消阻聚與同步阻燃的石墨發(fā)泡聚苯乙烯材料的合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及節(jié)能保溫材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種消阻聚與同步阻燃的石墨發(fā)泡 聚苯乙烯材料的合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國家大力推行"節(jié)能減排，低碳經(jīng)濟(jì)"政策，同時(shí)國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布 《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》國家標(biāo)準(zhǔn)的公告，對建筑外墻保溫材料的阻燃性能提出了更高的要 求。建筑保溫領(lǐng)域既要深化綠色建筑行動，推進(jìn)建筑節(jié)能降碳，同時(shí)又要符合建筑設(shè)計(jì)防火 規(guī)范的阻燃性能。作為建筑保溫材料的發(fā)泡聚苯乙烯（EPS)也面臨著需要進(jìn)一步提高保溫 性能和阻燃性能的雙重要求。片狀石墨像一面鏡子，具有"鏡面效應(yīng)"，能夠反射紅外線輻 射，降低熱傳導(dǎo)，因此，石墨被用作低導(dǎo)熱系數(shù)填充物引入到EPS泡沫體系中，得到一種具 有優(yōu)異隔熱性的石墨EPS保溫材料。
[0003] 目前，石墨EPS復(fù)合粒子的方法有以下兩種方法制備。第一種方法是共混造粒法， 利用共混工藝將聚苯乙烯顆粒料與石墨粉體加熱熔融，經(jīng)共混、擠出造粒、發(fā)泡劑浸漬、發(fā) 泡成型等工序制備石墨EPS。該方法中，石墨粉體與聚苯乙烯的界面相容性較差，難以在聚 苯乙烯基體中均勻分散，此外，高溫熔融會使得聚苯乙烯和添加的助劑分解，大大降低了聚 合物的各種性能，此外該工藝經(jīng)擠出造粒得到石墨聚苯乙烯，還需經(jīng)過浸漬在發(fā)泡劑中才 能得到石墨EPS，且后浸漬工藝得到的石墨EPS中發(fā)泡劑分布不均勻，對后續(xù)的發(fā)泡泡孔的 大小也有影響，整體上該工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高，難以廣泛應(yīng)用。第二種方法是直接聚合法， 將石墨粉體分散到苯乙烯單體中，再加入引發(fā)劑、去離子水、分散劑和發(fā)泡劑，利用懸浮聚 合工藝制備石墨EPS粒子。一方面該工藝中石墨直接分散在苯乙稀單體中，石墨的表面極 性使其在苯乙烯單體中分散性變差，使石墨在石墨EPS基體中團(tuán)聚，不能均勻分散，影響其 保溫性能和力學(xué)性能。另一方面，石墨是典型的自由基捕獲劑，在苯乙烯單體中存在嚴(yán)重的 阻聚效應(yīng)，使得石墨EPS聚合反應(yīng)時(shí)間大大延長，產(chǎn)品性能降低，同時(shí)增加了工業(yè)化大生產(chǎn) 工藝控制的難度和生成成本，不利于石墨EPS的工業(yè)化應(yīng)用推廣。目前，還沒有消除石墨在 苯乙烯單體聚合中的阻聚效應(yīng)的技術(shù)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種消阻聚與同步阻燃的石墨發(fā)泡聚苯乙 烯材料的合成方法，石墨表面經(jīng)納米氫氧化鎂包覆及疏水改性后，大大改善了石墨在苯乙 烯單體中的相容性與分散穩(wěn)定性，消除了石墨在苯乙烯單體聚合中的阻聚效應(yīng)，同時(shí)提高 了石墨發(fā)泡聚苯乙烯材料的阻燃性能，石墨的引入可以降低石墨發(fā)泡聚苯乙烯材料的導(dǎo)熱 系數(shù)，改善其保溫效果，實(shí)現(xiàn)了改善分散相容性、消除阻聚效應(yīng)、提高保溫性能和阻燃性能 四位一體的功效。
[0005] -種消阻聚與同步阻燃的石墨發(fā)泡聚苯乙烯材料的合成方法，包括以下步驟：
[0006] 1)消阻聚與同步阻燃化石墨的制備及原位改性
[0007] 在反應(yīng)釜中加入0. 25~2.Omol/L的鎂鹽水溶液50~400mL，再加入0. 1~10.Og 分散劑聚乙烯吡咯烷酮，攪拌溶解后，加入2. 0~100. 0g的原料石墨，激烈攪拌5~20min 使石墨均勾分散，調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速為150~400轉(zhuǎn)/分，滴加0. 5~4.Omol/L的沉淀劑50~ 400mL使鎂離子沉淀完全，升溫至80~87°C，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1. 0~1. 5h，加入功能性疏水改 性劑0. 5~2. 5mL，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1. 0~2. 0h，停止加熱，攪拌冷卻后，真空抽濾、洗滌、干燥 制得親油性的氫氧化鎂包覆的石墨復(fù)合粉體。
