CN114436584B - 一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板及其制备方法，该保温板包括以下质量份数的原料制成：石墨改性聚苯乙烯颗粒10‑15份、纳米级氢氧化铝1‑5份、水泥75‑90份、催化剂1‑1.5份、合成纤维1‑3份、填充剂1‑1.5份、增稠剂1‑1.5份、防水剂1‑1.5份、早强剂1‑2份、陶瓷微珠1‑5份、气相纳米二氧化硅1‑5份、热固性树脂5‑10份、无机粉料5‑10份及有机胶凝材料8‑10份。通过将有机胶凝材料、纳米级氢氧化铝、陶瓷微珠与石墨改性聚苯乙烯颗粒相结合，使得本发明的保温板不仅具有良好的保温阻燃性能，还可以在使用过程中不易产生开裂，从而可以有效地提升保温板整体的应用效果。
Description
技术领域
本发明涉及保温板技术领域，具体来说，涉及一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板及其制备方法。
背景技术
建筑节能政策和建筑防火规范的实施，推动了墙体保温材料的快速发展。目前市场上使用的保温材料有无机保温材料和有机保温材料：有机保温材料它保温性能比较好，容重比较轻，容易加工，但是稳定性差、不耐老化，易变形；无机保温材料里面涵盖珍珠岩、硅藻土、岩棉、泡沫玻璃、矿渣棉或发泡水泥板等一系列的防火功能，虽然具备防火功能，但其保温性差，本身自重重量大。
在无机保温材料中，保温板是以聚苯乙烯树脂为原料加上其他的原辅料与聚含物，通过加热混合同时注入催化剂，然后挤塑压出成型而制造的硬质泡沫塑料板，具有防潮、防水性能，可使减少建筑物外围护结构厚度，从而增加室内使用面积。
其中，石墨聚苯乙烯保温板是一种新型的建筑保温产品，其具备了聚苯板防火性，能达到了B1级，且绝热性能得到了良好的改善，同类保温产品中性价比最高。以无机物石墨作为阻燃剂，生产只需要蒸汽，对环境没有任何污染。目前更多的民用建筑中，房地产开发商或项目总承包施工方，更多的采用这种可以达到节能减排效果好的保温板。因此，本发明提出了一种适应于现行建筑节能设计标准要求和防火规范的无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板及其制备方法。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板及其制备方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此，本发明采用的具体技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供了一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板，该保温板包括以下质量份数的原料制成：
石墨改性聚苯乙烯颗粒10-15份、纳米级氢氧化铝1-5份、水泥75-90份、催化剂1-1.5份、合成纤维1-3份、填充剂1-1.5份、增稠剂1-1.5份、防水剂1-1.5份、早强剂1-2份、陶瓷微珠1-5份、气相纳米二氧化硅1-5份、热固性树脂5-10份、无机粉料5-10份及有机胶凝材料8-10份。
进一步的，所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥和氟铝酸盐水泥中的任意一种或多种的混合物，作为优选地，所述水泥为硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的混合物；所述催化剂为聚羧酸系碱水剂、碳酸锂和铝溶胶中的任意一种或多种的混合物，作为优选地，所述催化剂为聚羧酸系碱水剂和碳酸锂的混合物。
进一步的，所述填充剂为微硅灰、碳酸钙、硅石或硅藻土中的任意一种，作为优选地，所述填充剂为硅藻土，所述早强剂为甲酸钙、三乙醇胺或尿素中的任意一种，作为优选地，所述早强剂为甲酸钙。
进一步的，所述合成纤维由复合纳米粒子与聚合物基体混合，并经熔融纺丝或溶液纺丝工艺制成。
进一步的，所述复合纳米粒子由钛酸酯、锆醇及乙醇混合制成，所述聚合物基体为聚酯PET、聚丙烯PP、聚丙烯腈PAN、聚酰胺PA、聚氨酯PU、聚乳酸PLA或聚乙烯醇PVA中的任意一种，作为优选地，所述聚合物基体为聚酯PET。
