一種聚苯乙烯板的製備方法與流程
2023-05-16 07:45:51 1
本發明涉及保溫建築材料領域，具體涉及一種聚苯乙烯板的製備方法。
背景技術：
可發性聚苯乙烯板，即EPS(Expanded Polystyrene)板，是經過包括含有物理髮泡劑的聚苯乙烯顆粒經加熱預發、膨脹並經熟化後，在模具中加熱成型為所需形狀的聚苯乙烯泡沫體。
可發性聚苯乙烯發泡製成的泡沫板由於具有優異持久的保溫隔熱性，因而在建築、冷庫、冷藏車等保溫領域得到了廣泛的應用。採用聚苯乙烯泡沫塑料板材的外牆外保溫層，實現建築節能，改善夏熱冬冷地區住宅建築內的熱環境質量，同時提高了能源利用效率。但EPS板具有燃點低、熱值高等特性，其作為外牆保溫材料應用過程中，往往會引發重大火災，從社會利益和建築安全考慮，建築材料用EPS板除需具備很好的保溫隔熱性能外，還需滿足相關的阻燃法規要求。
目前可以採取懸浮法或擠出法製造EPS板。從保溫的角度分析，懸浮法不能加入合適量的紅外線反射材料，生產的EPS板導熱係數較高，保溫效果較差。從阻燃的角度分析，採取擠出法或懸浮法生產的EPS保溫材料不能滿足更為嚴苛的建築保溫材料的阻燃級別為A級的需求，只能達到B1的阻燃級別(GB8624-2006《建築材料燃燒性能分級方法》)。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明旨在提供一種聚苯乙烯板的製備方法，通過在可發性聚苯乙烯顆粒中添加的第一阻燃劑和在真空浸漬處理中添加的第二阻燃劑的協同作用，能夠實現EPS保溫材料的A級阻燃級別，同時通過在可發性聚苯乙烯顆粒中添加適宜含量的石墨，能夠保證EPS板具有優異的保溫隔熱效果。
本發明目的在於提供一種聚苯乙烯板的製備方法，包括如下步驟：
1)將包括聚苯乙烯、第一阻燃劑、隔熱劑和填料的原料混合後，在戊烷的存在下擠出，獲得可發性聚苯乙烯顆粒；
2)將所述可發性聚苯乙烯顆粒發泡後模壓製成聚苯乙烯模壓板；
3)用浸漬液對所述聚苯乙烯模壓板進行真空浸漬處理，並乾燥，得到所述聚苯乙烯板；
其中，所述浸漬液包含第二阻燃劑、粘結劑和溶劑，並可選地包含阻燃協效劑。
本申請的發明人經研究發現，通過在聚苯乙烯顆粒中添加第一阻燃劑和在真空浸漬處理中使用包含第二阻燃劑的浸漬液，能夠提高EPS板中阻燃成份的有效含量。同時，第一阻燃劑和第二阻燃劑具有協同作用，可保障聚苯乙烯板具有優異的阻燃性能。此外，通過在可發性聚苯乙烯中使用戊烷，能夠使聚苯乙烯以80倍以上的發泡倍率發泡成具有微細閉孔的結構的聚苯乙烯模壓板；通過在可發性聚苯乙烯中使用隔熱劑，可以有效的對紅外線進行反射，從而提高EPS板的保溫隔熱效果。
根據本發明，在步驟2)中，將擠出的可發性聚苯乙烯顆粒在水蒸汽預發機中預發發泡，然後再模壓製成聚苯乙烯模壓板。其中，預發溫度為95℃，時間為50秒，水蒸汽壓力為0.15MPa。
在本發明的一個優選的實施方式中，在用於製備所述可發性聚苯乙烯顆粒的原料中，以聚苯乙烯為100重量份計，所述第一阻燃劑為80-120重量份，優選為90-110重量份；所述戊烷為3-7重量份，優選為5-6重量份；所述隔熱劑為1-10重量份，優選為2-5重量份；所述填料為1-10重量份，優選為2-8重量份。
在本發明的另一個優選的實施方式中，所述第一阻燃劑選自氫氧化鎂和/或氫氧化鋁，所述第二阻燃劑選自可膨脹石墨。氫氧化鎂和/或氫氧化鋁通過受熱分解時釋放出結合水，吸收大量的潛熱，來降低它所填充的合成材料在火焰中的表面溫度，具有抑制聚合物分解和對所產生的可燃氣體進行冷卻的作用。另一方面，可膨脹石墨能夠覆蓋材料表面，保護材料隔離熱量和質量傳遞，降低熱降解速率，達到隔絕火源、延遲或中斷火蔓延的作用。本發明通過採用兩種不同阻燃機理的阻燃劑，能夠更加確實地保障聚苯乙烯板的阻燃性能。此外，由於兩種阻燃劑均為無機化合物，燃燒熱值較低，因而有利於製得的EPS板達到A級阻燃。
