CN106810778A - 一种聚苯乙烯板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种聚苯乙烯板的制备方法，包括如下步骤：1)将包括聚苯乙烯、第一阻燃剂、隔热剂和填料的原料混合后，在戊烷的存在下挤出，获得可发性聚苯乙烯颗粒；2)将所述可发性聚苯乙烯颗粒发泡后模压制成聚苯乙烯模压板；3)用浸渍液对所述聚苯乙烯模压板进行真空浸渍处理，并干燥，得到所述聚苯乙烯板；其中，所述浸渍液包含第二阻燃剂、粘结剂和溶剂，并可选地包含阻燃协效剂。通过采用上述方法制备的聚苯乙烯板，既能保证优异的保温隔热效果，又能达到A级阻燃级别。
Description
技术领域
本发明涉及保温建筑材料领域，具体涉及一种聚苯乙烯板的制备方法。
背景技术
可发性聚苯乙烯板，即EPS(Expanded Polystyrene)板，是经过包括含有物理发泡剂的聚苯乙烯颗粒经加热预发、膨胀并经熟化后，在模具中加热成型为所需形状的聚苯乙烯泡沫体。
可发性聚苯乙烯发泡制成的泡沫板由于具有优异持久的保温隔热性，因而在建筑、冷库、冷藏车等保温领域得到了广泛的应用。采用聚苯乙烯泡沫塑料板材的外墙外保温层，实现建筑节能，改善夏热冬冷地区住宅建筑内的热环境质量，同时提高了能源利用效率。但EPS板具有燃点低、热值高等特性，其作为外墙保温材料应用过程中，往往会引发重大火灾，从社会利益和建筑安全考虑，建筑材料用EPS板除需具备很好的保温隔热性能外，还需满足相关的阻燃法规要求。
目前可以采取悬浮法或挤出法制造EPS板。从保温的角度分析，悬浮法不能加入合适量的红外线反射材料，生产的EPS板导热系数较高，保温效果较差。从阻燃的角度分析，采取挤出法或悬浮法生产的EPS保温材料不能满足更为严苛的建筑保温材料的阻燃级别为A级的需求，只能达到B1的阻燃级别(GB8624-2006《建筑材料燃烧性能分级方法》)。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种聚苯乙烯板的制备方法，通过在可发性聚苯乙烯颗粒中添加的第一阻燃剂和在真空浸渍处理中添加的第二阻燃剂的协同作用，能够实现EPS保温材料的A级阻燃级别，同时通过在可发性聚苯乙烯颗粒中添加适宜含量的石墨，能够保证EPS板具有优异的保温隔热效果。
本发明目的在于提供一种聚苯乙烯板的制备方法，包括如下步骤：
1)将包括聚苯乙烯、第一阻燃剂、隔热剂和填料的原料混合后，在戊烷的存在下挤出，获得可发性聚苯乙烯颗粒；
2)将所述可发性聚苯乙烯颗粒发泡后模压制成聚苯乙烯模压板；
3)用浸渍液对所述聚苯乙烯模压板进行真空浸渍处理，并干燥，得到所述聚苯乙烯板；
其中，所述浸渍液包含第二阻燃剂、粘结剂和溶剂，并可选地包含阻燃协效剂。
本申请的发明人经研究发现，通过在聚苯乙烯颗粒中添加第一阻燃剂和在真空浸渍处理中使用包含第二阻燃剂的浸渍液，能够提高EPS板中阻燃成份的有效含量。同时，第一阻燃剂和第二阻燃剂具有协同作用，可保障聚苯乙烯板具有优异的阻燃性能。此外，通过在可发性聚苯乙烯中使用戊烷，能够使聚苯乙烯以80倍以上的发泡倍率发泡成具有微细闭孔的结构的聚苯乙烯模压板；通过在可发性聚苯乙烯中使用隔热剂，可以有效的对红外线进行反射，从而提高EPS板的保温隔热效果。
根据本发明，在步骤2)中，将挤出的可发性聚苯乙烯颗粒在水蒸汽预发机中预发发泡，然后再模压制成聚苯乙烯模压板。其中，预发温度为95℃，时间为50秒，水蒸汽压力为0.15MPa。
在本发明的一个优选的实施方式中，在用于制备所述可发性聚苯乙烯颗粒的原料中，以聚苯乙烯为100重量份计，所述第一阻燃剂为80-120重量份，优选为90-110重量份；所述戊烷为3-7重量份，优选为5-6重量份；所述隔热剂为1-10重量份，优选为2-5重量份；所述填料为1-10重量份，优选为2-8重量份。
