CN113248229A - 一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及保温材料技术领域，具体公开了一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板及其制备方法，保温板主要由以下重量份的原料制成：硫酸镁600‑800份、氧化镁100‑120份、缓凝剂1‑5份、聚苯乙烯泡沫颗粒80‑120份、水370‑425份、硅气凝胶5‑10份和石墨0‑20份；其制备方法为：先将硫酸镁加入水中随后加入氧化镁得到凝胶体系，再将除聚苯乙烯发泡颗粒以外的原料加入凝胶体系中，最后加入聚苯乙烯发泡颗粒，加压成型。本申请的保温板具有优异的阻燃性能和保温性能，其防火等级达到A级且导热系数小于0.038 W/(m•K)，还具有隔音降噪的效果且不会霉变、绿色环保，耐久性好，可再循环使用，节约资源。
Description
技术领域
本申请涉及保温材料技术领域，更具体地说，它涉及一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板及其制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，人们对居住环境或工作环境的要求越来越高，希望处于冬暖夏凉、降噪隔音的环境中，因此，人们在建筑外墙上安装保温板。安装外墙保温板可以使室内达到冬暖夏凉的效果，而且能够在很大程度上降低室内采暖与制冷的能耗，此外，安装外墙保温板还可以起到隔绝噪音的效果，特别是聚苯乙烯泡沫材质的外墙保温板，具有很好的隔音效果，可以有效降低外界噪音传入室内，且用来制作保温板的材料的物理结构和化学成分都具有很高的稳定性，既不会霉变，也不会分解，可再循环使用，绿色环保，节约资源。
但是，近年来，由于多起建筑保温火灾事件的发生，引发了各界对保温防火的思考，保温材料的阻燃性能引起了业内各界的高度重视。使保温板具有保温和防火的双重性能，是人们亟待攻克的难题。
现有市面上比较受青睐的保温板是由聚合物砂浆、玻璃纤维网格布、阻燃型模塑聚苯乙烯泡沫板（EPS）或挤塑板（XPS）等材料复合而成的外墙装饰材料，其集保温、防水和饰面等功能于一体，既满足了当前房屋建筑节能需求，也提高了工业与民用建筑外墙保温水平。但是，发明人发现，现有的外墙保温板，当保温板的阻燃性能得到A级时，其导热系数大于0.038 W/(m•K)；而当保温板的保温性能小于0.038 W/(m•K)时，其阻燃性能只达到B级，现有保温板的保温性能和阻燃性不能同时具有优异的效果。
发明内容
本申请提供一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板及其制备方法，本申请的保温板具有优异的阻燃性能和保温性能，其防火等级达到A级的同时导热系数小于0.038 W/(m•K)。
第一方面，本申请提供一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板，采用如下的技术方案：
一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板，主要由以下重量份的原料制成：
硫酸镁600-800份、氧化镁100-120份、缓凝剂1-5份、聚苯乙烯泡沫颗粒80-120份、水370-425份、硅气凝胶5-10份和石墨0-20份。
通过采用上述技术方案，硫酸镁、氧化镁与水相互配合形成凝胶体系，本申请的凝胶体系使保温板具有良好的阻燃性能，其阻燃性能可达到A级；向凝胶体系中加入硅气凝胶和聚苯乙烯泡沫颗粒，可降低其导热系数且不损害阻燃性能，从而使保温板具有良好的保温性能和阻燃性能。此外，由本申请的配方制得的保温板密度小，体积小，易于搬运安装。
优选的，所述硅气凝胶选自二氧化硅、碳化硅和二氧化硅-聚甲基丙烯酸甲酯中一种或几种；进一步优选，所述硅气凝胶为二氧化硅。
通过采用上述技术方案，向凝胶体系中加入二氧化硅、碳化硅和二氧化硅-聚甲基丙烯酸甲酯中一种或几种，可降低防火保温的导热系数，与此同时，不会影响保温板的保温性能。此外，发明人发现当硅气凝胶为二氧化硅时，其导热系数最低。
优选的，所述二氧化硅具有三维网状结构，孔隙率高达90-99.8％，孔径尺寸为10-50nm，比表面积为800-1500m2/g。