在本發明的另一個優選的實施方式中，所述隔熱劑為鱗片狀石墨。
在本發明的另一個優選的實施方式中，所述阻燃協效劑為紅磷、硼酸鋅、氧化硼和2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷中的至少一種，優選為紅磷和/或硼酸鋅。
根據本發明，通過使用上述阻燃協效劑，能夠在燃燒時與第一阻燃劑和第二阻燃劑配合形成協同阻燃體系，進一步改善阻燃效果，並且不產生有毒物質。
在本發明的另一個優選的實施方式中，以聚苯乙烯為100重量份計，所述阻燃協效劑為5-15重量份，優選為8-10重量份。
在本發明的另一個優選的實施方式中，聚苯乙烯模壓板的孔隙率為10-20％。若孔隙率小於10％，則不利於後續的真空浸漬處理的進行；若孔隙率高於20％，則會使顆粒之間熔結效果變差，導致板的強度不足。
在本發明的另一個優選的實施方式中，所述填料包括硫酸鋇，碳酸鈣，雲母，滑石粉和炭黑中的至少一種。
在本發明的另一個優選的實施方式中，所述粘結劑包括酚醛樹脂、脲醛樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、矽酮樹脂和聚酯樹脂中的至少一種。
在本發明的另一個優選的實施方式中，所述溶劑用於溶解和稀釋所述粘結劑，包括乙醇、水和丙酮中的至少一種。
在本發明的另一個優選的實施方式中，在所述浸漬液中，以溶劑為100重量份計，所述第二阻燃劑為80-100重量份，所述粘結劑為8-20重量份。
在本發明的另一個優選的實施方式中，所述浸漬液的粘度為100-5000mPa·s，優選為150-1000mPa·s。若浸漬液的粘度低於100mPa·s，浸漬液不易在聚苯乙烯模壓板上保持；若浸漬液的粘度高於5000mPa·s，則難以進行後續的真空浸漬處理。
根據本發明，所述真空浸漬處理包括在10-100Pa的負壓條件下，浸漬處理1-3min。通過採取以上浸漬條件進行真空浸漬，能夠更確實地改善浸漬效果。優選地，採用等體積浸漬法進行浸漬。
根據本發明所提供的製備方法，通過在可發性聚苯乙烯顆粒原料中加入包括第一阻燃劑、戊烷、隔熱劑等；將可發性聚苯乙烯顆粒發泡後模壓製成聚苯乙烯模壓板，並用包含第二阻燃劑的浸漬溶液對聚苯乙烯模壓板進行真空浸漬處理，製備一種聚苯乙烯板。製得的EPS板兼具優異的保溫效果和阻燃性能，容重大於12g/L，阻燃A級，導熱係數小於0.036W/(m·K)。
具體實施方式
下列實施例僅用於對本發明進行詳細說明，但應理解的是本發明的範圍並不限於這些實施例。
在下述實施例中，使用如下的測定標準進行測試。
阻燃性測試，按照GB8624-2006進行。
導熱係數測試，按照GB/T 1080.1-2002進行。
粘度測試，使用Brookfield旋轉粘度計，按照國家標準GB/T 22235-2008進行測試。
無機粉比重按照式(1)進行計算：
容重按照式(2)進行計算：
實施例1
1)將100kg的聚苯乙烯、100kg的氫氧化鎂、3kg的鱗片狀石墨和2kg的碳酸鈣，在混料機中混合均勻後放入擠出機中，在擠出過程中以一定壓力加入5kg的戊烷，製得可發性聚苯乙烯顆粒(EPS顆粒)。
2)將擠出的EPS顆粒放入水蒸汽預發機中，以0.15MPa的水蒸汽壓力、在95℃下預發50秒；然後放入模壓機內，以0.15MPa的模壓壓力、在95℃下模壓製成聚苯乙烯模壓板，其孔隙率為15％。
