CN115385651B - 一种epp建筑保温材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种EPP建筑保温材料及其制备方法，其中，EPP建筑保温材料包括以下重量份的组分：硅酸盐水泥50～100、改性材料15～45、EPP发泡珠粒10～30、纤维素醚0.1～5、乳胶粉0.5～10、减水剂0.2～2、促凝剂1～5、粘结剂1～5、水20～50；将以上物料按次序加入到搅拌机中搅拌均匀后，通过输送管道进入蒸汽成型设备模腔内进行蒸汽成型，然后对成型板材养护得到EPP建筑保温材料。本技术方案克服了有机保温材料阻燃效果差、燃烧释放有毒气体以及无机保温材料能耗高等缺点，具有密度小、导热系数低、阻燃效果好、防水、易加工等优势，市场应用前景广阔。

Description

一种EPP建筑保温材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及节能及建筑保温材料技术领域，具体涉及一种EPP建筑保温材料及其制备方法。
背景技术
建筑节能是时代发展的要求，研究和开发可降低建筑运行能耗、提高室内热舒适度、提升建筑能效水平的绿色、轻量化建筑材料是建筑行业向绿色化、低碳化转型升级的战略选择和重大需求。
建筑保温材料依据使用领域分为外墙保温材料、内墙保温材料以及屋面板保温材料。在建筑保温材料领域防火与保温是永恒的主题，也是一个难以调和的矛盾，保温效果越好的材料，防火性能往往越差；防火性能越好的材料，保温效果往往较差。
有机保温材料中，聚苯乙烯泡沫塑料具有质轻、保温、成本低等有点，但在高温下易变形，耐热温度为80℃，且使用的戊烷发泡剂具有易燃易爆的特性；聚氨酯保温材料具有导热系数低、化学性质稳定的优点，但阻燃效果差，一旦发生火灾，燃烧速度快，并且释放出氰化氢等有毒气体，给人们的生命安全带来隐患。无机保温材料是完全不燃的材料，但由于造价高、施工难度大、保温性能差、吸水率高等缺点应用受到一定的限制。
聚丙烯发泡材料耐热温度为120℃，力学性能(屈服强度、压缩强度、拉伸强度、弹性模量和表面硬度)非常优异，并有突出的耐应力开裂性；EPP发泡珠粒为聚丙烯粒子在超临界二氧化碳下发泡所得，具有清洁、无污染、绿色环保等特点，具有较强的刚性与低导热系数。EPP发泡珠粒与无机材料相结合，将会克服现有有机保温材料阻燃效果差、燃烧释放有毒气体以及无机保温材料能耗高等缺点。
有机发泡材料与无机材料复合虽然结合了两者的优点，但是存在相容性不好、性能不稳定、施工效果差等问题，传统的自然成型与加压成型所得复合材料粘结强度与抗压强度不够，机械性能下降。开发出绿色清洁、节能高效、安全可靠、综合性能优异的保温材料是当务之急。
发明内容
本发明的目的在于提供一种EPP建筑保温材料及其制备方法，以解决上述背景技术中的不足之处。
为实现上述目的，本申请是通过以下技术方案实现的：
一种EPP建筑保温材料，由以下重量份的物质组成:
本发明以硅酸盐水泥、改性材料为胶凝材料，以超临界二氧化碳发泡EPP珠粒为轻质骨料，并加入多种功能性助剂，制备出一种质轻、防火、低导热系数、高强度的EPP建筑保温材料。
本发明中，改性材料为煤矸石、石英砂、石灰石等矿物粉中的一种或多种；所述改性材料150μm筛余物不大于5％。
本发明中，煤矸石、石英砂、石灰石等矿物粉主要成分由AL2O3、MgO、SiO2、CaO等组成，其150μm筛余物不大于5％，具有粒径小、比表面积大、比强度高的特点，掺杂煤矸石、石英砂、石灰石等矿物粉不但能填充硅酸盐水泥内部毛细孔隙，而且材料体系内部能够实现“微粉级配效应”。硅酸盐水泥与改性材料孔隙填充互补，生成的水化产物致密，形成了较多的空间网架结构，晶体间相互交织，在宏观上体现的强度更高。
本发明中，EPP发泡珠粒为聚丙烯粒子在超临界二氧化碳下发泡所得；所述EPP发泡珠粒粒径为2～4mm。
