一種聚苯乙烯組合物及由其制備的阻燃隔熱復合板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及保溫阻燃領(lǐng)域，具體涉及一種聚苯乙烯組合物，及其制得的阻燃隔熱復合板。
【背景技術(shù)】
[0002]可膨脹聚苯乙烯(EPS)珠粒是含有物理發(fā)泡劑的聚苯乙烯珠粒，該聚合物珠粒經(jīng)加熱預發(fā)膨脹并經(jīng)熟化之后，在模具中加熱成型為所需的聚苯乙烯泡沫體，該泡沫體的發(fā)泡倍率可以達20-80倍，具有微細閉孔的結(jié)構(gòu)特點。
[0003]可膨脹聚苯乙烯(EPS)珠粒發(fā)泡制成的泡沫板材由于具有優(yōu)異持久的保溫隔熱性，因而在建筑、冷庫、冷藏車等保溫領(lǐng)域得到了廣泛的應用。采用聚苯乙烯泡沫塑料板材的外墻外保溫層，實現(xiàn)建筑節(jié)能，改善夏熱冬冷地區(qū)住宅建筑物內(nèi)的熱環(huán)境質(zhì)量，同時提高了能源利用效率。為了施工安裝安全，建筑用可膨脹聚苯乙烯泡沫板還需要滿足相關(guān)的阻燃法規(guī)要求。
[0004]近年來，為避免火災導致的生命和財產(chǎn)損失，對建造和建筑中基礎(chǔ)材料的增加日益嚴格的阻燃要求。建筑用可膨脹聚苯乙烯泡沫板必須要滿足相關(guān)的阻燃法規(guī)要求，阻燃等級由低到高分別C，B(含B2和BI)，A級，城市居民建筑可膨脹聚苯乙烯一般需要達到BI等級的阻燃，高層建筑更是需要A級阻燃。
[0005]目前在阻燃可膨脹聚苯乙烯領(lǐng)域，按照阻燃劑的類別可分為含鹵阻燃產(chǎn)品和無鹵阻燃產(chǎn)品兩大類，含鹵阻燃產(chǎn)品因其阻燃劑在燃燒時所釋放的鹵素氣體具有一定的毒性而面臨被限制或減少使用。而無鹵阻燃產(chǎn)品大部分采用無機阻燃系列，而因其無機物的填充對可膨脹聚苯乙烯產(chǎn)品物性下降較明顯，而難以得到市場推廣。即使是標準的BI級的聚苯乙烯泡沫板(EPS或XPS擠塑板)，在高溫火焰長時間作用下，也會發(fā)生塌縮，整體結(jié)構(gòu)被破壞，同時還會產(chǎn)生熔滴引燃其他物質(zhì)。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中通過利用阻燃酚醛樹脂混合物包覆預發(fā)泡EPS顆粒，然后再模壓成型的方法，得到了較好阻燃效果的聚苯乙烯泡沫板。但是其產(chǎn)品存在較脆，易粉化脫落的問題，存在建筑壽命方面的隱患?，F(xiàn)有技術(shù)中也有利用硅酸鈉為膠黏劑制得的板材，然而硅酸鈉吸水對水汽阻隔不好，長時間吸濕會出現(xiàn)阻燃層與發(fā)泡聚苯乙烯顆粒脫離；同時模壓時，需通入高溫水蒸汽，高溫水蒸汽會溶解硅酸鈉，也會導致模具表面大量粘附硅酸鈉，無法正常進行連續(xù)生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種聚苯乙烯組合物，利用聚苯乙烯珠粒與涂層粘結(jié)劑、有機硅阻燃粘接劑的組合，使得制得的聚苯乙烯隔熱復合板在保證具有良好的阻燃性能的基礎(chǔ)上，其力學性能不下降，具有廣闊的應用前景。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種聚苯乙烯組合物，包括聚苯乙烯珠粒、涂層粘接劑和有機硅阻燃粘接劑，其中所述有機硅阻燃粘接劑的配方包括硅氧烷單體組合物、膨脹型阻燃劑、復合阻燃催化劑。
[0009]根據(jù)本發(fā)明所述的組合物，可膨脹聚苯乙烯珠粒為包含發(fā)泡劑并且能夠借助于該發(fā)泡劑的存在，能夠發(fā)生膨脹的苯乙烯類混合物，也可以是已經(jīng)膨脹的聚苯乙烯珠粒，本發(fā)明對可膨脹聚苯乙烯珠粒來源沒有特別限定，可商購也可按照本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法進行制備，如懸浮聚合法或擠出法，本發(fā)明中可膨脹聚苯乙烯珠粒的阻燃級別為BI，B2或非阻燃級別。