通过采用上述技术方案，二氧化硅的孔隙率高达90-99.8％且比表面积为800-1500m2/g，可更好的与凝胶体系反应，在提高防火保温的保温性能的同时，其防火等级达到A2等级。二氧化硅的孔径在10-50nm，远低于空气的自由程70nm，所以空气在其孔洞里几乎无法进行热传递，且常温下导热系数低达0.010W/(m•K)，所以，使用本申请特定的二氧化硅，可极大的提高保温板的保温性能。
优选的，所述石墨为10-20份。
通过采用上述技术方案，石墨加入可弥补气凝胶带来的强度损害，使得保温板具有优良的强度。发明人发现，在配方中加入石墨，可将保温板的抗压强度由0.1Mpa提升至0.15Mpa。
优选的，所述保温板中还包括防水乳液，以保温板总量计，所述防水乳液占40-80份。
通过采用上述技术方案，防水乳液的使用可将保温板的吸水率从11% 降到7%以下，很好的降低了保温板的吸水率，从而可减少雨水等对保温板的侵害，增强保温板的耐久性，从而有利于延长保温板的使用寿命，节约资源，节约成本。
优选的，所述缓凝剂选自酒石酸钾钠、糖钙和柠檬酸中的一种或几种。
通过采用上述技术方案，缓凝剂的使用可降低凝胶体系的水化速度和水化热，延长凝胶时间，从而使凝胶体系与硅气凝胶、聚苯乙烯泡沫颗粒等充分混合，有利于得到均质、稳定的保温板。
本申请中，聚苯乙烯泡沫颗粒的厚度为0.5-1mm，聚苯乙烯泡沫颗粒由平均粒径为1-3mm、2-4mm和5-6mm的颗粒组成，且三者的重量比为（1-3）：（0.8-1.5）：（3-5），最优选重量比为2.5：1：4.7。
本申请的保温板具有优异的阻燃性能，所以，在安装施工时可降低施工引起的火灾，也能降低生活火灾发生的概率；将本申请的保温板安装在建筑外墙上，可以使室内达到冬暖夏凉的效果，而且能够在很大程度上降低室内采暖与制冷的能耗；此外，用来制作保温板的材料具有很高的稳定性，既不会霉变，也不会分解，可再循环使用，绿色环保，节约资源；采用聚苯乙烯泡沫材质，有效降低外界噪音传入室内，具有良好的隔音效果。
第二方面，本申请提供一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板的制备方法，采用如下的技术方案：
一种如上所述的保温板的制备方法，包括如下步骤：
S1、按配方用量，在环境温度为25℃±2℃，湿度为85%±1的条件下，将硫酸镁加入水中反应并搅拌均匀，随后加入氧化镁搅拌均匀，得到凝胶体系；
S2、将缓凝剂和硅气凝胶加入凝胶体系内搅拌均匀，得到混合体系；
S3、将聚苯乙烯发泡颗粒与混合体系搅拌均匀，随后倒入模具内的，在1-10Mpa下加压成型，脱模，即可制得保温板。
通过采用上述技术方案，首先，将硫酸镁加入水中反应并搅拌均匀，随后加入氧化镁，氧化镁与硫酸镁溶液混合，可极大的降低氧化镁与水之间的剧烈反应，从而有利于得到稳定的凝胶体系，从而有利于改善保温板的性能；随后将除聚苯乙烯发泡颗粒以外的原料加入凝胶体系中，加入的各原料填充凝胶体系，并对凝胶体系进行改性，从而有利于得到阻燃性能和保温性能均优异的保温板；最后再加入聚苯乙烯发泡颗粒。通过本申请的制备工艺，可得到均质且稳定的保温板。
优选的，所述石墨和/或防水乳液在步骤S2中加入到凝胶体系内。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请的保温板具有优异的阻燃性能和保温性能，其防火等级达到A级且导热系数小于0.038 W/(m•K)；
2、采用本申请特定的二氧化硅，可使得保温板的防火等级达到A2级且导热系数小于0.036 W/(m•K)；
3、加入适量的石墨，可将保温板的抗压强度由0.1Mpa提升至0.15Mpa；
4、防水乳液的使用可将保温板的吸水率从11%降到7%以下；
5、本申请的保温板具有优异的阻燃性和保温性，与此同时，具有优良的抗压强度和耐久性。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本实施例中，聚苯乙烯泡沫颗粒的厚度为0.5-1mm，且聚苯乙烯泡沫颗粒由平均粒径为1-3mm、2-4mm和5-6mm的颗粒组成，三者的重量比为（1-3）：（0.8-1.5）：（3-5）；实施例1-12中，聚苯乙烯泡沫颗粒的厚度为0.5-1mm，聚苯乙烯泡沫颗粒由平均粒径为1-3mm、2-4mm和5-6mm的颗粒组成，三者的重量比为2.5：1：4.7。