EPP发泡珠粒为聚丙烯粒子在超临界二氧化碳下发泡所得，而现技术中，聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯等发泡材料通常采用化学发泡剂或者戊烷等低沸点烷烃，化学发泡剂在使用过程中会产生有毒气体，戊烷等烷烃具有易燃易爆易残留等缺点，相比之下，采用超临界二氧化碳发泡清洁、绿色、无污染。而且EPP具有耐温、低导热系数、良好的机械性能等优点。
2～4mm不同粒径的EPP珠粒能够互相发生滚珠效应，对硅酸盐水泥起到润滑作用，并且其级配效应可使EPP珠粒形成紧密堆积结构。当EPP粒径较大时，因内部与外部形成连通孔隙，易发生对流现象，将会导致导热系数的增大；当EPP粒径较小时，所使用的功能助剂量会增大，影响材料综合性能；2～4mm粒径的EPP颗粒与基体占有较大界面面积，其界面分散了导热能力，使得导热系数降低。
本发明中，纤维素醚为甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚、羟乙基纤维素醚中、羟乙基乙基纤维素醚中的一种或多种。
纤维素醚是非离子型聚合物，在体系中主要起着固定EPP发泡珠粒，使其不上浮，均匀分布的作用。纤维素醚的高分子链在水中易与水形成氢键，氢键使其有很高的水合作用，当纤维素醚加入配方体系中，吸收大量水分，使其本身体积大幅度膨胀，同时纤维素醚分子链互相缠绕形成立体网络结构，减少了EPP发泡珠粒的自由活动空间，EPP珠粒被包围在立体网络中间不能自由流动，有效的解决了EPP珠粒上浮、分布不均匀、界面过渡区粘结强度低等问题。
本发明中，乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物、丙烯酸酯共聚物、苯乙烯共聚物中的一种或多种。
乳胶粉的加入能够显著的改善硅酸盐水泥配方体系的力学性能。在硅酸盐水泥砂浆凝结硬化过程中，乳胶粉会在EPP颗粒与水泥浆体之间的过渡区凝胶成膜，使二者的界面结合更密实、更牢固；乳胶粉聚合物分子中某些极性基团还可能与水泥水化产物发生化学反应，形成特殊的桥键，改善水泥水化产物的物理组织结构，缓解内应力，从而减少水泥浆体中微裂纹的产生。
本发明中，减水剂为三聚氰胺减水剂、氨基磺酸盐减水剂、聚羧酸盐减水剂、脂肪族减水剂中的一种或多种。
本发明中，硅酸盐水泥遇水形成絮凝结构后，会将部分游离水包裹在其中。减水剂具有亲水基团和憎水基团，减水剂分子被浆体中的水泥颗粒吸附后，形成单分子或多分子层吸附膜，产生吸附屏蔽作用，形成空间位阻效应。减水剂的亲水端朝向水溶液，以氢键形式或水分子缔合，同时水分子之间也以氢键缔合，在水泥颗粒表面形成一层水膜，阻止水泥颗粒间的直接接触，起到润滑作用。
本发明中，促凝剂为硅酸盐、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、铝酸盐中的一种或多种。优选硅酸钠、硅酸钾、硫酸铝中的一种或多种。
硅酸盐水泥配方体系中，水泥颗粒发生水化反应，生成水泥凝胶体，促凝剂电离出的阴阳离子能迅速增加溶液中的离子强度，对水泥凝胶体的双电层结构有较强的压缩作用，从而缩短体系的凝结时间。
本发明中，粘结剂为低碳石油树脂、松香、乙烯丙烯酸共聚物中的一种或多种。
在蒸汽成型的过程中，由于蒸汽的作用，分子的热运动加剧，粘结剂分子与硅酸盐水泥颗粒，以及与EPP颗粒表面分子间的作用加强，形成相互交织缠绕的结构，能有效抑制EPP-水泥界面过渡区的“弱连接”缺陷。
上述任一项EPP建筑保温材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照配方组成分别称量硅酸盐水泥、改性材料、EPP发泡珠粒、纤维素醚、乳胶粉、减水剂、促凝剂、粘结剂、水，并按次序加入到搅拌机中搅拌均匀；
