一种高强度阻燃保温板及其制备方法
阅读说明：本技术 一种高强度阻燃保温板及其制备方法 (High-strength flame-retardant insulation board and preparation method thereof ) 是由 张鸿 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高强度阻燃保温板,包括以下重量份数的原料：聚苯乙烯80～85份,氯化聚乙烯3～7份,相容剂2～3份,改性膨胀石墨8～12份,微胶囊化红磷2～3份,改性二氧化硅气凝胶1～3份,发泡剂5～10份。本发明通过将原料预混合及熔融混合、加压挤出、拉条冷却,切粒得到石墨聚苯板颗粒；再与发泡剂混合,然后加入挤塑机中挤压成型,经陈化养护得高强度阻燃保温板。本发明制备的保温板具有优异的耐冲击性和阻燃性,防水性好；并且方法简单,原料易得、保温板成本低。(The invention discloses a high-strength flame-retardant insulation board which comprises the following raw materials in parts by weight: 80-85 parts of polystyrene, 3-7 parts of chlorinated polyethylene, 2-3 parts of a compatilizer, 8-12 parts of modified expanded graphite, 2-3 parts of microencapsulated red phosphorus, 1-3 parts of modified silica aerogel and 5-10 parts of a foaming agent. The method comprises the steps of premixing and melting raw materials, extruding under pressure, drawing strips, cooling, and granulating to obtain graphite polystyrene board particles; then mixing with foaming agent, adding into extruding machine to extrude and form, aging and curing to obtain the high-strength flame-retardant insulation board. The insulation board prepared by the invention has excellent impact resistance and flame retardance, and good waterproofness; the method is simple, the raw materials are easy to obtain, and the cost of the insulation board is low.)
技术领域
本发明涉及保温板技术领域，具体涉及一种高强度阻燃保温板及其制备方法。
背景技术
目前外墙保温所用的保温材料主要分为无机保温材料与有机保温材料两大类，但这些材料普遍存在节能与防火不能兼顾的缺点。有机材料耐热差、易燃烧，而且在燃烧时释放大量热量、产生大量有毒烟气，不仅会加速大火蔓延、而且容易造成被困人员及救援人员伤亡。一旦遇火就会迅速燃烧，并极易产生滴熔的情况，加速或是蔓延。无机材料则存在抗拉强度不高所导致的保温层整体脱落，由此造成人员、财务损失的事故。
石墨聚苯板是最常用的外墙保温板之一，是经典隔热材料发泡聚苯乙烯通过化学法进一步精炼的产品，由于聚苯乙烯中掺杂了石墨颗粒，可以对热辐射进行反射，并且其中含有能够大幅度提高保温隔热性能的红外线吸收物，从而减少热损失，因此，其绝热性能相比普通的EPS(聚苯乙烯泡沫)有了更为明显的改善。石墨聚苯板的导热系数达到0.030～0.032W/m·K，使用石墨聚苯板可以有效提高能效并减少碳排放。但是，石墨聚苯板由于高熔点石墨的加入，聚苯乙烯的整体抗冲击性能受到影响，同时，石墨粉在聚苯乙烯中极易发生团聚，因较难实现分散均匀而对最终的石墨聚苯板的性能产生极大的影响。聚苯乙烯虽然具有很多优良的性能，在生产、生活中应用广泛，但是，聚苯乙烯易于燃烧，且燃烧时产生大量熔滴滴落，伴随有大量黑烟，对人们的生命和财产安全构成巨大威胁，这在一定程度上影响了聚苯乙烯的应用。所以，需要一种既有优异的阻燃性能又有高强度耐冲击的石墨聚苯板。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种高强度阻燃保温板及其制备方法。本发明制备的保温板具有优异的耐冲击性和阻燃性，防水性好；并且方法简单，原料易得、保温板成本低。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种高强度阻燃保温板，包括以下重量份数的原料：