在本发明的另一个优选的实施方式中，所述第一阻燃剂选自氢氧化镁和/或氢氧化铝，所述第二阻燃剂选自可膨胀石墨。氢氧化镁和/或氢氧化铝通过受热分解时释放出结合水，吸收大量的潜热，来降低它所填充的合成材料在火焰中的表面温度，具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用。另一方面，可膨胀石墨能够覆盖材料表面，保护材料隔离热量和质量传递，降低热降解速率，达到隔绝火源、延迟或中断火蔓延的作用。本发明通过采用两种不同阻燃机理的阻燃剂，能够更加确实地保障聚苯乙烯板的阻燃性能。此外，由于两种阻燃剂均为无机化合物，燃烧热值较低，因而有利于制得的EPS板达到A级阻燃。
在本发明的另一个优选的实施方式中，所述隔热剂为鳞片状石墨。
在本发明的另一个优选的实施方式中，所述阻燃协效剂为红磷、硼酸锌、氧化硼和2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷中的至少一种，优选为红磷和/或硼酸锌。
根据本发明，通过使用上述阻燃协效剂，能够在燃烧时与第一阻燃剂和第二阻燃剂配合形成协同阻燃体系，进一步改善阻燃效果，并且不产生有毒物质。
在本发明的另一个优选的实施方式中，以聚苯乙烯为100重量份计，所述阻燃协效剂为5-15重量份，优选为8-10重量份。
在本发明的另一个优选的实施方式中，聚苯乙烯模压板的孔隙率为10-20％。若孔隙率小于10％，则不利于后续的真空浸渍处理的进行；若孔隙率高于20％，则会使颗粒之间熔结效果变差，导致板的强度不足。
在本发明的另一个优选的实施方式中，所述填料包括硫酸钡，碳酸钙，云母，滑石粉和炭黑中的至少一种。
在本发明的另一个优选的实施方式中，所述粘结剂包括酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、硅酮树脂和聚酯树脂中的至少一种。
在本发明的另一个优选的实施方式中，所述溶剂用于溶解和稀释所述粘结剂，包括乙醇、水和丙酮中的至少一种。
在本发明的另一个优选的实施方式中，在所述浸渍液中，以溶剂为100重量份计，所述第二阻燃剂为80-100重量份，所述粘结剂为8-20重量份。
在本发明的另一个优选的实施方式中，所述浸渍液的粘度为100-5000mPa·s，优选为150-1000mPa·s。若浸渍液的粘度低于100mPa·s，浸渍液不易在聚苯乙烯模压板上保持；若浸渍液的粘度高于5000mPa·s，则难以进行后续的真空浸渍处理。
根据本发明，所述真空浸渍处理包括在10-100Pa的负压条件下，浸渍处理1-3min。通过采取以上浸渍条件进行真空浸渍，能够更确实地改善浸渍效果。优选地，采用等体积浸渍法进行浸渍。
根据本发明所提供的制备方法，通过在可发性聚苯乙烯颗粒原料中加入包括第一阻燃剂、戊烷、隔热剂等；将可发性聚苯乙烯颗粒发泡后模压制成聚苯乙烯模压板，并用包含第二阻燃剂的浸渍溶液对聚苯乙烯模压板进行真空浸渍处理，制备一种聚苯乙烯板。制得的EPS板兼具优异的保温效果和阻燃性能，容重大于12g/L，阻燃A级，导热系数小于0.036W/(m·K)。
具体实施方式
下列实施例仅用于对本发明进行详细说明，但应理解的是本发明的范围并不限于这些实施例。
在下述实施例中，使用如下的测定标准进行测试。
阻燃性测试，按照GB8624-2006进行。
导热系数测试，按照GB/T 1080.1-2002进行。
粘度测试，使用Brookfield旋转粘度计，按照国家标准GB/T 22235-2008进行测试。
