CN112029263A - 一种防火保温建筑材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于保温建筑材料技术领域，公开了一种防火保温建筑材料及其制备方法，所述防火保温建筑材料包括如下质量份数的组分：胶黏剂200～500份；阻燃改性聚合物泡沫颗粒40～50份；发泡剂5～10份；改性纳米填料2～10份；其中：所述阻燃改性聚合物泡沫颗粒包括聚合物泡沫颗粒、及包裹于聚合物泡沫颗粒表面的阻燃覆层，且所述阻燃覆层与聚合物泡沫颗粒的质量比为1：1；所述改性纳米填料包括改性纳米白石墨烯和改性纳米二氧化硅；综上，在本发明中利用阻燃改性聚合物泡沫颗粒与改性纳米填料的配合，有效提高最终成型的防火保温建筑材料的防火性能和机械强度，从而有效改善了阻燃剂添加量与材料机械结构强度之间的矛盾。

Description

一种防火保温建筑材料及其制备方法
技术领域
本发明属于保温建筑材料技术领域，具体涉及一种防火保温建筑材料及其制备方法。
背景技术
目前，传统的保温建筑材料主要由聚苯乙烯发泡板、聚氨酯发泡板制成。这些传统的保温建筑材料虽然具有良好的隔热性能，但其主体材料易燃烧，存在防火性差的缺陷。
在现有技术中，为改善上述保温建筑材料防火性差的问题，大多是采用添加阻燃剂的方式对保温建筑材料进行阻燃改性处理，而改性后的保温建筑材料的防火性能与其所添加的阻燃剂量之间存在正相关，即阻燃剂添加越多，防火等级越高；但是，阻燃剂添加量越多时，保温建筑材料的主体材料越少，因此则会影响最终成型的防火保温建筑材料的机械结构强度。
综上，可在本申请中提出一种防火性能好、机械结构强度高的防火保温建筑材料及其制备方法。
发明内容
鉴于此，为解决现有技术中阻燃剂添加量与材料机械结构强度之间的矛盾，本发明的目的在于提供一种防火保温建筑材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种防火保温建筑材料，包括如下质量份数的组分：
胶黏剂200～500份；
阻燃改性聚合物泡沫颗粒40～50份；
发泡剂5～10份；
改性纳米填料2～10份；
其中：
所述阻燃改性聚合物泡沫颗粒包括聚合物泡沫颗粒、及包裹于聚合物泡沫颗粒表面的阻燃覆层，且所述阻燃覆层与聚合物泡沫颗粒的质量比为1：1；
所述改性纳米填料包括改性纳米白石墨烯和改性纳米二氧化硅。
优选的，所述的聚合物泡沫颗粒至少包括聚苯乙烯泡沫颗粒或聚氨酯泡沫颗粒中的一种。
优选的，所述胶黏剂至少包括多异氰酸酯、明胶和聚乙烯醇中的一种。
优选的，所述阻燃覆层为有机阻燃覆层，是将有机阻燃剂熔化后通过浸渍的方式包覆于聚合物泡沫颗粒表面。
进一步的，所述有机阻燃剂采用含三嗪环六苯基磷酸酯阻燃剂。
优选的，所述改性纳米白石墨烯的改性剂为面活性剂，且所述面活性剂采用季铵化物、磺酸化物、非离子型表面活性剂中的一种。
优选的，所述改性纳米二氧化硅的改性剂为γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三氧基硅烷。
为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：一种防火保温建筑材料的制备方法，用于制备上述公开的防火保温建筑材料，具体包括如下步骤：
S1.原料预处理：制备阻燃改性聚合物泡沫颗粒和改性纳米填料；
S2.原料计量：按胶黏剂200～500份，阻燃改性聚合物泡沫颗粒40～50份，发泡剂5～10份，改性纳米填料2～10份的质量份数称量原料；
