制得的保温板的效果与实施例27制得的保温板的效果相当。
效果实施例2
实施例27-49和对比例6-12制得的保温板的测试结果见表13-15。
表13
Figure BDA0001813710770000121
表14
Figure BDA0001813710770000122
Figure BDA0001813710770000131
表15
Figure BDA0001813710770000132
以下实施例51-74中保温材料的原料的组分见表16-19。
表16
Figure BDA0001813710770000133
表17
Figure BDA0001813710770000141
表18
Figure BDA0001813710770000142
表19
Figure BDA0001813710770000143
Figure BDA0001813710770000151
注：表16-19中，份数为重量份。E是指纳米二氧化硅占二氧化硅和纳米二氧化硅总用量的百分比。F是指纳米氧化钙占氧化钙和纳米氧化钙总用量的百分比。
以上实施例51-74的保温板的制备工艺与实施例1相同。
效果实施例3
实施例51-74制得的保温板的测试结果见表20-23。
表20
Figure BDA0001813710770000152
表21
Figure BDA0001813710770000153
Figure BDA0001813710770000161
表22
Figure BDA0001813710770000162
表23
Figure BDA0001813710770000163
Figure BDA0001813710770000171
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (21)

1.一种保温板，其特征在于，其包括以下重量份的原料：硅质物10-121份、粘结剂10-114份、聚苯乙烯颗粒1-21份和水；其中，所述粘结剂与所述硅质物的重量比为（2-6）：（4-8）；所述粘结剂为氧化钙和/或氢氧化钙；所述硅质物和所述粘结剂中至少一种包括纳米级材料；当所述硅质物中包含纳米级硅质物时，所述纳米级硅质物占所述硅质物总重量的10-60%；当所述粘结剂中包含纳米级粘结剂时，所述纳米级粘结剂占所述粘结剂总重量的10-40%；所述纳米级粘结剂为纳米氧化钙和/或纳米氢氧化钙；
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，将预混合后的所述保温板的原料加压，加温，固化成型即可；
方式II：在模具内，将预混合后的所述保温板的原料先加压、保持压力后，再加温，固化成型即可。
2.如权利要求1所述的保温板，其特征在于，所述硅质物包括微硅粉、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；
所述纳米级硅质物为纳米二氧化硅。
3.如权利要求1所述的保温板，其特征在于，所述聚苯乙烯颗粒为含有石墨的石墨聚苯乙烯颗粒。
4.如权利要求2所述的保温板，其特征在于，所述纳米二氧化硅的粒径为10-100nm；
所述纳米氧化钙的粒径为10-100nm。
5.如权利要求2所述的保温板，其特征在于，所述纳米氢氧化钙的粒径为10-100nm。
6.如权利要求4所述的保温板，其特征在于，所述纳米二氧化硅的粒径为15-50nm。
7.如权利要求4所述的保温板，其特征在于，所述纳米氧化钙的粒径为15-50nm。
8.如权利要求5所述的保温板，其特征在于，所述纳米氢氧化钙的粒径为15-50nm。
9.如权利要求1所述的保温板，其特征在于，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）；
所述纳米级硅质物占所述硅质物总重量的20-50%。
10.如权利要求1所述的保温板，其特征在于，所述纳米级粘结剂占所述粘结剂总重量的20-30%。
11.如权利要求9所述的保温板，其特征在于，所述粘结剂与所述硅质物的重量比为3:7、4:6或5:5；
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、4:96、6:94、8:92、10:90、12:88或15:85。
12.如权利要求9所述的保温板，其特征在于，所述纳米级硅质物占所述硅质物总重量的30-40%。
13.如权利要求1所述的保温板，其特征在于，所述硅质物的份数为50-110；
所述粘结剂的份数为25-76；
所述聚苯乙烯颗粒的份数为1.4-16.8。
14.如权利要求1所述的保温板，其特征在于，所述水的用量为40-65份。
15.如权利要求13所述的保温板，其特征在于，所述硅质物的份数为60-88；
所述粘结剂的份数为37-63；
所述聚苯乙烯颗粒的份数为2.8-14.0。
16.如权利要求14所述的保温板，其特征在于，所述水的用量为45-60份。
17.如权利要求16所述的保温板，其特征在于，所述水的用量为50份。
18.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原料组合物的剩余物料混合均匀即可；
方式I或方式II中，所述加压后的压力为0.10-0.18MPa。
19.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，所述加温时，加热装置的设定温度为60-240℃。
20.如权利要求18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。
21.如权利要求18所述的保温板，其特征在于，方式I或方式II中，所述加温时，加热装置的设定温度为140-170℃。
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