无机粉比重按照式(1)进行计算：
容重按照式(2)进行计算：
实施例1
1)将100kg的聚苯乙烯、100kg的氢氧化镁、3kg的鳞片状石墨和2kg的碳酸钙，在混料机中混合均匀后放入挤出机中，在挤出过程中以一定压力加入5kg的戊烷，制得可发性聚苯乙烯颗粒(EPS颗粒)。
2)将挤出的EPS颗粒放入水蒸汽预发机中，以0.15MPa的水蒸汽压力、在95℃下预发50秒；然后放入模压机内，以0.15MPa的模压压力、在95℃下模压制成聚苯乙烯模压板，其孔隙率为15％。
3)将模压制成的聚苯乙烯模压板放入真空设备中，抽吸浸渍液，使之浸渍到聚苯乙烯模压板中，浸渍液包括160kg的可膨胀石墨、15kg的粘结剂(VAE，即乙酸乙烯与乙烯共聚物)和165kg水，浸渍液的粘度为300mPa.s，密度为2.2g/cm3。然后在50Pa的负压条件下对聚苯乙烯模压板进行真空浸渍处理，浸渍处理的时间为1min，浸渍完成后进行干燥处理。
对制得的EPS板进行性能测试，测试结果见表1。
实施例2
1)将100kg的聚苯乙烯、100kg的氢氧化镁、5kg的鳞片状石墨和2kg的硫酸钡在混料机中混合均匀后放入挤出机中，在挤出过程中以一定压力加入5kg的戊烷，制得可发性聚苯乙烯颗粒(EPS颗粒)。
2)将挤出的EPS颗粒放入水蒸汽预发机中，以0.15MPa的水蒸汽压力、在95℃温度下预发50秒；然后放入模压机内，以0.15MPa的模压压力、在95℃下模压制成聚苯乙烯模压板，其孔隙率为20％。
3)将模压制成的聚苯乙烯模压板放入真空设备中，抽吸浸渍液，使之浸渍到聚苯乙烯模压板中，浸渍液包括160kg的可膨胀石墨、15kg的丙烯酸树酯和180kg的水，浸渍液的粘度为350mPa.s，密度为2g/cm3。然后在20Pa的负压条件下对聚苯乙烯模压板进行真空浸渍处理，浸渍处理的时间为2min，浸渍完成后进行干燥处理。
对制得的EPS板进行性能测试，测试结果见表1。
实施例3
1)将100kg的聚苯乙烯、90kg的氢氧化铝、20kg的氢氧化镁、4kg的鳞片状石墨和2.5kg的炭黑在混料机中混合均匀后放入挤出机中，在挤出过程中以一定压力加入5kg的戊烷，制得可发性聚苯乙烯颗粒(EPS颗粒)。
2)将挤出的EPS颗粒放入水蒸汽预发机中，以0.15MPa的水蒸汽压力、在95℃下预发50秒；然后放入模压机内，以0.2MPa的模压压力、95℃温度下模压制成聚苯乙烯模压板，其孔隙率为10％。
3)将模压制成的聚苯乙烯模压板放入真空设备中，抽吸浸渍液，使之浸渍到聚苯乙烯模压板中，浸渍液包括150kg的可膨胀石墨、50kg的硼酸锌、15kg酚醛树脂和100kg的乙醇，浸渍液的粘度为500mPa.s，密度为2.5g/cm3。然后在100Pa的负压条件下对聚苯乙烯模压板进行真空浸渍处理，浸渍处理的时间为2min，浸渍完成后进行干燥处理。
对制得的EPS板进行性能测试，测试结果见表1。
比较例1：
除没有进行实施例1中的步骤3)外，其余操作与实施例1相同。
对制得的EPS板进行性能测试，测试结果见表1。
比较例2
除采用常压的浸渍处理代替实施例1的真空浸渍处理外，其余操作与实施例1相同。
对制得的EPS板进行性能测试，测试结果见表1。
比较例3
除第一阻燃剂和第二阻燃剂均采用氢氧化镁外，其余操作与实施例1相同。
对制得的EPS板进行性能测试，测试结果见表1。
表1 EPS板性能评价结果
由表1的数据可知，比较例1和2的EPS板的阻燃级别为B2级(氧指数大于26％小于30％)，比较例3的EPS板的阻燃级别为B1级(氧指数大于30％)，而本申请无法达到有焰燃烧，因而无法测出氧指数，表面本申请的EPS板具有良好的阻燃性能。另一方面，实施例1-3的燃烧总热值均小于3MJ/kg，即根据GB8624-2006，本发明的EPS板的阻燃级别达到了A级。
