CN114456431A - 抗冻融循环的聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑保温材料领域，具体是一种具有优良抗冻融循环性能的聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料及其制备方法。本发明的制备方法包括以下步骤：(1)将马来酸酐接枝聚苯乙烯与聚硼硅氧烷共混并造粒；(2)将步骤(1)中制备的共混物粒料与聚苯乙烯粒料共混，加入发泡剂、成核剂，挤出发泡；(3)将步骤(2)中得到的挤出预发泡材料蒸汽定型、冷却、熟化，得到最终聚硼硅氧烷改性聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料。采用本发明的方法制备的聚硼硅氧烷改性聚苯乙烯挤塑发泡保温材料相较于传统聚苯乙烯挤塑发泡材料导热系数增长速度较低，使用寿命显著提高，具有更加优异的抗冻融循环性能。

Description

抗冻融循环的聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑保温材料领域，具体是一种具有优良抗冻融循环性能的聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料及其制备方法。
背景技术
保温材料一般是指热系数小于或等于0.12的材料。保温材料发展很快，在工业和建筑中采用良好的保温技术与材料，往往可以起到事半功倍的效果。建筑中每使用一吨矿物棉绝热制品，一年可节约一吨石油。自2003年以来，发泡聚苯乙烯广泛用于建筑隔音隔热材料。
聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料通常是经由特殊工艺连续挤出发泡成型的板材，其表面形成的硬膜均匀平整，内部完全闭孔发泡连续均匀，呈蜂窝状结构，因此具有密度低、抗压强度高、热导率低、不吸水、不透气，耐磨、抗腐蚀、不降解等优点。
但在北方寒冷地区，由于温差大，保温材料需要经历反复的冻结-融化过程，即冻融循环考验。在冻融循环过程中,保温材料中的液态水先变成固态冰，然后再融化为液态水。由于水与冰的密度不同,当液态水转变为固态冰时,冰晶生长使体积膨胀,导致材料内部泡孔结构发生破坏；融化后由于泡孔结构破坏，液态水可由此迁移，并再次发生冻结-膨胀-泡孔破坏的过程。因此，随着循环次数的增加，泡孔结构破坏的程度也随之增加,从而导致导热系数迅速增加,抗压强度逐渐下降，极大的影响了聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料的寿命。因此，如何提高聚苯乙烯泡沫保温材料的抗冻融循环性能就成为建筑保温领域亟待解决的难题之一。
聚硼硅氧烷是一种具有优良耐寒性、优良自愈合性的有机硅材料。因此，将其与聚苯乙烯挤塑发泡保温材料复合，有可能在冻融循环过程中一方面抑制微量水相变导致的泡孔破坏，另一方面对于已破坏的泡孔结构可发挥自愈合功能，抑制泡孔塌陷，从而减缓导热系数与抗压强度的劣化。但是聚硼硅氧烷与聚苯乙烯极性差异较大，两者如直接共混，会有较严重的相容性问题，要选择合适的相容剂提高两者的相容性。
发明内容
本发明的目的就是通过以马来酸酐接枝聚苯乙烯作为相容剂，将聚硼硅氧烷与聚苯乙烯共混，然后挤出发泡得到聚硼硅氧烷改性聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料，从而提高保温材料的抗冻融循环性能。
本发明所采用的技术方案如下：
(1)将马来酸酐接枝聚苯乙烯与聚硼硅氧烷共混并造粒，得到能与聚苯乙烯相容的共混物粒料。
(2)将步骤(1)中制备的共混物粒料与聚苯乙烯粒料共混，加入发泡剂、成核剂，挤出发泡。
(3)将步骤(2)中得到的挤出预发泡材料蒸汽定型、冷却、熟化，得到最终聚硼硅氧烷改性聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料。
本发明的优选方案为：
步骤(1)中所述聚硼硅氧烷的硼硅原子比为1:5—1:20。
步骤(1)中所述马来酸酐接枝聚苯乙烯与聚硼硅氧烷的质量比为1:1～1：9。
步骤(2)中所述共混物粒料与聚苯乙烯粒料的质量比为1:6～1：100。
进一步的优选方案为：
步骤(1)中所述聚硼硅氧烷的硼硅原子比为1:10—1:15。
步骤(1)中所述马来酸酐接枝聚苯乙烯与聚硼硅氧烷的质量比为2:3～1:4。
步骤(2)中所述共混物粒料与聚苯乙烯粒料的质量比为1:10～1:20。
