CN104292680B - 一种聚苯乙烯泡沫保温材料及其制备方法 - Google Patents
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- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
Abstract
本发明涉及一种聚苯乙烯泡沫保温材料及其制备方法，所述聚苯乙烯泡沫保温材料由灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯与没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯混合发泡制得，所述聚苯乙烯泡沫保温材料的导热系数很低，在0.029～0.031W/m·K之间。本发明将灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯与没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯混合均匀，然后模塑，制得聚苯乙烯泡沫保温材料。本发明泡沫材料的导热系数低，一方面大大的降低了保温材料的成本，另一方面也减少了保温材料占用的体积。
Description
技术领域
本发明属于聚苯乙烯泡沫的生产领域，涉及一种聚苯乙烯泡沫保温材料及其制备方法，具体是使用灰黑色含有石墨粒子的可膨化聚苯乙烯粒子和白色未用石墨改性的可膨化聚苯乙烯粒子混合制备而成低导热系数的聚苯乙烯泡沫保温材料。
背景技术
膨化聚苯乙烯颗粒(EPS)是一种价格低廉的泡沫，广泛应用包装、保温等许多领域。其中一个重要应用领域就是建筑物的隔热。
普通的膨化聚苯乙烯材料的导热系数在0.038-0.044W/m·K之间，导热系数较高，保温效果不好，尤其是当密度低于30kg/m3时，随着密度的降低，导热系数上升很快。
CN1254356A公布了含有石墨粒子的可膨化苯乙烯聚合物的制备方法，大大降低了EPS的导热系数，这种灰黑色的聚苯乙烯颗粒膨化模塑后，导热系数可以达到0.033-0.035W/m·K。但是由于这种EPS是采用石墨原位聚合的方法制备，工艺复杂，成本很高。
随着社会的发展，人们对建筑物的能耗和绿色环保要求越来越高，对建筑物的保温性能提出了新的挑战。而决定建筑物保温性能的关键就是保温材料的导热系数。灰黑色含有石墨粒子的EPS可将导热系数降低至0.033W/m·K，然而由于聚苯乙烯材料本身导热系数的限制，人们始终没有找到一种方法能使EPS的导热系数进一步降低。诚然，对于EPS，已经把导热系数降低到0.033W/m·K之后，再想降低0.001W/m·K的导热系数都很困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚苯乙烯泡沫保温材料及其制备方法，具体是使用灰黑色含有石墨粒子的可膨化聚苯乙烯粒子和没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯混合制备而成低导热系数的聚苯乙烯泡沫保温材料。
本发明把含有石墨粒子的可膨化苯乙烯聚合物和没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯混合后膨化模塑，不仅降低了材料的成本，更出人意料的是，这种灰黑色和白色颗粒相间的泡沫材料的导热系数不仅没有上升，反而进一步降低，取得了意想不到的积极的技术效果。
本发明的一种聚苯乙烯泡沫保温材料由灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯与没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯混合发泡制得，所述聚苯乙烯泡沫保温材料的导热系数很低，在0.029～0.031W/m·K之间。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种聚苯乙烯泡沫保温材料，所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯与没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯的重量比例是1∶99至99∶1。
如上所述的一种聚苯乙烯泡沫保温材料，所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯与没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯的重量比例优选为15∶85至80∶20。
如上所述的一种聚苯乙烯泡沫保温材料，所述聚苯乙烯泡沫保温材料的密度为10～45kg/m3。
本发明提供了一种聚苯乙烯泡沫保温材料的制备方法，将灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯与没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯混合均匀，然后模塑，制得聚苯乙烯泡沫保温材料。
如上所述的一种聚苯乙烯泡沫保温材料的制备方法，所述模塑具体为：
(1)使用70-140℃的蒸汽加热进行预发泡；
(2)0-50℃的温度条件下通风熟化；
(3)然后放在模具里使用70-140℃的蒸汽进行成型并冷却；
(4)脱模，得到成型的聚苯乙烯泡沫保温材料。
如上所述的一种聚苯乙烯泡沫保温材料的制备方法，所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯，为使用石墨进行改性的可膨化聚苯乙烯，其石墨含量为3～15wt％；所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯含有3～13wt％的环戊烷发泡剂并经石墨改性的聚苯乙烯，发泡后，泡沫的导热系数是0.033-0.035W/m·K之间；
所述没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯含有3～13wt％的环戊烷发泡剂的聚苯乙烯，发泡后，泡沫的导热系数是0.038-0.041W/m·K之间。
如上所述的一种聚苯乙烯泡沫保温材料的制备方法，所述通风熟化的时间为4-10h。
本发明还提供了另一种聚苯乙烯泡沫保温材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯用70-140℃的蒸汽加热进行预发泡；将没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯用70-140℃的蒸汽加热进行预发泡；