虽然本发明已作了详细描述，但对本领域技术人员来说，在本发明精神和范围内的修改将是显而易见的。此外，应当理解的是，本发明记载的各方面、不同具体实施方式的各部分、和列举的各种特征可被组合或全部或部分互换。在上述的各个具体实施方式中，那些参考另一个具体实施方式的实施方式可适当地与其它实施方式组合，这是将由本领域技术人员所能理解的。此外，本领域技术人员将会理解，前面的描述仅是示例的方式，并不旨在限制本发明。
Claims (10)
1.一种聚苯乙烯板的制备方法，包括如下步骤：
1)将包括聚苯乙烯、第一阻燃剂、隔热剂和填料的原料混合后，在戊烷的存在下挤出，获得可发性聚苯乙烯颗粒；
2)将所述可发性聚苯乙烯颗粒发泡后模压制成聚苯乙烯模压板；
3)用浸渍液对所述聚苯乙烯模压板进行真空浸渍处理，并干燥，得到所述聚苯乙烯板；
其中，所述浸渍液包含第二阻燃剂、粘结剂和溶剂，并可选地包含阻燃协效剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在用于制备所述可发性聚苯乙烯颗粒的原料中，以聚苯乙烯为100重量份计，所述第一阻燃剂为80-120重量份，优选为90-110重量份；所述戊烷为3-7重量份，优选为5-6重量份；所述隔热剂为1-10重量份，优选为2-5重量份；所述填料为1-10重量份，优选为2-8重量份。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第一阻燃剂为氢氧化镁和/或氢氧化铝，所述第二阻燃剂为可膨胀石墨。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述隔热剂为鳞片状石墨。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述阻燃协效剂为红磷、硼酸锌、氧化硼和2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷中的至少一种，优选为红磷和/或硼酸锌。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，以聚苯乙烯为100重量份计，所述阻燃协效剂为5-15重量份，优选为8-10重量份。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述聚苯乙烯模压板的孔隙率为10-20％。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述填料包括硫酸钡，碳酸钙，云母，滑石粉和炭黑中的至少一种；所述粘结剂包括酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、硅酮树脂和聚酯树脂中的至少一种；所述溶剂用于溶解和稀释所述粘结剂，包括乙醇、水和丙酮中的至少一种。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的制备方法，其特征在于，在所述浸渍液中，以溶剂为100重量份计，所述第二阻燃剂为80-100重量份，所述粘结剂为8-20重量份。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍液的粘度为100-5000mPa·S，优选为150-1000mPa·S。
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