一種防火性能優(yōu)異的保溫材料的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種建筑材料，尤其涉及一種建筑用保溫材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 在本領(lǐng)域中，應(yīng)用廣泛的保溫材料為可發(fā)性聚苯乙烯。聚苯乙烯，分子式為C8H8，主 要用于發(fā)泡成型，用作保溫、隔熱、防震和包裝材料。聚苯乙烯發(fā)泡成型為圓球形顆粒，為泡 沫，該泡沫重量輕，隔熱性能好，添加到水泥材料中與水泥混勻，曬干可制備建筑輕質(zhì)材料， 具有保溫，防火，防水等性能。但由于聚苯乙烯具有易燃、發(fā)煙量大、滴落物多、燃燒后呈無 定形粘性液體等特點，燃燒等級不高，不符合現(xiàn)在墻體材料防火等級較高的要求。另外，在 早期的聚苯乙烯與水泥混合制備的保溫墻體中，還存在混合不均勻，或長時間墻體中水分 流失導(dǎo)致的剝離現(xiàn)象等，限制了聚苯乙烯在保溫板中的推廣應(yīng)用。
[0003] 為了更好的使用聚苯乙烯制造保溫板，發(fā)揮其保溫性能好的優(yōu)點，人們研發(fā)了將 各種無機或有機材料與聚苯乙烯混合后制成的復(fù)合保溫材料。初期，為了提高聚苯乙烯保 溫板的阻燃性能，人們向可發(fā)性聚苯乙烯中添加有機阻燃劑起到阻燃效果。有機阻燃劑包 括含鹵阻燃劑，例如六溴環(huán)十二烷、十溴二苯乙烷、十溴二苯醚等，但由于含鹵阻燃劑燃燒 時會產(chǎn)生大量煙霧，達不到環(huán)保要求，不適于其大面積使用。
[0004] 后來，人們在以膨脹石墨作為阻燃劑，將其與聚苯乙烯混合后制得發(fā)泡性聚苯乙 烯顆粒，模壓成型后提高阻燃性、保溫性和強度。其中可膨脹石墨作為阻燃劑涂布在聚苯乙 烯發(fā)泡顆粒的表面，不含有機阻燃劑，該方法對提高聚苯乙烯的阻燃性有較好的作用，但其 缺點是，由于可膨脹石墨的阻燃原理是在遇火時產(chǎn)生膨脹，從而碳化阻燃，但是膨脹石墨在 膨脹碳化過程中會將涂布層的骨架破壞掉，會產(chǎn)生粉化現(xiàn)象;其次，膨脹時會產(chǎn)生微塵、微 粒和掉渣現(xiàn)象，甚至還產(chǎn)生火星，不符合國家相關(guān)安全規(guī)定，存在安全隱患。
[0005] 除對研究與聚苯乙烯混合的復(fù)合材料中所包含的組分外，人們也研究在復(fù)合材料 的表面涂覆一層特殊的涂料，從而進一步增強其阻燃性能。在一種聚苯乙烯泡沫復(fù)合隔熱 保溫材料中，采用酚醛樹脂以及可膨脹石墨、膠囊紅磷、納米氫氧化鋁做為涂料，將此涂料 涂敷在可發(fā)性聚苯乙烯顆粒表面后模壓成型。但是，由于紅磷在燃燒時會生成五氧化二磷， 而五氧化二磷進一步吸收空氣中的水份會變?yōu)榱姿幔瑢w建材產(chǎn)生腐蝕;另外，制備時需 將酚醛樹脂與其它混合材料在高速混合機中攪拌均勻后作為涂料涂覆于聚苯乙烯發(fā)泡顆 粒，由于酚醛樹脂的固化特性，在實際生產(chǎn)中，配制時間稍長后，涂料容易固化成塊，無法繼 續(xù)使用，導(dǎo)致?lián)p耗太大，提高了生產(chǎn)成本。
[0006] 隨著技術(shù)發(fā)展，人們研發(fā)了另一種聚苯乙烯泡沫復(fù)合隔熱保溫材料中，采用酚醛 或呋喃樹脂做為連續(xù)相復(fù)合可發(fā)性聚苯乙烯的方法，結(jié)合了酚醛或呋喃樹脂良好的阻燃性 能和聚苯乙烯良好的的保溫性能，是一種較好的解決方案，但在實際應(yīng)用中也存在缺陷，由 于聚苯乙烯的結(jié)合度不夠，導(dǎo)致其強度降低；由于阻燃，苯酚等游離單體，在生產(chǎn)中毒性大、 有機揮發(fā)物多，對環(huán)境帶來污染，影響工作人員的健康。在一種同類型的有機發(fā)泡聚苯乙烯 保溫材料中，其中以乙酸乙烯酯樹脂做為功能表層，再復(fù)合添加阻燃劑制成阻燃型聚苯乙 烯。該材料的缺點是聚乙酸乙烯酯必須采用甲醇溶解成溶液，并且由于聚苯乙烯顆粒易粘 連，必須在攪拌時噴灑乙二醇剝離劑才能使聚苯乙烯成為獨立的顆粒；同時，由于聚乙酸乙 烯酯不具有在加熱或添加固化劑時即可固化的性能，因而阻燃劑的添加量有限，且產(chǎn)品在 模塑成型時會產(chǎn)生劣化，無法結(jié)合或者固化成型;此外，生產(chǎn)時使用有毒、易燃的甲醇、乙二 醇易揮發(fā)，對工作人員的健康和環(huán)境也有不利影響。