S2、将步骤S1中混合均匀的物料通过管道系统输送至蒸汽成型设备的模腔内，在一定条件下进行蒸汽成型；
S3、将步骤S2中蒸汽成型所得板材进行养护，得到EPP建筑保温材料。
本发明中，水泥胶凝材料与轻骨料EPP发泡珠粒的成型方式采用蒸汽成型，在蒸汽压力及机械压力的作用下，EPP发泡珠粒表面软化，EPP发泡珠粒之间以及EPP发泡珠粒与无机胶凝材料之间粘结性较好，成型所得板材具有更高的抗压、抗折强度。
步骤S2中模具内表面覆盖有一层聚酯薄膜；蒸汽成型的压力为0.2～0.4MPa，时间为10～60s。
本发明中，蒸汽成型设备模具内表面所覆盖的聚酯薄膜有利于EPP建筑保温板材的脱模。
步骤S3中蒸汽成型板材的养护温度为40～60℃，养护时间为12～48h。
EPP建筑保温材料密度为200～500Kg/m3，导热系数≤0.049W/m〃k，阻燃等级为A级。
本发明所制备的EPP建筑保温材料密度轻、导热系数低、阻燃效果好。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用超临界二氧化碳制备的EPP发泡珠粒作为硅酸盐水泥胶凝材料的轻骨料，具有绿色清洁、无污染、耐温性能好、导热系数低、机械性能优良的特点。
2、本发明掺杂煤矸石、石英砂、石灰石等矿物粉不但能填充硅酸盐水泥内部毛细孔隙，而且材料体系内部能够实现“微粉级配效应”，能增强材料的抗拉强度与抗压强度。
3、本发明加入纤维素醚减少了EPP发泡珠粒的自由活动空间，EPP珠粒被包围在纤维素醚立体网络中间不能自由流动，有效的解决了EPP珠粒上浮、分布不均匀、界面过渡区粘结强度低等问题。
4、本发明采用蒸汽成型的方式将无机胶凝材料与EPP发泡珠粒粘结在一起，具有粘结强度高、机械性能好的特点，同时将无机材料的高阻燃及EPP的低导热系数良好结合起来，所制备的EPP建筑保温材料密度轻、导热系数低、阻燃效果好。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
(1)分别称量65份硅酸盐水泥、30份煤矸石矿物粉、20份EPP发泡珠粒、3份甲基纤维素醚、5份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、1份三聚氰胺减水剂、2份硅酸钠、3份低碳石油树脂、30份水，并按次序加入到搅拌机中搅拌均匀。
(2)将混合均匀的物料通过管道系统输送至蒸汽成型设备的模腔内，蒸汽成型的压力为0.35MPa，时间为30s。
(3)将蒸汽成型所得板材进行养护，养护的温度为45℃，时间为24h，得到EPP建筑保温材料。
实施例2
(1)分别称量85份硅酸盐水泥、25份石英砂矿物粉、15份EPP发泡珠粒、4份乙基纤维素醚、4份醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物、0.5份氨基磺酸盐减水剂、2份硅酸钾、3份松香、40份水，并按次序加入到搅拌机中搅拌均匀。
(2)将混合均匀的物料通过管道系统输送至蒸汽成型设备的模腔内，蒸汽成型的压力为0.3MPa，时间为35s。
(3)将蒸汽成型所得板材进行养护，养护的温度为40℃，时间为48h，得到EPP建筑保温材料。
实施例3
(1)分别称量75份硅酸盐水泥、35份石灰石矿物粉、25份EPP发泡珠粒、5份羟丙基甲基纤维素醚、6份丙烯酸酯共聚物、1.5份聚羧酸盐减水剂、3份硫酸铝、4份乙烯丙烯酸共聚物、35份水，并按次序加入到搅拌机中搅拌均匀。
(2)将混合均匀的物料通过管道系统输送至蒸汽成型设备的模腔内，蒸汽成型的压力为0.4MPa，时间为20s。
(3)将蒸汽成型所得板材进行养护，养护的温度为60℃，时间为12h，得到EPP建筑保温材料。
实施例4