3)將模壓製成的聚苯乙烯模壓板放入真空設備中，抽吸浸漬液，使之浸漬到聚苯乙烯模壓板中，浸漬液包括160kg的可膨脹石墨、15kg的粘結劑(VAE，即乙酸乙烯與乙烯共聚物)和165kg水，浸漬液的粘度為300mPa.s，密度為2.2g/cm3。然後在50Pa的負壓條件下對聚苯乙烯模壓板進行真空浸漬處理，浸漬處理的時間為1min，浸漬完成後進行乾燥處理。
對製得的EPS板進行性能測試，測試結果見表1。
實施例2
1)將100kg的聚苯乙烯、100kg的氫氧化鎂、5kg的鱗片狀石墨和2kg的硫酸鋇在混料機中混合均勻後放入擠出機中，在擠出過程中以一定壓力加入5kg的戊烷，製得可發性聚苯乙烯顆粒(EPS顆粒)。
2)將擠出的EPS顆粒放入水蒸汽預發機中，以0.15MPa的水蒸汽壓力、在95℃溫度下預發50秒；然後放入模壓機內，以0.15MPa的模壓壓力、在95℃下模壓製成聚苯乙烯模壓板，其孔隙率為20％。
3)將模壓製成的聚苯乙烯模壓板放入真空設備中，抽吸浸漬液，使之浸漬到聚苯乙烯模壓板中，浸漬液包括160kg的可膨脹石墨、15kg的丙烯酸樹酯和180kg的水，浸漬液的粘度為350mPa.s，密度為2g/cm3。然後在20Pa的負壓條件下對聚苯乙烯模壓板進行真空浸漬處理，浸漬處理的時間為2min，浸漬完成後進行乾燥處理。
對製得的EPS板進行性能測試，測試結果見表1。
實施例3
1)將100kg的聚苯乙烯、90kg的氫氧化鋁、20kg的氫氧化鎂、4kg的鱗片狀石墨和2.5kg的炭黑在混料機中混合均勻後放入擠出機中，在擠出過程中以一定壓力加入5kg的戊烷，製得可發性聚苯乙烯顆粒(EPS顆粒)。
2)將擠出的EPS顆粒放入水蒸汽預發機中，以0.15MPa的水蒸汽壓力、在95℃下預發50秒；然後放入模壓機內，以0.2MPa的模壓壓力、95℃溫度下模壓製成聚苯乙烯模壓板，其孔隙率為10％。
3)將模壓製成的聚苯乙烯模壓板放入真空設備中，抽吸浸漬液，使之浸漬到聚苯乙烯模壓板中，浸漬液包括150kg的可膨脹石墨、50kg的硼酸鋅、15kg酚醛樹脂和100kg的乙醇，浸漬液的粘度為500mPa.s，密度為2.5g/cm3。然後在100Pa的負壓條件下對聚苯乙烯模壓板進行真空浸漬處理，浸漬處理的時間為2min，浸漬完成後進行乾燥處理。
對製得的EPS板進行性能測試，測試結果見表1。
比較例1：
除沒有進行實施例1中的步驟3)外，其餘操作與實施例1相同。
對製得的EPS板進行性能測試，測試結果見表1。
比較例2
除採用常壓的浸漬處理代替實施例1的真空浸漬處理外，其餘操作與實施例1相同。
對製得的EPS板進行性能測試，測試結果見表1。
比較例3
除第一阻燃劑和第二阻燃劑均採用氫氧化鎂外，其餘操作與實施例1相同。
對製得的EPS板進行性能測試，測試結果見表1。
表1 EPS板性能評價結果
由表1的數據可知，比較例1和2的EPS板的阻燃級別為B2級(氧指數大於26％小於30％)，比較例3的EPS板的阻燃級別為B1級(氧指數大於30％)，而本申請無法達到有焰燃燒，因而無法測出氧指數，表面本申請的EPS板具有良好的阻燃性能。另一方面，實施例1-3的燃燒總熱值均小於3MJ/kg，即根據GB8624-2006，本發明的EPS板的阻燃級別達到了A級。
雖然本發明已作了詳細描述，但對本領域技術人員來說，在本發明精神和範圍內的修改將是顯而易見的。此外，應當理解的是，本發明記載的各方面、不同具體實施方式的各部分、和列舉的各種特徵可被組合或全部或部分互換。在上述的各個具體實施方式中，那些參考另一個具體實施方式的實施方式可適當地與其它實施方式組合，這是將由本領域技術人員所能理解的。此外，本領域技術人員將會理解，前面的描述僅是示例的方式，並不旨在限制本發明。