CN113150353B - 一种挤塑聚苯乙烯保温材料/砂浆共价粘结体系的制备方法 - Google Patents

一种挤塑聚苯乙烯保温材料/砂浆共价粘结体系的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种以共价粘结的方式结合的挤塑聚苯乙烯保温板(XPS)/砂浆保温体系。首先利用紫外‑臭氧辐射法对XPS板进行活化处理；随后利用硅烷偶联剂中的有机官能团与活化XPS表面反应，实现XPS的偶联改性。所选择的硅烷偶联剂包括γ‑氨丙基三乙氧基硅烷、γ‑巯丙基三甲氧基硅烷及乙烯基三乙氧基硅烷等。利用硅烷偶联剂的双亲性，实现有机XPS板与无机砂浆之间的共价粘结。在一个实施例中，界面偶联的XPS板与砂浆之间的粘结强度提升了158.6％。

Description

一种挤塑聚苯乙烯保温材料/砂浆共价粘结体系的制备方法
技术领域
本发明涉及建筑节能领域，具体是指实现有机保温板与无机砂浆之间的共价粘结。
背景技术
挤塑聚苯乙烯保温材料(XPS)具有优良的热工及力学性能，广泛应用于我国建筑节能领域。其通过与无机砂浆的粘结作用固定上墙。但XPS表面光滑且为闭孔结构，与砂浆无法有效浸润，从而导致二者之间的界面结合力较弱。目前，主要的解决办法是通过增加表面粗糙度以及施工现场人工涂刷界面剂等物理方法，界面强度得到一定改善。但现场施工质量难以把控，保温工程脱落事故依然屡见不鲜。因此，通过表面的化学改性，实现其与砂浆的共价结合，改善保温体系的粘结可靠性势在必行。
硅烷偶联剂结构具有双亲性，可用于有机-无机两相界面的粘结，特别是在建材领域，偶联剂与硅酸盐材料的反应屡见不鲜。因此，本发明着重解决偶联剂与惰性聚合物表面之间的化学接枝，进而实现有机XPS保温板与无机砂浆两相界面之间的共价粘结，提高体系的粘结强度。
发明内容
在本发明中，采用紫外-臭氧辐射法(Ultraviolet-ozone,UVO)对惰性聚合物表面进行活化，提高其表面含氧官能团数量，为其与偶联剂的接枝反应提供活性位点。在保持XPS板原有热工及力学性能的基础上，改变其表面特性，提高其与砂浆之间的界面相容性。
本发明的技术方案如下：
一种新型挤塑聚苯乙烯保温材料/砂浆共价粘结体系的制备方法，包括以下步骤：
(1)以XPS板为原料，参照JGJ 144-2019《外墙外保温工程技术标准》中拉伸粘结强度的测试方法，将其切成50mm*50mm*50mm的块状体。
(2)利用UVO辐照对XPS板表面进行活化；选取不同种类硅烷偶联剂均匀滴加到XPS板表面，对其进行表面接枝；反应完成后进行清洗及干燥。
(3)在偶联剂接枝表面，涂抹3mm厚的抹面砂浆，养护7天后进行粘结强度测试。
(4)本发明步骤(1)中所用XPS板的表观密度为25-35kg/m3，导热系数为0.030W/(m·K)，燃烧等级为B级。
(5)本发明步骤(2)中采用UVO辐照时，辐照时间控制为2-40min，优选的为5-35min，更优选的为5-15min；XPS板表面据光源距离控制为2-30cm，优选的为5-15cm，更优选的为 5-9cm。
(6)本发明步骤(2)中硅烷偶联剂种类包括氨基类硅烷偶联剂(如γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、巯基类硅烷偶联剂(如γ-巯丙基三甲氧基硅烷)、不饱和类硅烷偶联剂(如乙烯基三乙氧基硅烷)等。
(7)本发明步骤(2)，将硅烷偶联剂进行稀释，浓度控制在0.5％-50％，优选的为0.5％- 20％，更优选的为0.5％-2％。稀释时溶剂选择去离子水、无水乙醇、甲醇等。
(8)本发明步骤(2)中硅烷偶联剂溶液酸碱性为酸性，或中性，或碱性。
(9)本发明步骤(2)中硅烷偶联剂接枝XPS板反应时间控制在1-20min，优选的为3-15min，更优选的为3-5min。
(10)本发明步骤(3)中抹面砂浆的搅拌方式为：低速搅拌60s，高速搅拌30s，停拌90s，再高速搅拌60s。
(11)本发明步骤(3)中抹面砂浆的水灰比为0.3。
与现有的以物理粘结改善XPS板/无机砂浆的解决方法相比，本发明通过化学方法改性 XPS板表面性质，利用硅烷偶联剂的双亲性，实现有机XPS板与无机砂浆之间的共价粘结，提高二者粘结强度，缩短现场施工工艺，便于施工质量控制。
附图说明
图1是本发明所实现的有机XPS板/无机砂浆共价粘结示意图。图中，111为XPS板；112为硅烷偶联剂；113为无机砂浆。基于硅烷偶联剂的桥连特性，实现XPS板和砂浆之间的共价粘结。
图2是本发明实施例中XPS界面偶联改性的X射线光电子能谱中N1s的分析结果。
实施例
结合以下实施例和附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
将XPS切成50mm*50mm*50mm的块状体待用。将部分XPS板放入UVO的装置中，设定辐照时间为7min，调整辐照距离为9cm，进行UVO表面活化。同时准备0.5mL(浓度为 2％)的γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)偶联剂溶液(溶液为碱性环境)，缓慢均匀地滴加到活化后的XPS板表面。再次进行UVO辐照进行表面偶联反应，辐照时间为3min，辐照距离为9cm。反应结束后，用去离子水对XPS板表面洗涤三次，放入40℃的烘箱中干燥15min。随后，将搅拌均匀的抹面砂浆涂抹在干燥后的KH550-XPS板改性面，砂浆厚度控制在3mm。在温度为20±5℃，湿度为40％～60％标准养护条件下养护七天后进行粘结强度测试。