[0010]根據(jù)本發(fā)明所述的有機硅阻燃粘接劑本身不燃燒，有機硅阻燃粘結(jié)劑起到與經(jīng)過表面處理后的可膨脹聚苯乙烯珠粒的粘接作用，同時能夠在聚苯乙烯珠粒表面均勻地攜帶和分布阻燃劑，將阻燃劑粘附在可膨脹聚苯乙烯珠粒表面，增強阻燃性能。
[0011 ] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述硅氧烷單體包括甲基三烷氧基硅烷、3-縮水甘油丙氧基三烷氧基硅烷和3-氨基丙基三烷氧基硅烷中的至少一種。優(yōu)選地，所述硅氧烷單體包含甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、3-縮水甘油丙氧基三甲氧基硅烷、3-縮水甘油丙氧基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三烷氧基硅烷和3-氨基丙基三烷氧基硅烷中的至少一種。在一個具體的實例中，當采用所述的甲基三烷氧基硅烷和3-縮水甘油丙氧基三烷氧基硅烷的混合物時，其摩爾比為1:0.1-1，優(yōu)選1:0.2-0.5。在一個優(yōu)選的實施例中，當采用包含3-氨基丙基三烷氧基硅烷的單體時，將所述3-氨基丙基三烷氧基硅烷與其他單體配合使用。所述3-氨基丙基三烷氧基硅烷能夠起到調(diào)節(jié)PH值和與環(huán)氧樹脂固化的作用。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述的膨脹型阻燃劑包括可膨脹石墨，本發(fā)明對可膨脹石墨的來源及特性沒有特別限制，可商購也可按照本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法進行制備。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述復合阻燃催化劑包括硼酸以及磷酸銨和/或聚磷酸銨。在一個具體的實施例中，硼酸與磷酸銨和/或聚磷酸銨的重量比為(5-15): (60-100)，優(yōu)選(10-15): (80-90)。其中，所述的聚磷酸銨的分子量為本領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)的，如 1000-5000。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另外一個具體實施例，所述的涂層粘接劑選自聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、環(huán)氧樹脂和溴化環(huán)氧樹脂中的一種或多種。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，以聚苯乙烯組合物總重量計，所述的聚苯乙烯珠粒的量為30-65wt%，優(yōu)選35-60wt%，進一步優(yōu)選35_50wt%。所述的涂層粘接劑的量為0.l-5wt%，優(yōu)選0.2-lwt%。所述的有機硅阻燃粘接劑的量為35-70wt%，優(yōu)選50-65wt%。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個具體實施例，其特征在于，硅氧烷單體、膨脹型阻燃劑和復合阻燃催化劑的重量比為(0.5-5): 10: (0.5-5)，優(yōu)選(1-3):10: (1-3)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明所述的有機硅復合阻燃劑還可包括無機阻燃劑，所述的無機阻燃劑選自紅磷、氫氧化鋁、氫氧化鎂、氧化鎂中的一種或多種。所述的無機阻燃劑與所述膨脹阻燃劑的重量比為(1-20): 100，優(yōu)選(5-12):100ο