防水乳液采用巴斯夫防水乳液3003F。
实施例1-12和15-16中，二氧化硅具有三维网状结构，孔隙率高达90-99.8％，孔径尺寸为10-50nm，比表面积为800-1500m2/g。
实施例1
一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板的制备如下：
S1、在环境温度为25℃，湿度为85%的条件下，将6kg硫酸镁加入4kg水中反应得到硫酸镁溶液，随后向硫酸镁溶液中加入1.2kg氧化镁搅拌均匀，得到凝胶体系；
S2、将100g糖钙和80g二氧化硅加入凝胶体系内搅拌均匀，得到混合体系；
S3、将1kg聚苯乙烯发泡颗粒与混合体系搅拌均匀，随后倒入模具内的，在2Mpa下加压成型，脱模，即可制得保温板。
实施例2
一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板的制备如下：
S1、在环境温度为25℃，湿度为85%的条件下，将8kg硫酸镁加入4kg水中反应得到硫酸镁溶液，随后向硫酸镁溶液中加入1kg氧化镁搅拌均匀，得到凝胶体系；
S2、将50g糖钙和50g二氧化硅加入凝胶体系内搅拌均匀，得到混合体系；
S3、将1kg聚苯乙烯发泡颗粒与混合体系搅拌均匀，随后倒入模具内的，在2Mpa下加压成型，脱模，即可制得保温板。
实施例3
一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板的制备如下：
S1、在环境温度为25℃，湿度为85%的条件下，将7kg硫酸镁加入4kg水中反应得到硫酸镁溶液，随后向硫酸镁溶液中加入1.15kg氧化镁搅拌均匀，得到凝胶体系；
S2、将40g糖钙和100g二氧化硅加入凝胶体系内搅拌均匀，得到混合体系；
S3、将1kg聚苯乙烯发泡颗粒与混合体系搅拌均匀，随后倒入模具内的，在2Mpa下加压成型，脱模，即可制得保温板。
实施例4
一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板的制备如下：
S1、在环境温度为25℃，湿度为85%的条件下，将7kg硫酸镁加入4kg水中反应得到硫酸镁溶液，随后向硫酸镁溶液中加入1.15kg氧化镁搅拌均匀，得到凝胶体系；
S2、将40g糖钙和60g二氧化硅加入凝胶体系内搅拌均匀，得到混合体系；
S3、将1kg聚苯乙烯发泡颗粒与混合体系搅拌均匀，随后倒入模具内的，在2Mpa下加压成型，脱模，即可制得保温板。
实施例5
一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板的制备如下：
S1、在环境温度为25℃，湿度为85%的条件下，将7kg硫酸镁加入4kg水中反应得到硫酸镁溶液，随后向硫酸镁溶液中加入1.15kg氧化镁搅拌均匀，得到凝胶体系；
S2、将40g糖钙、50g二氧化硅和50g二氧化硅-聚甲基丙烯酸甲酯加入凝胶体系内搅拌均匀，得到混合体系；
S3、将1kg聚苯乙烯发泡颗粒与混合体系搅拌均匀，随后倒入模具内的，在2Mpa下加压成型，脱模，即可制得保温板。
实施例6
一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板的制备如下：
S1、在环境温度为25℃，湿度为85%的条件下，将7kg硫酸镁加入4kg水中反应得到硫酸镁溶液，随后向硫酸镁溶液中加入1.15kg氧化镁搅拌均匀，得到凝胶体系；
S2、将40g糖钙和100g碳化硅加入凝胶体系内搅拌均匀，得到混合体系；
S3、将1kg聚苯乙烯发泡颗粒与混合体系搅拌均匀，随后倒入模具内的，在2Mpa下加压成型，脱模，即可制得保温板。
实施例7
一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板的制备如下：
S1、在环境温度为25℃，湿度为85%的条件下，将7kg硫酸镁加入4kg水中反应得到硫酸镁溶液，随后向硫酸镁溶液中加入1.15kg氧化镁搅拌均匀，得到凝胶体系；
S2、将40g糖钙、100g二氧化硅和100g石墨加入凝胶体系内搅拌均匀，得到混合体系；
S3、将1kg聚苯乙烯发泡颗粒与混合体系搅拌均匀，随后倒入模具内的，在2Mpa下加压成型，脱模，即可制得保温板。
实施例8
一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板的制备如下：
