阻燃型聚苯乙烯/SiO2气凝胶核壳复合珠粒制备及其发泡成型工艺研究

摘要

EPS板是一种十分常用的建筑保温材料,具有容重小、力学强度和韧性好,抗化学腐蚀、防水、易成型分割等优良特性。但是存在导热系数相对较高,不耐老化、易燃、防火性差等缺点。为了提高EPS板的绝热性能和阻燃性能,本论文采用超级绝热材料SiO2气凝胶与聚苯乙烯进行核壳型有机无机复合,运用悬浮聚合的方法制备出以SiO2气凝胶为“核”,聚苯乙烯为“壳”的阻燃型核壳复合珠粒,通过热压浸渍的方法,将发泡剂渗入到复合珠粒中,最后对阻燃复合珠粒进行发泡成型制成阻燃型聚苯乙烯/SiO2气凝胶复合板。并对阻燃型聚苯乙烯/SiO2气凝胶核壳复合珠粒的合成工艺、热压浸渍工艺、及其发泡成型工艺进行了研究,得到一种制备阻燃核壳复合珠粒的方法,制备出一种阻燃性能优异、导热系数较低的阻燃型聚苯乙烯/SiO2气凝胶复合保温材料。
　　试验研究了聚苯乙烯/SiO2气凝胶核壳复合珠粒悬浮聚合工艺,首先分析了油水比、分散剂体系、搅拌速度和SiO2气凝胶等因素对核壳复合珠粒粒径的影响,结果表明:油水比为1:4;在分散剂体系中:有机分散剂(聚乙烯醇5％溶液)3份,无机分散剂(磷酸三钙)1.5份;搅拌速度500r/min;SiO2气凝胶添加量为2份时,制备的聚苯乙烯/SiO2气凝胶核壳复合珠粒平均粒径小,而且粒径分布集中。
　　试验还采用两步法制备含有发泡剂的阻燃型聚苯乙烯/SiO2气凝胶核壳复合珠粒,阻燃剂添加工艺为聚合阶段添加,然后通过浸渍、预发泡、熟化、模压成型制备了阻燃型苯乙烯/SiO2气凝胶泡沫板。通过设计不同阻燃剂种类和含量的对比实验,研究其对聚苯乙烯/SiO2气凝胶复合泡沫板阻燃性能、机械强度和保温性能的影响规律。结果表明:单纯采用HBCD为阻燃剂时,当HBCD用量超过6%时,复合泡沫板可以达到较好的阻燃性能,自熄时间为4.1s,氧指数达到18.8;阻燃剂协同剂Sb2O3的加入可以减少HBCD的用量,当HBCD/Sb2O3在1:2~1:1时,材料的自熄时间在4.5s以内,氧指数达到19.1;特别的当HBCD:Sb2O3=2:1时,材料阻燃效果最佳,自熄时间为2.6s,氧指数达到20.3;当HBCD和Sb2O3总含量不变的条件下,随着无机阻燃剂Al(OH)3含量的增加,复合泡沫板制品的阻燃性能显著提高,当其含量达到2.0%时,材料阻燃性能达到最高。复合板的导热系数随着阻燃剂添加量的增加而增加;抗压强度随阻燃剂HBCD添加量的增加而减小,当阻燃剂由Sb2O3替代一部分HBCD时,随着替代量的增加抗压强度随之增加。
　　试验还利用了热固性酚醛树脂/Al(OH)3阻燃剂对前面合成的聚苯乙烯/SiO2气凝胶核壳复合珠粒进行涂覆处理,并重点研究了热固性酚醛树脂/Al(OH)3阻燃液中热固性酚醛树脂和Al(OH)3两者的含量对复合EPS材料的阻燃性能、机械强度和保温性能的影响规律。通过采用混合、搅拌、干燥和模压发泡成型的方式实现了将酚醛树脂/Al(OH)3阻燃液涂覆在核壳珠粒上的涂覆工艺流程并得到了最佳涂覆工艺参数,得到了阻燃性能、机械强度和保温性能均优异的阻燃复合EPS材料。对得到的阻燃复合EPS材料进行的氧指数测试、压缩强度测试、导热系数,测试结果表明,在酚醛树脂含量(相对于复合EPS)相同的条件下,Al(OH)3含量低于15g(相对于复合EPS)时,Al(OH)3含量越高,复合EPS材料的阻燃性能越好,并且在Al(OH)3的含量为15g时达到最大值,机械强度越低,保温性能越差;当Al(OH)3含量高于15g时,Al(OH)3含量越高,复合EPS材料的阻燃性能越低,机械强度越低,保温性能越差;在Al(OH)3含量相同的条件下,酚醛树脂的含量越高,复合EPS材料的阻燃性能越好,机械强度越高,保温性能越差。

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第一章 绪论

1.1背景

1.2聚苯乙烯保温板介绍

1.3核壳型有机-无机复合材料

1.4可发性聚苯乙烯的燃烧和阻燃机理

1.5阻燃剂及其阻燃机理

1.6国内外在阻燃聚苯乙烯方面的研究现状及趋势

1.7课题研究的目的、意义和内容

第二章 阻燃型聚苯乙烯/SiO2气凝胶核壳复合珠粒的制备与表征

2.1实验原料及仪器

2.2药品提纯和溶液配制

2.3阻燃型聚苯乙烯/SiO2气凝胶核壳复合珠粒合成工艺

2.4性能测试方法

2.5试验结果分析与讨论

2.6本章小结

第三章 阻燃型聚苯乙烯/SiO２气凝胶核壳珠粒蒸汽发泡成型工艺

3.1实验材料和仪器

3.2技术路线及试验方法

3.3性能测试方法

3.4试验结果分析与讨论

3.5本章小结

第四章 阻燃型聚苯乙烯/SiO２气凝胶核壳珠粒涂覆发泡成型工艺

4.1实验材料和仪器

4.2技术路线及试验方法

4.3性能测试及表征方法

4.4 Al(OH)3/热固性酚醛树脂阻燃液的涂覆工艺

4.5酚醛树脂和Al(OH)3含量对复合EPS材料性能的影响

4.6本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