上述方案中，所述步骤(1)优选在密炼机中进行，所述步骤(2)优选在双螺杆挤出机中进行。
本发明还提供了一种抗冻融循环的聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料，其特征在于，按照上述方法制备而得。
本发明的有益效果是：
本发明制备的聚硼硅氧烷改性聚苯乙烯挤塑发泡保温材料相较于传统聚苯乙烯挤塑发泡材料具有更加优异的抗冻融循环性能。与传统聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料相比，这种材料在冻融循环条件下，导热系数增长速度较低，使用寿命显著提高。
附图说明
附图1为表1，表1为实施例1-9的配料表。
附图2为表2，表2为实施例1、5、9和比较例的冻融循环测试结果。
下面结合附图和具体实施方式对本发进行进一步详细的说明。
具体实施方式
实施例1-9中的挤塑聚苯乙烯、马来酸酐接枝聚苯乙烯、聚硼硅氧烷三种配料的重量百分比按照表1中的配比实施。见附图1。
实施例1：
(1)按表1中的配比将马来酸酐接枝聚苯乙烯与聚硼硅氧烷通过密炼机共混并造粒，得到能与聚苯乙烯相容的共混物粒料，其中聚硼硅氧烷的硼硅原子比为1:20。
(2)将步骤(1)中制备的共混物粒料与聚苯乙烯粒料按表1中的配比在双螺杆中共混，加入发泡剂、成核剂，挤出发泡。
(3)将步骤(2)中得到的挤出预发泡材料蒸汽定型、冷却、熟化，得到最终聚硼硅氧烷改性聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料。
实施例2：
(1)按表1中的配比将马来酸酐接枝聚苯乙烯与聚硼硅氧烷通过密炼机共混并造粒，得到能与聚苯乙烯相容的共混物粒料，其中聚硼硅氧烷的硼硅原子比为1:10。
(2)将步骤(1)中制备的共混物粒料与聚苯乙烯粒料按表1中的配比在双螺杆中共混，加入发泡剂、成核剂，挤出发泡。
(3)将步骤(2)中得到的挤出预发泡材料蒸汽定型、冷却、熟化，得到最终聚硼硅氧烷改性聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料。
实施例3：
(1)按表1中的配比将马来酸酐接枝聚苯乙烯与聚硼硅氧烷通过密炼机共混并造粒，得到能与聚苯乙烯相容的共混物粒料，其中聚硼硅氧烷的硼硅原子比为1:5。
(2)将步骤(1)中制备的共混物粒料与聚苯乙烯粒料按表1中的配比在双螺杆中共混，加入发泡剂、成核剂，挤出发泡。
(3)将步骤(2)中得到的挤出预发泡材料蒸汽定型、冷却、熟化，得到最终聚硼硅氧烷改性聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料。
实施例4：
(1)按表1中的配比将马来酸酐接枝聚苯乙烯与聚硼硅氧烷通过密炼机共混并造粒，得到能与聚苯乙烯相容的共混物粒料，其中聚硼硅氧烷的硼硅原子比为1:15。
(2)将步骤(1)中制备的共混物粒料与聚苯乙烯粒料按表1中的配比在双螺杆中共混，加入发泡剂、成核剂，挤出发泡。
(3)将步骤(2)中得到的挤出预发泡材料蒸汽定型、冷却、熟化，得到最终聚硼硅氧烷改性聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料。
实施例5：
(1)按表1中的配比将马来酸酐接枝聚苯乙烯与聚硼硅氧烷通过密炼机共混并造粒，得到能与聚苯乙烯相容的共混物粒料，其中聚硼硅氧烷的硼硅原子比为1:20。
(2)将步骤(1)中制备的共混物粒料与聚苯乙烯粒料按表1中的配比在双螺杆中共混，加入发泡剂、成核剂，挤出发泡。
(3)将步骤(2)中得到的挤出预发泡材料蒸汽定型、冷却、熟化，得到最终聚硼硅氧烷改性聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料。
实施例6：
(1)按表1中的配比将马来酸酐接枝聚苯乙烯与聚硼硅氧烷通过密炼机共混并造粒，得到能与聚苯乙烯相容的共混物粒料，其中聚硼硅氧烷的硼硅原子比为1:5。
(2)将步骤(1)中制备的共混物粒料与聚苯乙烯粒料按表1中的配比在双螺杆中共混，加入发泡剂、成核剂，挤出发泡。
(3)将步骤(2)中得到的挤出预发泡材料蒸汽定型、冷却、熟化，得到最终聚硼硅氧烷改性聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料。
实施例7：
(1)按表1中的配比将马来酸酐接枝聚苯乙烯与聚硼硅氧烷通过密炼机共混并造粒，得到能与聚苯乙烯相容的共混物粒料，其中聚硼硅氧烷的硼硅原子比为1:5。