[0008] 具體的，該步驟中：
[0009] 所述的聚乙烯吡咯烷酮分散劑型號為K30、K60或K90中的任意一種；
[0010] 所述的原料石墨為片狀結(jié)構(gòu)，粒徑大小為0·lum~50um;所述的鎂鹽為氯化鎂或 硫酸鎂中的任意一種；
[0011] 所述的沉淀劑為氨水或氫氧化鈉水溶液中的任意一種；
[0012] 所述的功能性疏水改性劑為具有反應(yīng)型雙鍵的十八烯酸、具有阻燃功能的聚乙二 醇磷酸酯或聚丙二醇磷酸酯中的任意一種；
[0013] 所述的親油性氫氧化鎂包覆的石墨復(fù)合粉體為納米片狀氫氧化鎂包覆的石墨。
[0014] 2)石墨發(fā)泡聚苯乙烯材料的合成
[0015] 2a)水相：依次向高壓反應(yīng)釜中加入去離子水350~500mL、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1~ 0. 5%的表面活性劑的水溶液4~20mL、由無機(jī)分散劑1. 0~5. 0g和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8. 0~ 16. 0%的有機(jī)分散劑水溶液15~35mL組成的二元無機(jī)-有機(jī)復(fù)配分散劑，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速 為160~360轉(zhuǎn)/分，預(yù)分散10~15min。
[0016] 2b)油相：稱取包含中溫引發(fā)劑1. 0~3. 0g和高溫引發(fā)劑0. 5~1. 5g的復(fù)合引 發(fā)劑體系及阻燃劑3. 0~9. 0g，預(yù)先溶解在175~300g苯乙烯單體中，然后將步驟1)得 到的親油性的氫氧化鎂包覆的石墨復(fù)合粉體0. 5~8. 0g加入上述苯乙稀單體中，激烈攪拌 分散均勻后，將油相轉(zhuǎn)移到2a)所述的水相中，通N2排空釜中空氣，調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速為160~ 360轉(zhuǎn)/分，在機(jī)械攪拌、所述表面活性劑和二元無機(jī)-有機(jī)復(fù)配分散劑保護(hù)下，使油相小液 滴穩(wěn)定懸浮在水相中，以〇. 5~1°C/min的升溫速率升溫至85. 0~90. 0°C，補(bǔ)加所述無機(jī) 分散劑1.〇~4.0g，反應(yīng)1.5~2. 5h后，聚合反應(yīng)進(jìn)入爆聚危險(xiǎn)期，再次補(bǔ)加所述無機(jī)分散 劑1. 0~4. 0g和所述的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 1~0. 5 %的表面活性劑水溶液1. 0~5.OmL，抑制 聚合粒子發(fā)生聚并，有效保護(hù)聚合反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行，繼續(xù)反應(yīng)3. 0~4.Oh。
[0017] 2c)填充發(fā)泡劑：向所述反應(yīng)釜中加入12~24g戊烷發(fā)泡劑，以0. 2~1. 0°C/min 的升溫速率升溫至115~124°C，繼續(xù)反應(yīng)4. 5~5. 5h，戊烷均勻填充到聚苯乙烯粒子中， 石墨可發(fā)泡聚苯乙烯復(fù)合粒子完全硬化，停止反應(yīng)，得到石墨可發(fā)泡聚苯乙烯復(fù)合粒子。
[0018] 2d)洗滌：冷卻后出料，將合成的石墨可發(fā)泡聚苯乙烯復(fù)合粒子用5~11 %的鹽酸 水溶液和水洗滌，除去吸附的無機(jī)懸浮劑。
[0019] 2e)發(fā)泡成型：石墨可發(fā)泡聚苯乙烯復(fù)合粒子經(jīng)水蒸氣發(fā)泡得到石墨發(fā)泡聚苯乙 稀復(fù)合粒子，經(jīng)成型工藝得到石墨發(fā)泡聚苯乙稀材料。
[0020] 具體的，該步驟中：
[0021] 所述的二元無機(jī)-有機(jī)復(fù)配分散劑中，無機(jī)分散劑為活性磷酸鈣、高嶺土、滑石 粉、硫酸鋇或碳酸鎂中的任意一種；有機(jī)分散劑為聚乙烯醇、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖 維素、羥乙基纖維素、聚丙烯酸鈉或明膠中的任意一種；
[0022] 所述的表面活性劑為陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉、陰離子表面活性劑 十二烷基硫酸鈉、非離子表面活性劑烷基酚聚氧乙烯醚、非離子表面活性劑吐溫或非離子 表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚中的任意一種；
[0023] 所述的中溫引發(fā)劑為偶氮二異丁腈或過氧化苯甲酰中；
[0024] 所述的高溫引發(fā)劑為過氧化二異丙苯或過氧化苯甲酸叔丁酯；
[0025] 所述的阻燃劑為六溴環(huán)十二烷或十溴二苯醚中的任意一種或兩者復(fù)合。
[0026] 本發(fā)明采用原位共沉淀工藝合成氫氧化鎂包