进一步的，所述增稠剂为羟丙基纤维素、甲基纤维素和硅酸铝中的任意一种或多种的混合物，作为优选地，所述增稠剂为羟丙基纤维素，所述防水剂为有机硅、蜡乳液、树脂的任意一种或多种的混合物，作为优选地，所述防水剂为有机硅。
进一步的，所述无机粉料为二氧化硅、高岭土、硫酸钡、膨胀石墨中的任意一种或多种的混合物，作为优选地，所述无机粉料为膨胀石墨与二氧化硅的混合物。
进一步的，所述有机胶凝材料为酚醛、聚脲、环氧树脂、聚氨酯、硅丙乳液中的任意一种或多种的混合物，作为优选地，所述有机胶凝材料为酚醛和环氧树脂的混合物。
根据本发明的另一个方面，提供了一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S1、按预设质量份数称取纳米级氢氧化铝、水泥、催化剂、合成纤维、填充剂、早强剂、增稠剂、防水剂、陶瓷微珠、气相纳米二氧化硅、热固性树脂及无机粉料，并混合均匀得到混合粉料；
S2、向所述混合粉料中加入粉料总量45-65％的水，并加入相应质量份数的有机胶凝材料，进行搅拌得到均匀无颗粒的浆料；
S3、将相应质量份数的石墨改性聚苯乙烯颗粒加入所述浆料中，并搅拌混合均匀得到混合物；
S4、利用压制模具对所述混合物进行压制成型，并放入40-55℃的烘房进行处理，固化5-8小时后拆模，拆模后常温继续固化至7天；
S5、对固化后的模块按照所需尺寸进行切割处理，得到无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板。
进一步的，所述合成纤维由复合纳米粒子与聚合物基体混合，并经熔融纺丝或溶液纺丝工艺制成，其中，所述复合纳米粒子的制备方法包括以下步骤：
将预先备置的钛酸酯和锆醇前驱体一起溶于乙醇，形成均匀透明的黄色第一溶液；
调节蒸馏水的pH为0.5-1，得到第二溶液，并在搅拌状态下向所述第二溶液中逐滴滴加所述第一溶液，持续搅拌2-4h，得到澄清透亮的溶胶；
将所述溶胶置于室温下静置12-24h得到凝胶，并将已形成的凝胶放置于80-90℃的烘箱内进行烘干处理；
将烘干后的干凝胶进行研磨处理，并于高温下煅烧，得到ZrO2掺杂TiO2的复合纳米粒子。
本发明的有益效果为：
1)通过将有机胶凝材料、纳米级氢氧化铝、陶瓷微珠与石墨改性聚苯乙烯颗粒相结合，使得本发明的保温板不仅具有良好的保温阻燃性能，还可以在使用过程中不易产生开裂，从而可以有效地提升保温板整体的应用效果。
2)通过在石墨改性聚苯乙烯颗粒中加入热固性树脂及无机粉料，使得热固性树脂及无机粉料可以混合形成热固性防火结构，遇火后迅速形成蜂窝网状的碳层结构，从而可以利用该炭层阻隔分解气体和熔融聚合物通过，进而产生阻燃效果，此外，还有效地提高了保温板的耐水性能、弯曲强度、拉拔强度及耐候性能，使得整个生产工艺流程更加符合绿色生产的要求。
3)通过在石墨改性聚苯乙烯颗粒中加入气相纳米二氧化硅和合成纤维，从而可以有效地提升保温板的抗沾污染性能，使得本发明的保温板具有优良的自清洁能力，并具有极强的紫外吸收及红外发射特性，进而不仅可以有效地增加保温板的隔热性和耐久性，而且还可以起到一定的保健效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本发明的实施例，提供了一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板及其制备方法。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，根据本发明的一个实施例，提供了一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板，该保温板包括以下质量份数的原料制成：
石墨改性聚苯乙烯颗粒10-15份、纳米级氢氧化铝1-5份、水泥75-90份、催化剂1-1.5份、合成纤维1-3份、填充剂1-1.5份、增稠剂1-1.5份、防水剂1-1.5份、早强剂1-2份、陶瓷微珠1-5份、气相纳米二氧化硅1-5份、热固性树脂5-10份、无机粉料5-10份及有机胶凝材料8-10份。