聚苯乙烯80～85份，氯化聚乙烯3～7份，相容剂2～3份，改性膨胀石墨8～12份，微胶囊化红磷2～3份，改性二氧化硅气凝胶1～3份，发泡剂5～10份。
优选的，所述聚苯乙烯与氯化聚乙烯的质量比在(15～25)：1。
优选的，所述相容剂包括聚己内酯和硬脂酸钙，所述聚己内酯和硬脂酸钙的质量比为(3～5)：1。
优选的，所述改性可膨胀石墨由以下方法制备：
将膨胀石墨通过超声分散于无水乙醇中，加入钛酸酯，加热并超声浸渍，取出可膨胀石墨置于烘箱中烘干，得到改性膨胀石墨。
优选的，所述膨胀石墨与钛酸酯的质量比为(20～25)：1，所述膨胀石墨的粒径为300～500目；
优选的，所述加热的温度为50℃，超声浸渍搅拌时间为2～3h；所述烘干温度为85℃。
优选的，所述微胶囊化红磷的粒径为6～15μm。
优选的，所述改性二氧化硅气凝胶是由硅烷偶联剂对二氧化硅气凝胶颗粒的表面进行改性处理得到的。
优选的，所述硅烷偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷或甲基三甲氧基硅烷，用量为二氧化硅气凝胶颗粒质量的1.0～2.5％；
优选的，所述二氧化硅气凝胶颗粒的粒径为5～20μm。
本发明的第二方面，提供高强度阻燃保温板在外墙保温中的应用。
本发明的第三方面，提供高强度阻燃保温板的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取原料，将聚苯乙烯、氯化聚乙烯和一半质量的相容剂混合均匀，得到共混料；
(2)将步骤(1)得到的共混料与改性膨胀石墨、微胶囊化红磷、改性二氧化硅气凝胶及剩余的相容剂混合均匀，得到混合物；
(3)将步骤(2)得到的混合物送入挤出机中熔融混合、加压挤出、拉条冷却，切粒得到石墨聚苯板颗粒；
(4)将步骤(3)得到的石墨聚苯板颗粒与发泡剂混合，然后加入挤塑机中挤压成型，得到石墨聚苯板，经陈化养护得高强度阻燃保温板。
优选的，步骤(3)中，挤出机各区域的温度范围为190～250℃，主机转速为400～900rpm。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过在聚苯乙烯中加入氯化聚乙烯，不仅提高了保温板的强度和耐冲击性，与微胶囊化红磷协同阻燃，还提高了保温板的阻燃性能。
(2)本发明通过对膨胀石墨进行改性，不仅增加了石墨与基体材料的相容性、不易产生团聚，还能降低导热系数，增加板材的柔韧性。
(3)本发明通过加入改性二氧化硅气凝胶不仅能进一步降低保温材料的导热系数，还提高了保温材料的防水性。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术所述，石墨聚苯板存在阻燃性差、耐冲击性差、强度低、易防水性差等问题。
基于此，本发明提供一种高强度阻燃保温板，发明人通过研究卤系、磷系、卤-磷系、氮系、硅系、铝镁系等阻燃剂，发现通过加入卤系和磷系阻燃剂微胶囊化红磷可以显著提高产品的阻燃效果；并且配方中氯化聚乙烯含量过低，产品的阻燃性和机械性能的提升不大；氯化聚乙烯含量过高，影响产品的柔韧性。所以聚苯乙烯与氯化聚乙烯的质量比在(15～25)：1为宜；通过加入聚己内酯和硬脂酸钙作为相容剂，当聚己内酯和硬脂酸钙的质量比为(3～5)：1时，产品的阻燃性和机械性能最优。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。
说明：本发明中所用氯化聚乙烯的牌号为135A，购自潍坊亚星化学股份有限公司。
实施例1
改性膨胀石墨的制备
将100kg粒径300～500目的膨胀石墨通过超声分散于无水乙醇中，加入4kg钛酸酯，加热至50℃并超声浸渍3h，超声频率为60kHz。取出膨胀石墨置于烘箱中85℃烘干，得到改性膨胀石墨。
实施例2
改性二氧化硅气凝胶颗粒的制备
采用喷雾的方式，每5分钟一次，将2.5kg异丁基三乙氧基硅烷加入到100kg粒径为0.5～1mm的二氧化硅气凝胶颗粒中，室温下混合1h，得到改性二氧化硅气凝胶颗粒。
实施例3
(1)将82.5kg聚苯乙烯、5kg氯化聚乙烯和1.0kg聚己内酯和0.25kg硬脂酸钙置于双辊开炼机中进行共混，辊温为180℃，开炼20min，得到共混料。
(2)将共混料与10kg改性膨胀石墨、2.5kg微胶囊化红磷、2kg改性二氧化硅气凝胶、1.0kg聚己内酯和0.25kg硬脂酸钙混合均匀，得到混合物。
(3)将混合物送入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的一区温度为230℃、二区温度为235℃、三区温度为237℃、四区温度为240℃、五区温度为245℃，主机转速为500rpm；过滤器的孔径为50μm。挤出后经过拉条冷却，切粒得到石墨聚苯板颗粒。