(1)分别称量95份硅酸盐水泥、25份煤矸石矿物粉、30份EPP发泡珠粒、2.5份羟乙基甲基纤维素醚、7份苯乙烯共聚物、2份脂肪族减水剂、4份硝酸钠、4份低碳石油树脂、45份水，并按次序加入到搅拌机中搅拌均匀。
(2)将混合均匀的物料通过管道系统输送至蒸汽成型设备的模腔内，蒸汽成型的压力为0.25MPa，时间为45s。
(3)将蒸汽成型所得板材进行养护，养护的温度为50℃，时间为20h，得到EPP建筑保温材料。
实施例5
(1)分别称量55份硅酸盐水泥、40份石英砂矿物粉、20份EPP发泡珠粒、3.5份羟乙基乙基纤维素醚、3份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、1份聚羧酸盐减水剂、5份碳酸钠、4份松香、15份水，并按次序加入到搅拌机中搅拌均匀。
(2)将混合均匀的物料通过管道系统输送至蒸汽成型设备的模腔内，蒸汽成型的压力为0.2MPa，时间为60s。
(3)将蒸汽成型所得板材进行养护，养护的温度为55℃，时间为18h，得到EPP建筑保温材料。
对比例1
对比例1与实施例1相比，采用常见的EPS发泡珠粒替代EPP发泡珠粒。
(1)分别称量65份硅酸盐水泥、30份煤矸石矿物粉、20份EPS发泡珠粒、3份甲基纤维素醚、5份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、1份三聚氰胺减水剂、2份硅酸钠、3份低碳石油树脂、30份水，并按次序加入到搅拌机中搅拌均匀。
(2)将混合均匀的物料通过管道系统输送至蒸汽成型设备的模腔内，蒸汽成型的压力为0.35MPa，时间为30s。
(3)将蒸汽成型所得板材进行养护，养护的温度为45℃，时间为24h，得到EPP建筑保温材料。
对比例2
对比例2与实施例1相比，未加入煤矸石矿物粉改性材料。
(1)分别称量95份硅酸盐水泥、20份EPP发泡珠粒、3份甲基纤维素醚、5份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、1份三聚氰胺减水剂、2份硅酸钠、3份低碳石油树脂、30份水，并按次序加入到搅拌机中搅拌均匀。
(2)将混合均匀的物料通过管道系统输送至蒸汽成型设备的模腔内，蒸汽成型的压力为0.35MPa，时间为30s。
(3)将蒸汽成型所得板材进行养护，养护的温度为45℃，时间为24h，得到EPP建筑保温材料。
对比例3
对比例3与实施例1相比，未加入甲基纤维素醚。
(1)分别称量65份硅酸盐水泥、30份煤矸石矿物粉、20份EPP发泡珠粒、5份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、1份三聚氰胺减水剂、2份硅酸钠、3份低碳石油树脂、30份水，并按次序加入到搅拌机中搅拌均匀。
(2)将混合均匀的物料通过管道系统输送至蒸汽成型设备的模腔内，蒸汽成型的压力为0.35MPa，时间为30s。
(3)将蒸汽成型所得板材进行养护，养护的温度为45℃，时间为24h，得到EPP建筑保温材料。
对比例4
对比例4与实施例1相比，未加入低碳石油树脂粘结剂。
(1)分别称量65份硅酸盐水泥、30份煤矸石矿物粉、20份EPP发泡珠粒、3份甲基纤维素醚、5份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、1份三聚氰胺减水剂、2份硅酸钠、30份水，并按次序加入到搅拌机中搅拌均匀。
(2)将混合均匀的物料通过管道系统输送至蒸汽成型设备的模腔内，蒸汽成型的压力为0.35MPa，时间为30s。
(3)将蒸汽成型所得板材进行养护，养护的温度为45℃，时间为24h，得到EPP建筑保温材料。
对比例5
对比例5与实施例1相比，未采用蒸汽成型的方式。
(1)分别称量65份硅酸盐水泥、30份煤矸石矿物粉、20份EPP发泡珠粒、3份甲基纤维素醚、5份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、1份三聚氰胺减水剂、2份硅酸钠、3份低碳石油树脂、30份水，并按次序加入到搅拌机中搅拌均匀。