(2)将步骤(1)中制备的共混物粒料与聚苯乙烯粒料按表1中的配比在双螺杆中共混，加入发泡剂、成核剂，挤出发泡。
(3)将步骤(2)中得到的挤出预发泡材料蒸汽定型、冷却、熟化，得到最终聚硼硅氧烷改性聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料。
实施例8：
(1)按表1中的配比将马来酸酐接枝聚苯乙烯与聚硼硅氧烷通过密炼机共混并造粒，得到能与聚苯乙烯相容的共混物粒料，其中聚硼硅氧烷的硼硅原子比为1:12。
(2)将步骤(1)中制备的共混物粒料与聚苯乙烯粒料按表1中的配比在双螺杆中共混，加入发泡剂、成核剂，挤出发泡。
(3)将步骤(2)中得到的挤出预发泡材料蒸汽定型、冷却、熟化，得到最终聚硼硅氧烷改性聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料。
实施例9：
(1)按表1中的配比将马来酸酐接枝聚苯乙烯与聚硼硅氧烷通过密炼机共混并造粒，得到能与聚苯乙烯相容的共混物粒料，其中聚硼硅氧烷的硼硅原子比为1:20。
(2)将步骤(1)中制备的共混物粒料与聚苯乙烯粒料按表1中的配比在双螺杆中共混，加入发泡剂、成核剂，挤出发泡。
(3)将步骤(2)中得到的挤出预发泡材料蒸汽定型、冷却、熟化，得到最终聚硼硅氧烷改性聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料。
比较例
以传统聚苯乙烯挤塑发泡保温板作为比较例，所有实施例与比较例的密度均为26.5kg/m3。然后通过20次冻融循环处理，处理条件为：湿度20％，将试件在-20℃冷冻12小时后取出，升温到25℃后保温12小时，即为一个冻融循环。完成20次冻融循环处理后，测试各样品的导热系数与抗压强度。部分测试结果见表2。
从图表2可见，按照实施例制备的聚硼硅氧烷改性聚苯乙烯挤塑发泡保温材料在经历20次冻融循环后，其导热系数与抗压强度均明显优于比较例，其使用寿命将明显得到改善。
以上实施例是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，但本发明并不局限于此，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。任何人在不脱离本发明精神和实质的情况下做出的各种改进，也将属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种抗冻融循环的聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将马来酸酐接枝聚苯乙烯与聚硼硅氧烷共混并造粒，得到能与聚苯乙烯相容的共混物粒料；
(2)将步骤(1)中制备共混物粒料与聚苯乙烯粒料共混，加入发泡剂、成核剂，挤出发泡；
(3)将步骤(2)中得到的挤出预发泡材料蒸汽定型、冷却、熟化，得到最终聚硼硅氧烷改性聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料。
2.根据权利要求1所述抗冻融循环的聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料的制备方法，其特征在于，
步骤(1)中所述聚硼硅氧烷的硼硅原子比为1:5—1:20；
步骤(1)中所述马来酸酐接枝聚苯乙烯与聚硼硅氧烷的质量比为1:9—1:1；
步骤(2)中所述共混物粒料与聚苯乙烯粒料的质量比为1:100—1:20。
3.根据权利要求1所述抗冻融循环的聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料的制备方法，其特征在于，
步骤(1)中所述聚硼硅氧烷的硼硅原子比为1:10—1:15；
步骤(1)中所述马来酸酐接枝聚苯乙烯与聚硼硅氧烷的质量比为1:4—2:3；
步骤(2)中所述共混物粒料与聚苯乙烯粒料的质量比为1:20—1:10。
4.根据权利要求1-3所述抗冻融循环的聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)在密炼机中进行。
5.根据权利要求1-3所述一种抗冻融循环的聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)在双螺杆挤出机中进行。
6.一种抗冻融循环的聚苯乙烯挤塑泡沫保温材料，其特征在于，按照权利要求1-3所述的方法制备而得。
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