S3.原料混合：按步骤S2中称量的质量份数将阻燃改性聚合物泡沫颗粒、发泡剂和改性纳米填料加入搅拌桶中，室温搅拌均匀；然后向搅拌桶中加入胶黏剂，并在2000～3500r/min的转速下机械搅拌20～30秒；
S4.模压成型：将步骤S3中搅拌得到的混料加入成型模具中，并在1～10MPa压力下模压成型，冷却固化5～10分钟后脱模，脱模后在室温下陈化24小时，得到所述的防火保温建筑材料。
上述，在步骤S1中，制备阻燃改性聚合物泡沫颗粒时，包括：
将含三嗪环六苯基磷酸酯有机阻燃剂加热融化；
将至少包括聚苯乙烯泡沫颗粒或聚氨酯泡沫颗粒的聚合物泡沫颗粒浸渍至融化的机阻燃剂中1～3秒；
取出浸渍后的聚合物泡沫颗粒，冷却成型得到阻燃改性聚合物泡沫颗粒。
上述，在步骤S1中，制备改性纳米填料时，包括：
(1)制备改性纳米白石墨烯
以质量浓度为0.1％的季铵化物水溶液、磺酸化物水溶液或非离子型表面活性剂水溶液中的一种对5～7层的纳米白石墨烯进行24小时浸泡，然后经真空干燥得到改性纳米白石墨烯；
(2)制备改性纳米二氧化硅
按质量比为1：10的比例将γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三氧基硅烷与无水乙醇混合，然后加入纳米二氧化硅，超声搅拌反应后静置，得到纳米二氧化硅凝胶溶液；离心处理得到凝胶后用无水乙醇和去离子水分别洗涤三次，经真空干燥后得到改性纳米二氧化硅。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
在本发明中，利用阻燃剂包覆聚合物泡沫颗粒的方式对聚合物泡沫颗粒进行改性处理，以此使得防火保温建筑材料在遇到火灾时，位于表面的阻燃覆层能有效实现聚合物泡沫颗粒与火焰的隔离，从而达到良好的阻燃效果；并且，上述阻燃覆层是采用含三嗪环六苯基磷酸酯有机阻燃剂形成的，其结构中同时含有P、N元素，具有良好的成炭能力和P-N协同阻燃作用，从而进一步提高了整体防火保温建筑材料的阻燃防火性能。
另外，在本发明中，还添入了包含有改性纳米白石墨烯和改性纳米二氧化硅的改性纳米填料，具体对纳米白石墨烯和纳米二氧化硅进行改性处理，从而有效避免纳米材料产生团聚效应，以此使得纳米白石墨烯和纳米二氧化硅均能在防火保温建筑材料中形成良好的分散效果，进而有效提高防火保温建筑材料的机械结构强度，并保证防火保温建筑材料的其他性能不受影响。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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1
在本发明实施例中，所提供的一种防火保温建筑材料包括如下质量份数的组分：
胶黏剂(多异氰酸酯)220份；
阻燃改性聚合物泡沫颗粒(含三嗪环六苯基磷酸酯阻燃剂包裹聚氨酯泡沫颗粒)40份；
发泡剂(环戊烷)5份；
改性纳米白石墨烯2份；
改性纳米二氧化硅1份；
针对上述组分，其制备方法如下：
S1.原料预处理：制备阻燃改性聚合物泡沫颗粒、改性纳米白石墨烯和改性纳米二氧化硅；
具体包括：
(1)制备阻燃改性聚合物泡沫颗粒
将含三嗪环六苯基磷酸酯有机阻燃剂加热融化；
将至少包括聚苯乙烯泡沫颗粒或聚氨酯泡沫颗粒的聚合物泡沫颗粒浸渍至融化的机阻燃剂中1～3秒；
取出浸渍后的聚合物泡沫颗粒，冷却成型得到阻燃改性聚合物泡沫颗粒。
(2)制备改性纳米白石墨烯
以质量浓度为0.1％的季铵化物水溶液、磺酸化物水溶液或非离子型表面活性剂水溶液中的一种对5～7层的纳米白石墨烯进行24小时浸泡，然后经真空干燥得到改性纳米白石墨烯。
(3)制备改性纳米二氧化硅