对表面偶联后的XPS板进行X射线能量色散光谱仪(EDX)分析，其结果如表1中所示。未改性的XPS为纯碳结构，与KH550进行界面偶联之后，可以检测到C、N、O及Si共计四种元素。对该表面进行X射线光电子能谱分析，其N1s分析结果如图2中所示。界面偶联后，KH550-XPS在N1s谱图中398.3eV处出现了酰胺键(C＝O-NH)特征峰，从而证明KH550 是通过化学键合的方式接枝到XPS板表面。
表1.表面偶联XPS板的EDX分析结果
Figure BDA0003047425620000021
表2.不同种类XPS与砂浆之间的粘结强度
Figure BDA0003047425620000022
对XPS/砂浆、KH550-XPS/砂浆进行粘结强度测试，其结果如表2中所示。由表可知，KH550-XPS/砂浆的粘结强度可由未处理时的0.058MPa提升至0.150MPa(提升幅度达到158.6％)，表明KH550-XPS板与无机砂浆的粘结性能显著提高。
实施例2：
偶联剂溶液酸碱性不仅影响偶联剂的水解速率，同时还会影响KH550结构中氨基的电负性，进而影响其与活化XPS板的反应特性。因此，实施例2将溶液酸碱性进行改变。
将XPS切成50mm*50mm*50mm的块状体待用。将部分XPS板放入UVO的装置中，设定辐照时间为7min，调整辐照距离为9cm，进行UVO表面活化。同时准备0.5mL(浓度为 2％)的γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)偶联剂溶液(溶液为酸性或中性环境)，缓慢均匀地滴加到活化后的XPS板表面。再次进行UVO辐照进行表面偶联反应，辐照时间为3min，辐照距离为9cm。反应结束后，用去离子水对XPS板表面洗涤三次，放入40℃的烘箱中干燥 15min。随后，将搅拌均匀的抹面砂浆涂抹在干燥后的KH550-XPS板改性面，砂浆厚度控制在3mm。在温度为20±5℃，湿度为40％～60％标准养护条件下养护七天后进行粘结强度测试。KH550-XPS与砂浆之间的粘结强度如表3中所示。
表3.酸碱性对于KH550-XPS/砂浆粘结强度的影响
Figure BDA0003047425620000031
实施例3：
将XPS切成50mm*50mm*50mm的块状体待用。将部分XPS板放入UVO的装置中，设定辐照时间为10min，调整辐照距离为9cm，进行UVO表面活化。同时准备0.5mL(浓度为2％)的γ-巯丙基三甲氧基硅烷(KH590)偶联剂溶液(溶液为酸性、中性或碱性环境)，缓慢均匀地滴加到活化后的XPS板表面，进行界面偶联反应。结束后，用去离子水对XPS板表面洗涤三次，放入40℃的烘箱中干燥15min。随后，将搅拌均匀的抹面砂浆涂抹在干燥后的 KH590-XPS板改性面，砂浆厚度控制在3mm。在温度为20±5℃，湿度为40％～60％标准养护条件下养护七天后进行粘结强度测试。KH550-XPS与砂浆之间的粘结强度如表4中所示。
表4.酸碱性对于KH590-XPS/砂浆粘结强度的影响
Figure BDA0003047425620000032
实施例4：
将XPS切成50mm*50mm*50mm的块状体待用。将部分XPS板放入UVO的装置中，设定辐照时间为3min或5min或7min，调整辐照距离为9cm，进行UVO表面活化。同时准备 0.5mL(浓度为2％)的乙烯基三乙氧基硅烷(YDH151)偶联剂溶液(溶液为中性环境)，缓慢均匀地滴加到活化后的XPS板表面。再次进行UVO辐照进行表面偶联反应，辐照时间为 7min或5min或3min，辐照距离为9cm。反应结束后，用去离子水对XPS板表面洗涤三次，放入40℃的烘箱中干燥15min。随后，将搅拌均匀的抹面砂浆涂抹在干燥后的YDH151-XPS 板改性面，砂浆厚度控制在3mm。在温度为20±5℃，湿度为40％～60％标准养护条件下养护七天后进行粘结强度测试。YDH151-XPS与砂浆之间的粘结强度如表5中所示。
表5.不同反应时间下YDH151-XPS与砂浆粘结强度测试结果
Figure BDA0003047425620000033
实施例5：
将XPS切成50mm*50mm*50mm的块状体待用。将部分XPS板放入UVO的装置中，设定辐照时间为7min，调整辐照距离为9cm，进行UVO表面活化。同时准备0.5mL(浓度为0.5％或1％或2％)的乙烯基三乙氧基硅烷(YDH151)偶联剂溶液(溶液为中性环境)，缓慢均匀地滴加到活化后的XPS板表面。再次进行UVO辐照进行表面偶联反应，辐照时间为 3min，辐照距离为9cm。反应结束后，用去离子水对XPS板表面洗涤三次，放入40℃的烘箱中干燥15min。随后，将搅拌均匀的抹面砂浆涂抹在干燥后的YDH151-XPS板改性面，砂浆厚度控制在3mm。在温度为20±5℃，湿度为40％～60％标准养护条件下养护七天后进行粘结强度测试。YDH151-XPS与砂浆之间的粘结强度如表6中所示。
表6.不同浓度下YDH151-XPS与砂浆粘接强度测试结果
Figure BDA0003047425620000041