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還提供了一種發(fā)泡苯乙烯聚合物阻燃隔熱復合板，其包含上述的組合物。所述阻燃隔熱復合板的厚度為l-200cm，可進行切割至施工要求的尺寸。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還提供一種利用上述組合物制備發(fā)泡苯乙烯聚合物阻燃隔熱復合板的方法，包括:將所述聚苯乙烯珠粒，依次涂覆所述的涂層粘接劑和有機硅類阻燃粘接劑，然后干燥，在一定溫度下進行模壓，使得所述珠粒彼此熔接，得到所述發(fā)泡苯乙烯聚合物阻燃隔熱復合板。
[0020]根據(jù)本發(fā)明所述方法的一個具體實施例，所述方法包括:將可膨脹阻燃劑和任選地的無機阻燃劑分散于混合溶劑中，加入復合阻燃催化劑調(diào)節(jié)體系的PH值(如調(diào)節(jié)到6-8)，加入硅氧烷單體，進行混合，然后進行超聲處理，最后將得到的所述有機硅復合阻燃劑涂覆在已涂有涂層膠黏劑的聚苯乙烯珠粒上。其中，所述混合溶劑為水或水與醇的混合物，優(yōu)選所述水與醇的重量比為(1-5):lo所述醇為異丙醇、乙醇或其混合物。所述硅氧烷單體與水的重量比為1: (1-2)。所述硼酸的摩爾濃度為0.5-1.0moI/Lο所述混合的時間為30-60分鐘。所述超聲處理時的溫度為35-50°C，時間為60-90分鐘。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，所述聚苯乙烯珠粒為膨脹的和/或可膨脹的聚苯乙烯珠粒。當所述聚苯乙烯珠粒為膨脹的聚苯乙烯珠粒時，其密度為5-200Kg/m3，優(yōu)選5_30kg/m3。當所述聚苯乙烯珠粒為可膨脹的聚苯乙烯珠粒時，所述方法還包括，在涂覆涂層粘結(jié)劑之前，將可膨脹的聚乙烯珠粒進行預發(fā)泡和熟化的步驟。優(yōu)選熟化時間為4-48h，和/或預發(fā)泡后的聚苯乙烯珠粒的密度為5-200kg/m3，優(yōu)選5-30kg/m3。
[0022]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，所述涂覆的溫度為0-100°C，更優(yōu)選10-75°C，進一步優(yōu)選15-75°C ;和/或，優(yōu)選模壓的溫度為80-140°C。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述的阻燃隔熱復合板具體按照以下步驟進行制備:
[0024](I)將可膨脹聚苯乙烯珠粒放入在預發(fā)機中，與蒸汽接觸混合進行預膨脹或預發(fā)泡的步驟，形成密度為5-200kg/m3的預發(fā)泡珠粒，優(yōu)選5-30kg/m3 ;
[0025](2)與空氣接觸，熟化已預發(fā)泡的可膨脹聚苯乙烯珠粒，熟化時間為4-48小時，最終使得環(huán)境空氣和已預發(fā)泡的可膨脹聚苯乙烯內(nèi)部的氣壓平衡；
[0026](3)在混合機內(nèi)，分散涂敷界面涂層粘結(jié)劑，優(yōu)選使用環(huán)氧類粘結(jié)的醇或酯溶液進行可膨脹聚苯乙烯界面處理，之后立即進行有機硅阻燃粘結(jié)劑的涂敷，涂覆過程優(yōu)選在0-100°C的溫度下進行，進一步優(yōu)選10-75°C，再進一步優(yōu)選15-75°C，然后干燥所述珠粒；
[0027](4)將已在混合機涂敷后的可膨脹聚苯乙烯珠粒引入模具，并且通過80-140°C的溫度蒸汽加熱模具，，使珠粒彼此熔接，從而制備得到所需密度的隔熱復合板。
[0028]所述的步驟(3)中的有機硅阻燃粘結(jié)劑，例如可以按照以下步驟進行制備:
[0029](i)將可膨脹石墨在去離子水或去離子水與醇的混合溶劑進行超聲分散；
[0030](ii)向分散液中加入磷酸銨或聚磷酸銨與硼酸復合阻燃催化劑為調(diào)節(jié)體系的pH,調(diào)節(jié)pH值至6-8 ；
[0031](iii)向分散液中加入硅氧烷單體，在常規(guī)條件下進行混合，混合時間為30-60min，然后再在35-50°C條件下超聲60_90min，得到所需要的含可膨脹石墨的有粘結(jié)功能的有機硅阻燃粘結(jié)劑。
[0032]本發(fā)明采用可膨脹聚苯乙烯珠粒與涂層粘結(jié)劑、有機硅阻燃粘接劑的組合，使得膨脹型