其中，所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥和氟铝酸盐水泥中的任意一种或多种的混合物，所述催化剂为聚羧酸系碱水剂、碳酸锂和铝溶胶中的任意一种或多种的混合物。所述填充剂为微硅灰、碳酸钙、硅石或硅藻土中的任意一种，所述早强剂为甲酸钙、三乙醇胺或尿素中的任意一种。
所述合成纤维由复合纳米粒子与聚合物基体混合，并经熔融纺丝或溶液纺丝工艺制成。所述复合纳米粒子由钛酸酯、锆醇及乙醇混合制成，所述聚合物基体为聚酯PET、聚丙烯PP、聚丙烯腈PAN、聚酰胺PA、聚氨酯PU、聚乳酸PLA或聚乙烯醇PVA中的任意一种。
所述增稠剂为羟丙基纤维素、甲基纤维素和硅酸铝中的任意一种或多种的混合物，所述防水剂为有机硅、蜡乳液、树脂的任意一种或多种的混合物。所述无机粉料为二氧化硅、高岭土、硫酸钡、膨胀石墨中的任意一种或多种的混合物。所述有机胶凝材料为酚醛、聚脲、环氧树脂、聚氨酯、硅丙乳液中的任意一种或多种的混合物。
为了更好地理解本发明的上述技术方案，以下就本发明的具体实施例进行详细说明。
实施例一
一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板，该保温板包括以下质量份数的原料制成：
石墨改性聚苯乙烯颗粒10份、纳米级氢氧化铝1份、水泥75份、催化剂1份、合成纤维1份、填充剂1份、增稠剂1份、防水剂1份、早强剂1份、陶瓷微珠1份、气相纳米二氧化硅1份、热固性树脂5份、无机粉料5份及有机胶凝材料8份。
其中，所述水泥为硅酸盐水泥，所述催化剂为聚羧酸系碱水剂，所述填充剂为微硅灰，所述早强剂为甲酸钙，所述合成纤维由复合纳米粒子与聚合物基体混合，并经熔融纺丝或溶液纺丝工艺制成，所述复合纳米粒子由钛酸酯、锆醇及乙醇混合制成，所述聚合物基体为聚酯PET，所述增稠剂为羟丙基纤维素，所述防水剂为有机硅，所述无机粉料为二氧化硅，所述有机胶凝材料为酚醛。
实施例二
一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板，该保温板包括以下质量份数的原料制成：
石墨改性聚苯乙烯颗粒13份、纳米级氢氧化铝3份、水泥80份、催化剂1.3份、合成纤维2份、填充剂1.3份、增稠剂1.3份、防水剂1.3份、早强剂2份、陶瓷微珠3份、气相纳米二氧化硅3份、热固性树脂8份、无机粉料8份及有机胶凝材料9份。
其中，所述水泥为硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的混合物，所述催化剂为聚羧酸系碱水剂和碳酸锂的混合物，所述填充剂为硅藻土，所述早强剂为甲酸钙，所述合成纤维由复合纳米粒子与聚合物基体混合，并经熔融纺丝或溶液纺丝工艺制成。所述复合纳米粒子由钛酸酯、锆醇及乙醇混合制成，所述聚合物基体为聚酯PET，所述增稠剂为羟丙基纤维素，所述防水剂为有机硅，所述无机粉料为膨胀石墨与二氧化硅的混合物，所述有机胶凝材料为酚醛和环氧树脂的混合物。
实施例三
一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板，该保温板包括以下质量份数的原料制成：
石墨改性聚苯乙烯颗粒15份、纳米级氢氧化铝5份、水泥90份、催化剂1.5份、合成纤维3份、填充剂1.5份、增稠剂1.5份、防水剂1.5份、早强剂2份、陶瓷微珠5份、气相纳米二氧化硅5份、热固性树脂10份、无机粉料10份及有机胶凝材料10份。
其中，所述水泥为铁铝酸盐水泥和氟铝酸盐水泥的混合物，所述催化剂为铝溶胶，所述填充剂硅藻土，所述早强剂尿素，所述合成纤维由复合纳米粒子与聚合物基体混合，并经熔融纺丝或溶液纺丝工艺制成，所述复合纳米粒子由钛酸酯、锆醇及乙醇混合制成，所述聚合物基体聚丙烯腈PAN，所述增稠剂为甲基纤维素和硅酸铝的混合物，所述防水剂为有机硅，所述无机粉料为高岭土和膨胀石墨的混合物。所述有机胶凝材料为聚氨酯和硅丙乳液的混合物。
此外，为了更好的体现本发明的性能优势，分别对市面上的无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板及本发明中的无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板进行性能测试，具体如下：