(4)将石墨聚苯板颗粒与发泡剂丁烷混合，然后加入挤塑机中挤压成型，得到石墨聚苯板，将石墨聚苯板错位堆码在真空干燥箱中，45℃的条件下干燥6h，得到高强度阻燃保温板。
实施例4
(1)将80kg聚苯乙烯、5kg氯化聚乙烯和1.2kg聚己内酯和0.3kg硬脂酸钙置于双辊开炼机中进行共混，辊温为180℃，开炼20min，得到共混料。
(2)将共混料与8kg改性膨胀石墨、3.0kg微胶囊化红磷、1.0kg改性二氧化硅气凝胶、1.2kg聚己内酯和0.3kg硬脂酸钙混合均匀，得到混合物。
(3)将混合物送入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的一区温度为230℃、二区温度为235℃、三区温度为237℃、四区温度为240℃、五区温度为245℃，主机转速为500rpm；过滤器的孔径为50μm。挤出后经过拉条冷却，切粒得到石墨聚苯板颗粒。
(4)将石墨聚苯板颗粒与发泡剂丁烷混合，然后加入挤塑机中挤压成型，得到石墨聚苯板，将石墨聚苯板错位堆码在真空干燥箱中，45℃的条件下干燥6h，得到高强度阻燃保温板。
实施例5
(1)将85kg聚苯乙烯、4.25kg氯化聚乙烯和0.8kg聚己内酯和0.2kg硬脂酸钙置于双辊开炼机中进行共混，辊温为180℃，开炼20min，得到共混料。
(2)将共混料与12.0kg改性膨胀石墨、2.0kg微胶囊化红磷、3.0kg改性二氧化硅气凝胶、0.8kg聚己内酯和0.2kg硬脂酸钙混合均匀，得到混合物。
(3)将混合物送入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的一区温度为230℃、二区温度为235℃、三区温度为237℃、四区温度为240℃、五区温度为245℃，主机转速为500rpm；过滤器的孔径为50μm。挤出后经过拉条冷却，切粒得到石墨聚苯板颗粒。
(4)将石墨聚苯板颗粒与发泡剂丁烷混合，然后加入挤塑机中挤压成型，得到石墨聚苯板，将石墨聚苯板错位堆码在真空干燥箱中，45℃的条件下干燥6h，得到高强度阻燃保温板。
对比例1
(1)将82.5kg聚苯乙烯、10kg膨胀石墨、2.5kg微胶囊化红磷、2.5kg硬脂酸钙混合均匀，得到混合物。
(2)将混合物送入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的一区温度为230℃、二区温度为235℃、三区温度为237℃、四区温度为240℃、五区温度为245℃，主机转速为500rpm；过滤器的孔径为50μm。挤出后经过拉条冷却，切粒得到石墨聚苯板颗粒。
(3)将石墨聚苯板颗粒与发泡剂丁烷混合，然后加入挤塑机中挤压成型，得到石墨聚苯板，将石墨聚苯板错位堆码在真空干燥箱中，45℃的条件下干燥6h，得到高强度阻燃保温板。
对比例2
(1)将82.5kg聚苯乙烯、5kg氯化聚乙烯和1.25kg硬脂酸钙置于双辊开炼机中进行共混，辊温为180℃，开炼20min，得到共混料。
(2)将共混料与10kg改性膨胀石墨、2.5kg微胶囊化红磷、2kg改性二氧化硅气凝胶、1.25kg硬脂酸钙混合均匀，得到混合物。
(3)将混合物送入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的一区温度为230℃、二区温度为235℃、三区温度为237℃、四区温度为240℃、五区温度为245℃，主机转速为500rpm；过滤器的孔径为50μm。挤出后经过拉条冷却，切粒得到石墨聚苯板颗粒。
(4)将石墨聚苯板颗粒与发泡剂丁烷混合，然后加入挤塑机中挤压成型，得到石墨聚苯板，将石墨聚苯板错位堆码在真空干燥箱中，45℃的条件下干燥6h，得到高强度阻燃保温板。
对比例3
(1)将82.5kg聚苯乙烯、5kg氯化聚乙烯和1.25kg聚己内酯置于双辊开炼机中进行共混，辊温为180℃，开炼20min，得到共混料。
(2)将共混料与10kg改性膨胀石墨、2.5kg微胶囊化红磷、2kg改性二氧化硅气凝胶、1.25kg聚己内酯混合均匀，得到混合物。
(3)将混合物送入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的一区温度为230℃、二区温度为235℃、三区温度为237℃、四区温度为240℃、五区温度为245℃，主机转速为500rpm；过滤器的孔径为50μm。挤出后经过拉条冷却，切粒得到石墨聚苯板颗粒。
(4)将石墨聚苯板颗粒与发泡剂丁烷混合，然后加入挤塑机中挤压成型，得到石墨聚苯板，将石墨聚苯板错位堆码在真空干燥箱中，45℃的条件下干燥6h，得到高强度阻燃保温板。
对比例4
(1)将82.5kg聚苯乙烯、2.0kg聚己内酯和0.5kg硬脂酸钙、10kg改性膨胀石墨、2.5kg微胶囊化红磷、2kg改性二氧化硅气凝胶混合均匀，得到混合物。