(2)然后将两种预发泡的泡沫混合均匀，再在0-50℃的温度条件下通风熟化；或者先分别在0-50℃的温度条件下通风熟化，再混合均匀；
(3)然后放在模具里使用70-140℃的蒸汽进行成型并冷却；
(4)脱模，得到成型的聚苯乙烯泡沫保温材料。
如上所述的一种聚苯乙烯泡沫保温材料的制备方法，所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯，为使用石墨进行改性的可膨化聚苯乙烯，其石墨含量为3～15wt％；所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯含有3～13wt％的环戊烷发泡剂并经石墨改性的聚苯乙烯，发泡后，泡沫的导热系数是0.033-0.035W/m·K之间；
所述没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯含有3～13wt％的环戊烷发泡剂的聚苯乙烯，发泡后，泡沫的导热系数是0.038-0.041W/m·K之间；
所述通风熟化的时间为4-10h。
热传递分为三种方式：热传导、热辐射和热对流，本产品是固体泡沫，所以主要是热传导和热辐射两种方式起作用。
虽然含有石墨粒子的膨胀聚苯颗粒可以有效地减少热辐射，但是在阻挡热传导方面要差于白色可膨胀聚苯颗粒，这主要是因为石墨的导热系数比较高，是热的良导体。本发明这种泡沫中虽然不全是含有石墨粒子的膨化聚苯乙烯颗粒，但是不管在那个截面、平面上都会有石墨粒子的存在，而石墨粒子的远红外作用不会因为密度的减小而降低。所以这种泡沫在热辐射方面和黑色可膨胀聚苯颗粒相同。在此基础上，由于加入了白色可膨胀聚苯颗粒，减少了材料的热传导，所以降低了材料的导热系数。
有益效果：
(1)本发明产品导热系数低，达到同样的保温效果所使用的保温材料厚度减少。例如导热系数从0.033W/m·K降低到0.030W/m·K，就可以节约10％的保温材料，一方面大大的降低了保温材料的成本，另一方面也减少了保温材料占用的体积。
(2)由于灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯成本比较高，价格也比较昂贵，所以加入没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯可以降低产品的成本。
本发明方法使用传统的EPS发泡工艺和设备，不需要增加新的投资。
本发明方法是将两种不同的可膨化聚苯乙烯混合，方法简单，但是带来了导热系数进一步降低的意想不到的效果。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
原料：
灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯，石墨含量为3wt％，环戊烷发泡剂含量为3wt％；所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯发泡后，泡沫的导热系数是0.031W/m·K；选用BASF公司生产的Neopor。
没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯中含有3wt％的环戊烷发泡剂，发泡后，泡沫的导热系数是0.038W/m·K。
按照质量比50∶50的比例把灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯(BASF公司生产的Neopor)和普通白色可膨化聚苯乙烯粒子混合均匀，然后模塑成密度30kg/m3的膨化聚苯乙烯泡沫，经测量，导热系数(10℃)为0.029W/m·K。模塑步骤为：
(1)使用70℃的蒸汽加热进行预发泡；
(2)50℃的温度条件下通风熟化，时间10h；
(3)然后放在模具里使用70℃的蒸汽进行成型并冷却；
(4)脱模，得到成型的聚苯乙烯泡沫保温材料。
实施例2
原料：
灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯，石墨含量为15wt％，环戊烷发泡剂含量为13wt％；所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯发泡后，泡沫的导热系数是0.035W/m·K；选用Lambdapor公司生产的SUNPOR Lambdapor Grade。
没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯中含有13wt％的环戊烷发泡剂，发泡后，泡沫的导热系数是0.041W/m·K。
按照质量比20∶80的比例把灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯(Lambdapor公司生产的SUNPOR Lambdapor Grade)和普通白色可膨化聚苯乙烯粒子混合均匀，然后模塑成密度18kg/m3的膨化聚苯乙烯泡沫，经测量，导热系数(10℃)为0.031W/m·K。模塑步骤为：
(1)使用140℃的蒸汽加热进行预发泡；
(2)0℃的温度条件下通风熟化，时间4h；
(3)然后放在模具里使用140℃的蒸汽进行成型并冷却；
(4)脱模，得到成型的聚苯乙烯泡沫保温材料。
实施例3
原料：
灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯，石墨含量为5wt％，环戊烷发泡剂含量为10wt％；所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯发泡后，泡沫的导热系数是0.033W/m·K；选用BASF公司生产的Neopor。
没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯中含有8wt％的环戊烷发泡剂，发泡后，泡沫的导热系数是0.039W/m·K之间；
按照质量比75∶25的比例把含有石墨粒子的可膨化聚苯乙烯粒子(BASF公司生产的Neopor)和普通白色的可膨化聚苯乙烯粒子混合均匀，然后模塑成密度25kg/m3的膨化聚苯乙烯泡沫，经测量，导热系数(10℃)为0.030W/m·K。模塑步骤为：
(1)使用100℃的蒸汽加热进行预发泡；
(2)30℃的温度条件下通风熟化，时间6h；
(3)然后放在模具里使用110℃的蒸汽进行成型并冷却；
(4)脱模，得到成型的聚苯乙烯泡沫保温材料。
实施例4
原料：
灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯，石墨含量为9wt％，环戊烷发泡剂含量为7wt％；所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯发泡后，泡沫的导热系数是0.033W/m·K；选用Styrenics公司生产的EPS Silver。
没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯中含有3wt％的环戊烷发泡剂，发泡后，泡沫的导热系数是0.038W/m·K。
制备步骤为：
(1)将灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯(INEOS Styrenics公司生产的EPSSilver)用70℃的蒸汽加热进行预发泡；将没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯用70℃的蒸汽加热进行预发泡；
(2)然后将两种预发泡的泡沫按照质量比60∶40混合均匀，再在0℃的温度条件下通风熟化10h；
(3)然后放在模具里使用70℃的蒸汽进行成型并冷却，模塑成密度25kg/m3的膨化聚苯乙烯泡沫；
(4)脱模，得到成型的聚苯乙烯泡沫保温材料；经测量，导热系数(10℃)为0.030W/m·K。
实施例5
原料：
灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯，石墨含量为10wt％，环戊烷发泡剂含量为8wt％；所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯发泡后，泡沫的导热系数是0.033W/m·K；选用Styrenics公司生产的EPS Silver。
没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯中含有13wt％的环戊烷发泡剂，发泡后，泡沫的导热系数是0.041W/m·K。
制备步骤为：
(1)将灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯(INEOS Styrenics公司生产的EPSSilver)用140℃的蒸汽加热进行预发泡；将没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯用140℃的蒸汽加热进行预发泡；
(2)然后将两种预发泡的泡沫按照质量比1∶99混合均匀，再在50℃的温度条件下通风熟化4h；
(3)然后放在模具里使用140℃的蒸汽进行成型并冷却，模塑成密度35kg/m3的膨化聚苯乙烯泡沫；
(4)脱模，得到成型的聚苯乙烯泡沫保温材料；经测量，导热系数(10℃)为0.031W/m·K。
实施例6
原料：
灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯，石墨含量为5wt％，环戊烷发泡剂含量为9wt％；所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯发泡后，泡沫的导热系数是0.033W/m·K；选用Styrenics公司生产的EPS Silver。
没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯中含有5wt％的环戊烷发泡剂，发泡后，泡沫的导热系数是0.039W/m·K。
制备步骤为：
(1)将灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯(INEOS Styrenics公司生产的EPSSilver)用100℃的蒸汽加热进行预发泡；将没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯用100℃的蒸汽加热进行预发泡；
(2)然后将两种预发泡的泡沫按照质量比99∶1混合均匀，再在60℃的温度条件下通风熟化4h；
(3)然后放在模具里使用140℃的蒸汽进行成型并冷却，模塑成密度30kg/m3的膨化聚苯乙烯泡沫；
(4)脱模，得到成型的聚苯乙烯泡沫保温材料；经测量，导热系数(10℃)为0.029W/m·K。
实施例7
原料：
灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯，石墨含量为5wt％，环戊烷发泡剂含量为9wt％；所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯发泡后，泡沫的导热系数是0.033W/m·K；选用Styrenics公司生产的EPS Silver。
没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯中含有5wt％的环戊烷发泡剂，发泡后，泡沫的导热系数是0.040W/m·K。
制备步骤为：
(1)将灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯(INEOS Styrenics公司生产的EPSSilver)用100℃的蒸汽加热进行预发泡；将没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯用100℃的蒸汽加热进行预发泡；
(2)然后将两种预发泡的泡沫分别在60℃的温度条件下通风熟化4h；再按照质量比99∶1混合均匀；
(3)然后放在模具里使用140℃的蒸汽进行成型并冷却，模塑成密度30kg/m3的膨化聚苯乙烯泡沫；
(4)脱模，得到成型的聚苯乙烯泡沫保温材料；经测量，导热系数(10℃)为0.029W/m·K。
实施例8
原料：
灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯，石墨含量为10wt％，环戊烷发泡剂含量为8wt％；所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯发泡后，泡沫的导热系数是0.033W/m·K；选用Styrenics公司生产的EPS Silver。
没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯中含有13wt％的环戊烷发泡剂，发泡后，泡沫的导热系数是0.041W/m·K。
制备步骤为：
(1)将灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯(INEOS Styrenics公司生产的EPSSilver)用140℃的蒸汽加热进行预发泡；将没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯用140℃的蒸汽加热进行预发泡；