试验样品：将目前市面上的无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板作为对照样品，将本发明中实施例一、实施例二及实施例三中的保温板分别作为试验样品一、试验样品二及试验样品三；
试验方法：取相同大小的试验样品一、试验样品二、试验样品三和对照样品，根据标准GB/T5486测量干密度(kg/m3)，根据标准GB/T10294测量导热系数(25℃)W/(m·K)，根据标准GB/T5486测量抗压强度(MPa)，根据标准GB/T7019测量干燥收缩率(％)，根据标准GB8624测量燃烧性能级别(级)，根据标准GB/T29906测量垂直于板面方向的抗拉强度(MPa)，根据标准GB/T5486测量体积吸水率(％)。
试验结果如下表所示：
由上表可知，由试验样品一至三和对照样品的测试结果对照可得，本发明的保温板不仅具有良好的保温阻燃性能、耐水性能、拉拔强度，还可以在使用过程中不易产生开裂，从而可以有效地提升保温板整体的应用效果。
根据本发明的另一个实施例，如图1所示，提供了一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S1、按预设质量份数称取纳米级氢氧化铝、水泥、催化剂、合成纤维、填充剂、早强剂、增稠剂、防水剂、陶瓷微珠、气相纳米二氧化硅、热固性树脂及无机粉料，并混合均匀得到混合粉料；
S2、向所述混合粉料中加入粉料总量45-65％的水，并加入相应质量份数的有机胶凝材料，进行搅拌得到均匀无颗粒的浆料；
S3、将相应质量份数的石墨改性聚苯乙烯颗粒加入所述浆料中，并搅拌混合均匀得到混合物；
S4、利用压制模具对所述混合物进行压制成型，并放入40-55℃的烘房进行处理，固化5-8小时后拆模，拆模后常温继续固化至7天；
S5、对固化后的模块按照所需尺寸进行切割处理，得到无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板。
其中，所述合成纤维由复合纳米粒子与聚合物基体混合，并经熔融纺丝或溶液纺丝工艺制成，具体的，所述复合纳米粒子的制备方法包括以下步骤：
将预先备置的钛酸酯和锆醇前驱体一起溶于乙醇，形成均匀透明的黄色第一溶液；
调节蒸馏水的pH为0.5-1，得到第二溶液，并在搅拌状态下向所述第二溶液中逐滴滴加所述第一溶液，持续搅拌2-4h，得到澄清透亮的溶胶；
将所述溶胶置于室温下静置12-24h得到凝胶，并将已形成的凝胶放置于80-90℃的烘箱内进行烘干处理；
将烘干后的干凝胶进行研磨处理，并于高温下煅烧，得到ZrO2掺杂TiO2的复合纳米粒子。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过将有机胶凝材料、纳米级氢氧化铝、陶瓷微珠与石墨改性聚苯乙烯颗粒相结合，使得本发明的保温板不仅具有良好的保温阻燃性能，还可以在使用过程中不易产生开裂，从而可以有效地提升保温板整体的应用效果。
此外，通过在石墨改性聚苯乙烯颗粒中加入热固性树脂及无机粉料，使得热固性树脂及无机粉料可以混合形成热固性防火结构，遇火后迅速形成蜂窝网状的碳层结构，从而可以利用该炭层阻隔分解气体和熔融聚合物通过，进而产生阻燃效果，此外，还有效地提高了保温板的耐水性能、弯曲强度、拉拔强度及耐候性能，使得整个生产工艺流程更加符合绿色生产的要求。
此外，通过在石墨改性聚苯乙烯颗粒中加入气相纳米二氧化硅和合成纤维，从而可以有效地提升保温板的抗沾污染性能，使得本发明的保温板具有优良的自清洁能力，并具有极强的紫外吸收及红外发射特性，进而不仅可以有效地增加保温板的隔热性和耐久性，而且还可以起到一定的保健效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板，其特征在于，该保温板包括以下质量份数的原料制成：
石墨改性聚苯乙烯颗粒10-15份、纳米级氢氧化铝1-5份、水泥75-90份、催化剂1-1.5份、合成纤维1-3份、填充剂1-1.5份、增稠剂1-1.5份、防水剂1-1.5份、早强剂1-2份、陶瓷微珠1-5份、气相纳米二氧化硅1-5份、热固性树脂5-10份、无机粉料5-10份及有机胶凝材料8-10份；
其中，所述合成纤维由复合纳米粒子与聚合物基体混合，并经熔融纺丝或溶液纺丝工艺制成；