(2)将混合物送入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的一区温度为230℃、二区温度为235℃、三区温度为237℃、四区温度为240℃、五区温度为245℃，主机转速为500rpm；过滤器的孔径为50μm。挤出后经过拉条冷却，切粒得到石墨聚苯板颗粒。
(3)将石墨聚苯板颗粒与发泡剂丁烷混合，然后加入挤塑机中挤压成型，得到石墨聚苯板，将石墨聚苯板错位堆码在真空干燥箱中，45℃的条件下干燥6h，得到高强度阻燃保温板。
对比例5
(1)将82.5kg聚苯乙烯、5kg氯化聚乙烯和1.0kg聚己内酯和0.25kg硬脂酸钙置于双辊开炼机中进行共混，辊温为180℃，开炼20min，得到共混料。
(2)将共混料与10kg改性膨胀石墨、2.5kg微胶囊化红磷、1.0kg聚己内酯和0.25kg硬脂酸钙混合均匀，得到混合物。
(3)将混合物送入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的一区温度为230℃、二区温度为235℃、三区温度为237℃、四区温度为240℃、五区温度为245℃，主机转速为500rpm；过滤器的孔径为50μm。挤出后经过拉条冷却，切粒得到石墨聚苯板颗粒。
(4)将石墨聚苯板颗粒与发泡剂丁烷混合，然后加入挤塑机中挤压成型，得到石墨聚苯板，将石墨聚苯板错位堆码在真空干燥箱中，45℃的条件下干燥6h，得到高强度阻燃保温板。
对比例6
(1)将82.5kg聚苯乙烯、5kg氯化聚乙烯和1.0kg聚己内酯和0.25kg硬脂酸钙置于双辊开炼机中进行共混，辊温为180℃，开炼20min，得到共混料。
(2)将共混料与10kg膨胀石墨、2.5kg微胶囊化红磷、2kg改性二氧化硅气凝胶、1.0kg聚己内酯和0.25kg硬脂酸钙混合均匀，得到混合物。
(3)将混合物送入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的一区温度为230℃、二区温度为235℃、三区温度为237℃、四区温度为240℃、五区温度为245℃，主机转速为500rpm；过滤器的孔径为50μm。挤出后经过拉条冷却，切粒得到石墨聚苯板颗粒。
(4)将石墨聚苯板颗粒与发泡剂丁烷混合，然后加入挤塑机中挤压成型，得到石墨聚苯板，将石墨聚苯板错位堆码在真空干燥箱中，45℃的条件下干燥6h，得到高强度阻燃保温板。
对比例7
(1)将82.5kg聚苯乙烯、5kg氯化聚乙烯和1.0kg聚己内酯和0.25kg硬脂酸钙置于双辊开炼机中进行共混，辊温为180℃，开炼20min，得到共混料。
(2)将共混料与10kg改性膨胀石墨、2.5kg微胶囊化红磷、2kg二氧化硅气凝胶、1.0kg聚己内酯和0.25kg硬脂酸钙混合均匀，得到混合物。
(3)将混合物送入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的一区温度为230℃、二区温度为235℃、三区温度为237℃、四区温度为240℃、五区温度为245℃，主机转速为500rpm；过滤器的孔径为50μm。挤出后经过拉条冷却，切粒得到石墨聚苯板颗粒。
(4)将石墨聚苯板颗粒与发泡剂丁烷混合，然后加入挤塑机中挤压成型，得到石墨聚苯板，将石墨聚苯板错位堆码在真空干燥箱中，45℃的条件下干燥6h，得到高强度阻燃保温板。
对实施例3～5和对比例1～7制备的保温板进行性能测试，所得结果见表1。
根据GB/T 1843-2008《塑料悬臂梁冲击强度》测试冲击强度；根据GB/T 29906-2013《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统材料》测试垂直于板面的抗拉强度；根据GB/T10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》测试导热系数；根据GB/T2408-2008《塑料燃烧性能的测定》测试氧指数；根据GB/T 1034-2008《塑料吸水性的测定》测试体积吸水率。
表1
由表1可知，实施例3制备的保温板其综合性能最优。对比例1～7是在实施例3的基础上，通过对部分原料的删减得到的。而实施例3制备的保温板，其导热系数、冲击强度、抗拉强度、氧指数和吸水率均优于或远优于对比例1～7制备的保温板，由此可见本申请制备的保温板其性能并不是所用原料简单叠加就能得到的，而是通过各原料之间协同作用才能得到。所以本发明制备的保温板保温性能优异、阻燃性好、吸水率低、成本低、制备方法简单，并且在保持保温板柔韧性的同时提高其强度。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
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