Claims (3)

1.一种挤塑聚苯乙烯保温材料（XPS）/砂浆共价粘结体系的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）利用紫外-臭氧辐照（UVO）对尺寸为50mm*50mm*50mm的XPS板表面进行活化，辐照时间为10min，调整辐照距离为9cm；将0.5mL酸性的浓度为2%的γ-巯丙基三甲氧基硅烷(KH590)偶联剂溶液均匀滴加到活化后的XPS板表面，对其进行表面接枝；反应完成后去离子水清洗三次，放入40℃的烘箱中干燥15min，得到硅烷偶联剂接枝的XPS板；
（2）在所述硅烷偶联剂接枝的XPS板的表面，涂抹3mm厚的抹面砂浆，在温度为20±5℃，湿度为40％～60％标准养护条件下养护7天后进行粘结强度测试。
2.根据权利要求1所述的挤塑聚苯乙烯保温材料（XPS）/砂浆共价粘结体系的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所用XPS板的表观密度为25-35kg/m3，导热系数为0.030W/（m·K），燃烧等级为B级。
3.根据权利要求1所述的挤塑聚苯乙烯保温材料（XPS）/砂浆共价粘结体系的制备方法，其特征在于，步骤（2）中抹面胶浆的搅拌方式为：低速搅拌60s，高速搅拌30s，停拌90s，再高速搅拌 60s；且抹面胶浆的水灰比为0.3。
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