[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本領(lǐng)域技術(shù)人員希望能研發(fā)阻燃性能好、環(huán)保安全、成本低 的聚苯乙烯復(fù)合保溫材料及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明公開了一種防火性能優(yōu)異的保溫材料的制造方法，該材料相比現(xiàn)有技術(shù)具 有更好的阻燃性能和低煙密度，無毒無污染，具有更高的防火等級，符合環(huán)保要求。
[0009]本發(fā)明的保溫材料的制造方法，包括以下步驟：
[0010] -、制備石墨烯，包括如下步驟：
[0011] ( - )制備膨脹石墨。其中，首先將氧化石墨置于坩堝中，然后將馬弗爐加熱至一定 溫度，將坩堝放入馬弗爐后保溫一定時間后，將坩堝取出，制得膨脹石墨。其中，加熱馬弗爐 的加熱速率優(yōu)選為10~15°C/min，優(yōu)選將馬弗爐加熱至1000~1100°C，坩堝在馬弗爐中的 保溫時間優(yōu)選為3~5min。
[0012](二)將膨脹石墨分散于水中，加入聚苯乙烯小球水分散液后超聲，制得膨脹石墨-聚苯乙烯復(fù)合分散液;其中，膨脹石墨與水的質(zhì)量比為1:1~1:2,膨脹石墨與聚苯乙烯小球 水分散液的質(zhì)量比為80:1~60:1，超聲時間優(yōu)選2h~3h;
[0013] (三)將膨脹石墨-聚苯乙烯復(fù)合分散液抽濾到泡沫鎳上，干燥后將負載有膨脹石 墨-聚苯乙烯的泡沫鎳置于水合肼與氨水的混合溶液中，反應(yīng)后取石墨烯-聚苯乙烯基底材 料;其中，抽濾的速率優(yōu)選為3~4L/s，干燥溫度優(yōu)選50~60°C，干燥時間優(yōu)選10~13h，水合 肼與氨水體積比為1:5~1:10，反應(yīng)溫度優(yōu)選在80~85°C;
[0014] (四）將石墨烯-聚苯乙烯基底材料在真空管式爐中升溫至600~650°C，保溫2~3h 后取出，其中，升溫速率優(yōu)選為3~4°C/min，得到石墨烯。
[0015]二、制備石墨烯-氧化鋯-氧化鋁復(fù)合材料；
[0016]( - )將步驟一中得到的石墨烯與鋁酸氨混合，球磨為石墨烯-鋁酸氨復(fù)合材料;其 中，石墨烯與鋁酸氨的質(zhì)量比優(yōu)選為1:1-3 :1;采用球磨機對復(fù)合材料球磨，球磨的轉(zhuǎn)速優(yōu) 選為 200-280rpm;
[0017](二)將上述石墨烯-鋁酸氨復(fù)合材料加熱至800-950°C，在氮氣保護下保溫、降溫， 得到石墨烯-氧化鋁復(fù)合物;其中，可以在管式爐中進行加熱、保溫和降溫，加熱的升溫速率 為5-10°C/min，保溫時間為2-4h，然后降至室溫，采用自然降溫的方式。
[0018] (三)將石墨烯-氧化鋁復(fù)合物與納米氧化鋯混合，球磨得到石墨烯-氧化鋯-氧化 鋁復(fù)合材料;其中，石墨烯-氧化鋁復(fù)合物與納米氧化鋯的質(zhì)量比優(yōu)選為3:1-4:1;球磨機的 球磨轉(zhuǎn)速優(yōu)選為300_350rpm。
[0019] 三、制備阻燃保溫混合料；