(2)将混合均匀的物料倒入设置好的模具内进行机械加压成型。
(3)将成型所得板材进行养护，养护的温度为45℃，时间为24h，得到EPP建筑保温材料。
表1实施例1-5及对比例1-5建筑保温材料性能测试数据
从表1中性能测试数据可以看出，实施例1-5具有密度低、粘结强度高、抗压强度大、导热系数低、耐火等级高、施工性能好等优点。本实施例制备的EPP建筑保温材料克服现有无机保温材料能耗高以及有机保温材料阻燃效果差、燃烧释放有毒气体等缺点，具有清洁、无污染、绿色环保、良好机械性能以及低导热系数等特点。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种EPP建筑保温材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照配方组成分别称量硅酸盐水泥、改性材料、EPP发泡珠粒、纤维素醚、乳胶粉、减水剂、促凝剂、粘结剂、水，并按次序加入到搅拌机中搅拌均匀；
S2、将步骤S1中混合均匀的物料通过管道系统输送至蒸汽成型设备的模腔内，在设定条件下进行蒸汽成型；
S3、将步骤S2中蒸汽成型所得板材进行养护，得到EPP建筑保温材料；
所述EPP建筑保温材料，由以下重量份的物质组成:
硅酸盐水泥 50～100份；
改性材料 15～45份；
EPP发泡珠粒 10～30份；
纤维素醚 0.1～5份；
乳胶粉 0.5～10份；
减水剂 0.2～2份；
促凝剂 1～5份；
粘结剂 1～5份；
水 20～50份；
所述改性材料为煤矸石、石英砂、石灰石矿物粉中的一种或多种；
所述纤维素醚为甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚、羟乙基纤维素醚、羟乙基乙基纤维素醚中的一种或多种；
所述粘结剂为低碳石油树脂、松香、乙烯丙烯酸共聚物中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的EPP建筑保温材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中模具内表面覆盖有一层聚酯薄膜；所述蒸汽成型的压力为0.2～0.4MPa，时间为10～60s。
3.根据权利要求1所述的EPP建筑保温材料的制备方法，其特征在于，所述改性材料150μm筛余物不大于5%。
4.根据权利要求1所述的EPP建筑保温材料的制备方法，其特征在于，所述EPP发泡珠粒为聚丙烯粒子在超临界二氧化碳下发泡所得；所述EPP发泡珠粒粒径为2～4mm。
5.根据权利要求1所述的EPP建筑保温材料的制备方法，其特征在于，所述乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物、丙烯酸酯共聚物、苯乙烯共聚物中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的EPP建筑保温材料的制备方法，其特征在于，所述减水剂为三聚氰胺减水剂、氨基磺酸盐减水剂、聚羧酸盐减水剂、脂肪族减水剂中的一种或多种；所述促凝剂为硅酸盐、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、铝酸盐中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的EPP建筑保温材料的制备方法，其特征在于，所述EPP建筑保温材料密度为200～500Kg/m3，导热系数≤0.049W/m•k，阻燃等级为A级。
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