(2)然后将两种预发泡的泡沫分别在50℃的温度条件下通风熟化4h；再按照质量比1∶99混合均匀；
(3)然后放在模具里使用140℃的蒸汽进行成型并冷却，模塑成密度35kg/m3的膨化聚苯乙烯泡沫；
(4)脱模，得到成型的聚苯乙烯泡沫保温材料；经测量，导热系数(10℃)为0.031W/m·K。
实施例9
原料：
灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯，石墨含量为9wt％，环戊烷发泡剂含量为7wt％；所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯发泡后，泡沫的导热系数是0.033W/m·K；选用Styrenics公司生产的EPS Silver。
没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯中含有3wt％的环戊烷发泡剂，发泡后，泡沫的导热系数是0.040W/m·K。
制备步骤为：
(1)将灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯(INEOS Styrenics公司生产的EPSSilver)用70℃的蒸汽加热进行预发泡；将没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯用70℃的蒸汽加热进行预发泡；
(2)然后将两种预发泡的泡沫分别在0℃的温度条件下通风熟化10h；再按照质量比60∶40混合均匀；
(3)然后放在模具里使用70℃的蒸汽进行成型并冷却，模塑成密度25kg/m3的膨化聚苯乙烯泡沫；
(4)脱模，得到成型的聚苯乙烯泡沫保温材料；经测量，导热系数(10℃)为0.030W/m·K。
Claims (10)
1.一种聚苯乙烯泡沫保温材料，其特征是：所述聚苯乙烯泡沫保温材料由灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯与没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯混合发泡制得，所述聚苯乙烯泡沫保温材料的导热系数很低，在0.029～0.031W/m·K之间。
2.根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯泡沫保温材料，其特征在于，所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯与没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯的重量比例是1∶99至99∶1。
3.根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯泡沫保温材料，其特征在于，所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯与没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯的重量比例为15∶85至80∶20。
4.根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯泡沫保温材料，其特征在于，所述聚苯乙烯泡沫保温材料的密度为10～45kg/m3。
5.如权利要求1～4中任一项所述一种聚苯乙烯泡沫保温材料的制备方法，其特征是：将灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯与没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯混合均匀，然后模塑，制得聚苯乙烯泡沫保温材料。
6.根据权利要求5所述的一种聚苯乙烯泡沫保温材料的制备方法，其特征在于，所述模塑具体为：
(1)使用70-140℃的蒸汽加热进行预发泡；
(2)0-50℃的温度条件下通风熟化；
(3)然后放在模具里使用70-140℃的蒸汽进行成型并冷却；
(4)脱模，得到成型的聚苯乙烯泡沫保温材料。
7.根据权利要求6所述的一种聚苯乙烯泡沫保温材料的制备方法，其特征在于，所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯，为使用石墨进行改性的可膨化聚苯乙烯，其石墨含量为3～15wt％；所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯为含有3～13wt％的环戊烷发泡剂并经石墨改性的聚苯乙烯，发泡后，泡沫的导热系数是0.033-0.035W/m·K之间；
所述没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯含有3～13wt％的环戊烷发泡剂的聚苯乙烯，发泡后，泡沫的导热系数是0.038-0.041W/m·K之间。
8.根据权利要求6所述的一种聚苯乙烯泡沫保温材料的制备方法，其特征在于，所述通风熟化的时间为4-10h。
9.如权利要求5所述一种聚苯乙烯泡沫保温材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：
(1)将灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯用70-140℃的蒸汽加热进行预发泡；将没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯用70-140℃的蒸汽加热进行预发泡；
(2)然后将两种预发泡的泡沫混合均匀，再在0-50℃的温度条件下通风熟化；或者先分别在0-50℃的温度条件下通风熟化，再混合均匀；
(3)然后放在模具里使用70-140℃的蒸汽进行成型并冷却；
(4)脱模，得到成型的聚苯乙烯泡沫保温材料。
10.根据权利要求9所述的一种聚苯乙烯泡沫保温材料的制备方法，其特征在于，所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯，为使用石墨进行改性的可膨化聚苯乙烯，其石墨含量为3％～15％；所述灰黑色石墨改性可膨化聚苯乙烯含有3～13wt％的环戊烷发泡剂并经石墨改性的聚苯乙烯，发泡后，泡沫的导热系数是0.033-0.035W/m·K之间；
所述没有经过石墨改性的白色可膨化聚苯乙烯含有3～13wt％的环戊烷发泡剂的聚苯乙烯，发泡后，泡沫的导热系数是0.038-0.041W/m·K之间；
所述通风熟化的时间为4-10h。
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