[0020] (一)將石墨烯-氧化鋯-氧化鋁復(fù)合材料制成溶液后與聚苯乙烯混合;其中，在石 墨烯-氧化鋯-氧化鋁水溶液中，石墨烯-氧化鋯-氧化鋁與水的質(zhì)量比為1:20~1: 25;石墨 烯-氧化鋯-氧化鋁與聚苯乙烯的質(zhì)量比優(yōu)選為1:6~1:8;
[0021](二)在上述混合溶液中加入酚醛樹脂和固化劑，固化劑為水、硫酸和磷酸的混合 物;混合溶液中混合料與酚醛樹脂的質(zhì)量比為25:1~28:1;酚醛樹脂與固化劑的質(zhì)量比為 3:1~4:1。在該比率范圍外制得的阻燃保溫板的板材的機械強度不佳。其中硫酸的質(zhì)量百 分含量為97 %，磷酸的質(zhì)量百分含量為38 % ;水與硫酸的質(zhì)量比為2:1~3:1;水與磷酸的質(zhì) 量比為1.5:1~2:1;得到阻燃保溫混合料。
[0022]四、制備阻燃保溫板；
[0023]( -）在第一雙螺桿擠出機中得到熔融混合料;將混合料加入第一雙螺桿擠出機 中，得到熔融的混合料。其中，第一雙螺桿擠出機內(nèi)的工作區(qū)域分為七個區(qū)段:第一至第三 區(qū)段為升溫融化區(qū)，第四至第五區(qū)段為熔融加壓混煉區(qū)，第六至第七區(qū)段為高壓高溫混煉 區(qū)。其中，第一區(qū)段溫度120°C;第二區(qū)段150°C;第三區(qū)段170°C，壓力3Mpa;第四區(qū)段溫度 190°C，壓力8MPa;第五區(qū)段溫度210°C，壓力1IMpa;第六區(qū)段溫度220°C，壓力18MPa、第七區(qū) 段溫度200°C，壓力22Mpa。
[0024](二)在第一螺桿擠出機的第七區(qū)段末端，在熔融的混合料中加入超臨界二氧化碳 流體;超臨界二氧化碳流體與混合料的質(zhì)量比約為80:1~90:1，加注壓力24MPa。
[0025] (三)將熔融的混合料進行部分混煉;第一雙螺桿擠出機出口與第二螺桿擠出機第 九區(qū)段之間設(shè)置有均化隔柵和釋放管。部分混合料通過第二螺桿擠出機的第八區(qū)段與第九 區(qū)段之間的擠壓通道進入第八區(qū)段的前端，后通過第八區(qū)段的螺桿擠壓進入第九區(qū)段;部 分混合料通過均化隔柵和釋放管進入第二螺桿擠出機的第九區(qū)段，經(jīng)螺桿擠壓前進;從而 實現(xiàn)部分混煉。其中，進入第八區(qū)段和第九區(qū)段的熔融混合料的質(zhì)量比為1:1。
[0026] (四）通過第二螺桿機擠出機得到混合料顆粒;第二螺桿擠出機分為五個區(qū)段，分 別是第八區(qū)段至第十二區(qū)段。第八區(qū)段至第十區(qū)段為降溫減壓區(qū)；第十一區(qū)段為動態(tài)混煉 區(qū)，第十二區(qū)段為靜態(tài)混煉區(qū)。其中，第八區(qū)段溫度150°c，壓力16MPa，第九區(qū)段溫度70°C， 壓力20MPa，第十區(qū)段溫度50°C，壓力15MPa;第十一區(qū)段溫度40°C，壓力13MPa;第十二區(qū)段 溫度80°C，壓力lOMpa。在第十二區(qū)段末端安裝擠出模頭，模頭區(qū)域的溫度90°C，壓力8Mpa。
[0027](五)用混合物顆粒制成阻燃保溫板。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，本發(fā)明在用混合物顆粒制成阻燃保溫板之前，先 將混合物顆粒與一涂料混合，攪拌使涂料均勻涂覆于顆粒表面，再將涂覆了涂料的混合物 顆粒制成阻燃保溫板，由于該涂料具有很好的阻燃、低煙效果，因此，進一步提高了阻燃保 溫板的防火等級，并符合環(huán)保要求。
[0029]本發(fā)明的阻燃低煙涂料，包括下述重量份的組分:氫氧化鋁15~25、氧化鋯35~ 45、石墨粉3~7、紅土15~25、礦粉4~6、陶瓷粉8~12。
[0030]制備該阻燃低煙涂料的方法是，將上述