S1、在环境温度为25℃，湿度为85%的条件下，将7kg硫酸镁加入4kg水中反应得到硫酸镁溶液，随后向硫酸镁溶液中加入1.15kg氧化镁搅拌均匀，得到凝胶体系；
S2、将40g糖钙、100g二氧化硅和700g石墨加入凝胶体系内搅拌均匀，得到混合体系；
S3、将1kg聚苯乙烯发泡颗粒与混合体系搅拌均匀，随后倒入模具内的，在2Mpa下加压成型，脱模，即可制得保温板。
实施例9
一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板的制备如下：
S1、在环境温度为25℃，湿度为85%的条件下，将7kg硫酸镁加入4kg水中反应得到硫酸镁溶液，随后向硫酸镁溶液中加入1.15kg氧化镁搅拌均匀，得到凝胶体系；
S2、将40g糖钙、100g二氧化硅和200g石墨加入凝胶体系内搅拌均匀，得到混合体系；
S3、将1kg聚苯乙烯发泡颗粒与混合体系搅拌均匀，随后倒入模具内的，在2Mpa下加压成型，脱模，即可制得保温板。
实施例10
一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板的制备如下：
S1、在环境温度为25℃，湿度为85%的条件下，将7kg硫酸镁加入4kg水中反应得到硫酸镁溶液，随后向硫酸镁溶液中加入1.15kg氧化镁搅拌均匀，得到凝胶体系；
S2、将40g糖钙、100g二氧化硅、100g石墨和400g防水乳液加入凝胶体系内搅拌均匀，得到混合体系；
S3、将1kg聚苯乙烯发泡颗粒与混合体系搅拌均匀，随后倒入模具内的，在2Mpa下加压成型，脱模，即可制得保温板。
实施例11
一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板的制备如下：
S1、在环境温度为25℃，湿度为85%的条件下，将7kg硫酸镁加入4kg水中反应得到硫酸镁溶液，随后向硫酸镁溶液中加入1.15kg氧化镁搅拌均匀，得到凝胶体系；
S2、将40g糖钙、100g二氧化硅、100g石墨和700g防水乳液加入凝胶体系内搅拌均匀，得到混合体系；
S3、将1kg聚苯乙烯发泡颗粒与混合体系搅拌均匀，随后倒入模具内的，在2Mpa下加压成型，脱模，即可制得保温板。
实施例12
一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板的制备如下：
S1、在环境温度为25℃，湿度为85%的条件下，将7kg硫酸镁加入4kg水中反应得到硫酸镁溶液，随后向硫酸镁溶液中加入1.15kg氧化镁搅拌均匀，得到凝胶体系；
S2、将40g酒石酸钾钠、100g二氧化硅、100g石墨和700g防水乳液加入凝胶体系内搅拌均匀，得到混合体系；
S3、将1kg聚苯乙烯发泡颗粒与混合体系搅拌均匀，随后倒入模具内的，在2Mpa下加压成型，脱模，即可制得保温板。
实施例13
实施例13与实施例3的区别仅在于：实施例13中采用普通的二氧化硅，二氧化硅的孔隙率70-80％，孔径尺寸为100-200nm。
实施例14
实施例14与实施例3的区别仅在于：实施例13中采用普通的二氧化硅，二氧化硅的孔隙率70-80％，孔径尺寸为1-3μm。
实施例15
实施例15与实施例11的区别仅在于：实施例15中，聚苯乙烯发泡颗粒的粒径为5-6mm。
实施例16
实施例16与实施例11的区别仅在于：实施例16中，聚苯乙烯发泡颗粒的粒径为1-3mm。
对比例
对比例1
对比例1与实施例3的区别仅在于，对比例1中不添加二氧化硅。
对比例2
对比例2与实施例3的区别仅在于，对比例2中用二氧化钛替换二氧化硅。
对比例3
对比例3与实施例3的区别仅在于，对比例3中二氧化硅为1kg。
对比例4
对比例4与实施例3的区别仅在于，对比例4中硫酸镁和氧化镁的总量不变，但是用量比为1:1。
性能检测试验
根据标准JG/T536-2017《热固复合聚苯乙烯泡沫保温板》检测实施例1-16和对比例1-4所制得的保温板的防火等级、导热系数、抗压强度和吸水率，检测结果如下表1所示。
表1性能检测表
| 保温板 | 导热系数W/(m•K) | 阻燃等级/级 | 抗压强度/Mpa | 吸水率/% |
| 实施例1 | 0.033 | A1 | 0.1 | 10 |
| 实施例2 | 0.035 | A1 | 0.1 | 10 |