所述复合纳米粒子由钛酸酯、锆醇及乙醇混合制成，所述聚合物基体为聚酯PET、聚丙烯PP、聚丙烯腈PAN、聚酰胺PA、聚氨酯PU、聚乳酸PLA或聚乙烯醇PVA中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥和氟铝酸盐水泥中的任意一种或多种的混合物，所述催化剂为聚羧酸系碱水剂、碳酸锂和铝溶胶中的任意一种或多种的混合物。
3.根据权利要求2所述的一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板，其特征在于，所述填充剂为微硅灰、碳酸钙、硅石或硅藻土中的任意一种，所述早强剂为甲酸钙、三乙醇胺或尿素中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板，其特征在于，所述增稠剂为羟丙基纤维素、甲基纤维素和硅酸铝中的任意一种或多种的混合物，所述防水剂为有机硅、蜡乳液、树脂的任意一种或多种的混合物。
5.根据权利要求4所述的一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板，其特征在于，所述无机粉料为二氧化硅、高岭土、硫酸钡、膨胀石墨中的任意一种或多种的混合物。
6.根据权利要求5所述的一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板，其特征在于，所述有机胶凝材料为酚醛、聚脲、环氧树脂、聚氨酯、硅丙乳液中的任意一种或多种的混合物。
7.一种如权利要求6所述的无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
S1、按预设质量份数称取纳米级氢氧化铝、水泥、催化剂、合成纤维、填充剂、早强剂、增稠剂、防水剂、陶瓷微珠、气相纳米二氧化硅、热固性树脂及无机粉料，并混合均匀得到混合粉料；
S2、向所述混合粉料中加入粉料总量45-65％的水，并加入相应质量份数的有机胶凝材料，进行搅拌得到均匀无颗粒的浆料；
S3、将相应质量份数的石墨改性聚苯乙烯颗粒加入所述浆料中，并搅拌混合均匀得到混合物；
S4、利用压制模具对所述混合物进行压制成型，并放入40-55℃的烘房进行处理，固化5-8小时后拆模，拆模后常温继续固化至7天；
S5、对固化后的模块按照所需尺寸进行切割处理，得到无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板。
8.根据权利要求7所述的一种无机改性石墨聚苯乙烯不燃保温板的制备方法，其特征在于，所述合成纤维由复合纳米粒子与聚合物基体混合，并经熔融纺丝或溶液纺丝工艺制成，其中，所述复合纳米粒子的制备方法包括以下步骤：
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| GR01 | Patent grant | ||
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Address after: 200000 room 1-034, South Building, No. 258, pingzhong Road, Lingang xinpian District, pilot Free Trade Zone, Pudong New Area, Shanghai Patentee after: Shanghai Yuhong Construction Group Co.,Ltd. Address before: 200000 room 1-034, South Building, No. 258, pingzhong Road, Lingang xinpian District, pilot Free Trade Zone, Pudong New Area, Shanghai Patentee before: Shanghai Yuhong building waterproof Engineering Co.,Ltd. |
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