按质量比为1：10的比例将γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三氧基硅烷与无水乙醇混合，然后加入纳米二氧化硅，超声搅拌反应后静置，得到纳米二氧化硅凝胶溶液；离心处理得到凝胶后用无水乙醇和去离子水分别洗涤三次，经真空干燥后得到改性纳米二氧化硅。
S2.原料计量：按本实施例上述所公开的配方进行全部原料的称量；
S3.原料混合：按步骤S2中称量的质量份数将阻燃改性聚合物泡沫颗粒、发泡剂和改性纳米填料加入搅拌桶中，室温搅拌均匀；然后向搅拌桶中加入胶黏剂，并在2000r/min的转速下机械搅拌25秒；
S4.模压成型：将步骤S3中搅拌得到的混料加入成型模具中，并在3MPa压力下模压成型，冷却固化6分钟后脱模，脱模后在室温下陈化24小时，得到所述的防火保温建筑材料。
实施例2
在本发明实施例中，所提供的一种防火保温建筑材料包括如下质量份数的组分：
胶黏剂(多异氰酸酯)300份；
阻燃改性聚合物泡沫颗粒(含三嗪环六苯基磷酸酯阻燃剂包裹聚氨酯泡沫颗粒)45份；
发泡剂(环戊烷)7份；
改性纳米白石墨烯3份；
改性纳米二氧化硅3份；
针对上述组分，其制备方法如下：
S1.原料预处理：制备阻燃改性聚合物泡沫颗粒、改性纳米白石墨烯和改性纳米二氧化硅；(同实施例1的制备)；
S2.原料计量：按本实施例上述所公开的配方进行全部原料的称量；
S3.原料混合：按步骤S2中称量的质量份数将阻燃改性聚合物泡沫颗粒、发泡剂和改性纳米填料加入搅拌桶中，室温搅拌均匀；然后向搅拌桶中加入胶黏剂，并在2500r/min的转速下机械搅拌28秒；
S4.模压成型：将步骤S3中搅拌得到的混料加入成型模具中，并在5MPa压力下模压成型，冷却固化7分钟后脱模，脱模后在室温下陈化24小时，得到所述的防火保温建筑材料。
实施例3
在本发明实施例中，所提供的一种防火保温建筑材料包括如下质量份数的组分：
胶黏剂(多异氰酸酯)400份；
阻燃改性聚合物泡沫颗粒(含三嗪环六苯基磷酸酯阻燃剂包裹聚氨酯泡沫颗粒)47份；
发泡剂(环戊烷)8份；
改性纳米白石墨烯4份；
改性纳米二氧化硅3份；
针对上述组分，其制备方法如下：
S1.原料预处理：制备阻燃改性聚合物泡沫颗粒、改性纳米白石墨烯和改性纳米二氧化硅；(同实施例1的制备)；
S2.原料计量：按本实施例上述所公开的配方进行全部原料的称量；
S3.原料混合：按步骤S2中称量的质量份数将阻燃改性聚合物泡沫颗粒、发泡剂和改性纳米填料加入搅拌桶中，室温搅拌均匀；然后向搅拌桶中加入胶黏剂，并在3200r/min的转速下机械搅拌23秒；
S4.模压成型：将步骤S3中搅拌得到的混料加入成型模具中，并在9MPa压力下模压成型，冷却固化9分钟后脱模，脱模后在室温下陈化24小时，得到所述的防火保温建筑材料。
综上，对上述3个实施例所制备的防火保温建筑材料进行检测，获得检测数据如下表：
实施例1 实施例2 实施例3
抗拉强度 205KPa 211KPa 213KPa
垂直燃烧等级 V-0级 V-0级 V-0级
防火燃烧等级 A2 A2 A2
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种防火保温建筑材料，其特征在于，包括如下质量份数的组分：
胶黏剂200～500份；
阻燃改性聚合物泡沫颗粒40～50份；
发泡剂5～10份；
改性纳米填料2～10份；
其中：
所述阻燃改性聚合物泡沫颗粒包括聚合物泡沫颗粒、及包裹于聚合物泡沫颗粒表面的阻燃覆层，且所述阻燃覆层与聚合物泡沫颗粒的质量比为1：1；