| 实施例3 | 0.028 | A2 | 0.1 | 10 |
| 实施例4 | 0.031 | A1 | 0.1 | 10 |
| 实施例5 | 0.036 | A2 | 0.1 | 10 |
| 实施例6 | 0.038 | A2 | 0.1 | 10 |
| 实施例7 | 0.029 | A2 | 0.15 | 10 |
| 实施例8 | 0.030 | A2 | 0.1 | 10 |
| 实施例9 | 0.030 | A2 | 0.15 | 10 |
| 实施例10 | 0.028 | A2 | 0.14 | 7 |
| 实施例11 | 0.030 | A2 | 0.15 | 5 |
| 实施例12 | 0.030 | A2 | 0.14 | 5 |
| 实施例13 | 0.045 | A2 | 0.1 | 10 |
| 实施例14 | 0.051 | A2 | 0.1 | 10 |
| 实施例15 | 0.037 | A1 | 0.07 | 11 |
| 实施例16 | 0.038 | A1 | 0.15 | 9 |
| 对比例1 | 0.058 | A1 | 0.14 | 5 |
| 对比例2 | 0.055 | A1 | 0.14 | 5 |
| 对比例3 | 0.041 | A1 | 0.08 | 5 |
| 对比例4 | 0.038 | B1 | 0.12 | 5 |
结合实施例1-3和对比例1-3并结合表1可以看出，实施例1-3中保温板的导热系数小于0.038 W/(m•K)，阻燃等级为A1-A2级，说明采用本申请的配方制得的保温板具有优异的阻燃性能和保温性能；
结合实施例3-6并结合表1可以看出，保温板的导热系数从0.038 W/(m•K)降低至0.029 W/(m•K)，说明硅质气凝胶的选择和用量影响保温板的保温性能；选择二氧化硅作为硅质气凝，可提高保温板的保温性能；
结合实施例7-9和实施例3并结合表1可以看出，保温板的抗压强度由0.1Mpa提升至0.15Mpa，说明加入石墨可改善保温板的强度；
结合实施例10-11和实施例3并结合表1可以看出，保温板的吸水率从10%降至7%以下（最优可降至5%），其余检测结果不变，说明加入防水乳液可改善保温板的吸水率，而不影响其余性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种石墨无机复合聚苯乙烯泡沫保温板，其特征在于，主要由以下重量份的原料制成：
硫酸镁600-800份、氧化镁100-120份、缓凝剂1-5份、聚苯乙烯泡沫颗粒80-120份、水370-425份、硅气凝胶5-10份和石墨0-20份。
2.根据权利要求1所述的保温板，其特征在于，所述硅气凝胶选自二氧化硅、碳化硅和二氧化硅-聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的保温板，其特征在于，所述硅气凝胶为二氧化硅。
4.根据权利要求3所述的保温板，其特征在于，所述二氧化硅具有三维网状结构，孔隙率高达90％-99.8％，孔径尺寸为10-50nm，比表面积为800-150m2/g。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的保温板，其特征在于，所述石墨为10-20份。
6.据权利要求1任一项所述的保温板，其特征在于，所述保温板中还包括防水乳液，以保温板总量计，所述防水乳液占40-80份。
7.据权利要求1所述的保温板，其特征在于，所述缓凝剂选自酒石酸钾钠、糖钙和柠檬酸中的一种或几种。
8.如权利要求1-7任一项所述的保温板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按配方用量，在环境温度为25℃±2℃，湿度为85%±1的条件下，将硫酸镁加入水中反应并搅拌均匀，随后加入氧化镁搅拌均匀，得到凝胶体系；
S2、将缓凝剂和硅气凝胶加入凝胶体系内搅拌均匀，得到混合体系；
S3、将聚苯乙烯发泡颗粒与混合体系搅拌均匀，随后倒入模具内的，在1-10Mpa下加压成型，脱模，即可制得保温板。
9.根据权利要求8所述的保温板的制备方法，其特征在于，所述石墨和/或防水乳液在步骤S2中加入到凝胶体系内。
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