所述改性纳米填料包括改性纳米白石墨烯和改性纳米二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的一种防火保温建筑材料，其特征在于：所述的聚合物泡沫颗粒至少包括聚苯乙烯泡沫颗粒或聚氨酯泡沫颗粒中的一种。
3.根据权利要求2所述的一种防火保温建筑材料，其特征在于：所述胶黏剂至少包括多异氰酸酯、明胶和聚乙烯醇中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种防火保温建筑材料，其特征在于：所述阻燃覆层为有机阻燃覆层，是将有机阻燃剂熔化后通过浸渍的方式包覆于聚合物泡沫颗粒表面。
5.根据权利要求4所述的一种防火保温建筑材料，其特征在于：所述有机阻燃剂采用含三嗪环六苯基磷酸酯阻燃剂。
6.根据权利要求1所述的一种防火保温建筑材料，其特征在于：所述改性纳米白石墨烯的改性剂为面活性剂，且所述面活性剂采用季铵化物、磺酸化物、非离子型表面活性剂中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种防火保温建筑材料，其特征在于：所述改性纳米二氧化硅的改性剂为γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三氧基硅烷。
8.一种防火保温建筑材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.原料预处理：制备阻燃改性聚合物泡沫颗粒和改性纳米填料；
S2.原料计量：按胶黏剂200～500份，阻燃改性聚合物泡沫颗粒40～50份，发泡剂5～10份，改性纳米填料2～10份的质量份数称量原料；
S3.原料混合：按步骤S2中称量的质量份数将阻燃改性聚合物泡沫颗粒、发泡剂和改性纳米填料加入搅拌桶中，室温搅拌均匀；然后向搅拌桶中加入胶黏剂，并在2000～3500r/min的转速下机械搅拌20～30秒；
S4.模压成型：将步骤S3中搅拌得到的混料加入成型模具中，并在1～10MPa压力下模压成型，冷却固化5～10分钟后脱模，脱模后在室温下陈化24小时，得到所述的防火保温建筑材料。
9.根据权利要求8所述的一种防火保温建筑材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，制备阻燃改性聚合物泡沫颗粒时，包括：
将含三嗪环六苯基磷酸酯有机阻燃剂加热融化；
将至少包括聚苯乙烯泡沫颗粒或聚氨酯泡沫颗粒的聚合物泡沫颗粒浸渍至融化的机阻燃剂中1～3秒；
取出浸渍后的聚合物泡沫颗粒，冷却成型得到阻燃改性聚合物泡沫颗粒。
10.根据权利要求8所述的一种防火保温建筑材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，制备改性纳米填料时，包括：
(1)制备改性纳米白石墨烯
以质量浓度为0.1％的季铵化物水溶液、磺酸化物水溶液或非离子型表面活性剂水溶液中的一种对5～7层的纳米白石墨烯进行24小时浸泡，然后经真空干燥得到改性纳米白石墨烯；
(2)制备改性纳米二氧化硅
按质量比为1：10的比例将γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三氧基硅烷与无水乙醇混合，然后加入纳米二氧化硅，超声搅拌反应后静置，得到纳米二氧化硅凝胶溶液；离心处理得到凝胶后用无水乙醇和去离子水分别洗涤三次，经真空干燥后得到改性纳米二氧化硅。
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