一种溶胶沉积空心聚苯乙烯建筑保温材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种溶胶沉积空心聚苯乙烯建筑保温材料的制备方法，本发明将中空溶胶沉积碳酸钙填料环氧化后与胺化苯乙烯单体共混，参与到苯乙烯的聚合反应中，有效的提高了填料在聚合物间的相容性，有效的降低了团聚，提高了成品材料的稳定性强度。本发明的复合材料具有很好的阻燃、保温、防腐、稳定性强度等，且质量轻，环保性好，综合性能优越。

权利要求

1.一种溶胶沉积空心聚苯乙烯建筑保温材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）取1-2重量份的对苯二甲醛、20-27重量份的甲基丙烯酸甲酯混合，搅拌均匀，加入混合料重量30-40%的甲醇，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，在60-70℃下保温40-50分钟，得醛基化单体；

（2）取上述醛基化单体、0.2-0.4重量份的引发剂混合，加入到混合料重量6-9倍的四氢呋喃中，送入到反应釜中，在80-85℃下保温反应6-7小时，出料，冷却至常温，真空45-50℃下干燥2-3小时，得醛基化聚合物；

（3）取17-20重量份的正硅酸乙酯，加入到其重量30-40倍的去离子水中，搅拌16-20分钟，得前驱体溶液；

（4）取20-30重量份的碳酸钙，加入到其重量3-4倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入2-4重量份的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在50-60℃下超声20-30分钟，蒸馏除去乙醇，得氨化碳酸钙；

（5）取上述醛基化聚合物、氨化碳酸钙混合，搅拌均匀，加入到上述前驱体溶液中，滴加

3-5重量份的10-13%的氨水，升高温度为50-60℃，保温搅拌2-3小时，在2700-3000转/分转速下离心分离，将沉淀水洗，真空70-80℃下干燥30-40分钟，得溶胶沉积聚合物；

（6）将上述溶胶沉积聚合物加入到其重量10-13倍的丙酮中，送入到46-50℃的恒温水浴中，保温10-13小时，出料，过滤，将沉淀用丙酮、去离子水依次洗涤2-3次，常温干燥，得中空溶胶沉积碳酸钙填料；

（7）取上述中空溶胶沉积碳酸钙填料，加入到其重量1.5-2倍的无水乙醇中，加入2-3重量份的环氧氯丙烷，超声10-20分钟，蒸馏除去乙醇，得环氧化中空溶胶沉积碳酸钙填料；

（8）取4-5重量份的十二胺，加入到其重量3-5倍的无水乙醇中，搅拌均匀，升高温度为

50-60℃，加入190-200重量份的苯乙烯，保温搅拌10-20分钟，得胺化单体醇液；

（9）取3-4重量份的过硫酸铵，加入到其重量60-70倍的去离子水中，搅拌均匀，得过硫酸铵水溶液；

（10）将上述环氧化中空溶胶沉积碳酸钙填料、胺化单体醇液混合，搅拌均匀，送入到反应釜中，加入1-3重量份的辛酸亚锡，在40-50℃下保温搅拌20-30分钟，通入氮气，加入上述过硫酸铵水溶液，搅拌均匀，调节反应釜温度为68-71℃，保温反应4-5小时，加入13-20重量份的戊烷发泡剂，升高温度为110-120℃，保温1-2小时，冷却出料，将产物经过洗涤、干燥、筛分后送入到发泡机中，在0.25-0.3MPa、130-140℃下蒸汽加热1-2小时，出料，室温冷却，即得所述溶胶沉积空心聚苯乙烯建筑保温材料。

2.根据权利要求1所述的一种溶胶沉积空心聚苯乙烯建筑保温材料的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰中的一种。

说明书

一种溶胶沉积空心聚苯乙烯建筑保温材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于材料领域，具体涉及一种溶胶沉积空心聚苯乙烯建筑保温材料的制备方法。

背景技术

[0002] 聚苯乙烯泡沫材料是以聚苯乙烯树脂为基料，加入发泡剂等辅助材料，经加热发泡而成的轻质材料。它具有质轻、导热系数小、吸水率低、耐水、耐老化、耐低温、易加工、价廉质优等优点，但是聚苯乙烯泡沫保温材料在给人们的生活带来巨大方便的同时，其易燃性也给它的应用带来了一定的限制。聚苯乙烯泡沫本身是易燃材料，在火灾和高温条件下极易发生分解燃烧，

[0003] 并伴有大量毒气产生。因此，急需开展对聚苯乙烯泡沫保温材料火灾安全性方面的研究工作；

[0004] 发泡聚苯乙烯树脂的用途非常广泛，由于其具有高强度、质量轻、极佳的保温绝热性能和高吸收能量能力，可以用作各种仪表、贵重物品、精密仪器、蔬 菜水果和水产品等的包装材料；而因为其具有热传导率低、吸水性小、电绝缘性好、隔音、防潮以及成型工艺简单等优良特性，而被广泛应用在道路桥梁的路基铺设和房屋建筑以及渔业捕捞和冷藏行业的保温材料等方面。其中，作为一种优良的建筑材料，发泡聚苯乙烯树脂主要用于建筑物的屋面和墙体，其作为外保温复合墙体具有十分良好的节能效果；而作为保温屋面适用于住宅、工厂、平式和柏油屋面，可以起到隔音、挡水蒸汽、密封和保温隔热等作用。作为建筑用保温材料，首要考虑的几个性能指标是低的热导率，高的阻燃能力、较好的自身强度；

[0005] 目前，为了提高保温材料的阻燃、自身强度、保温等性能，通常会引入无机填料，然而无机填料与聚合物基体的相容性较差，容易导致成品的稳定性降低，而在传统保温材料中经常会加入空心玻璃微珠，其具有很好的提高材料的保温性能，但是其成本较高，且容易碎裂。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于针对现有技术中无机填料与聚合物基体的相容性较差、成本较高的问题，提供一种溶胶沉积空心聚苯乙烯建筑保温材料的制备方法。

[0007] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0008] 一种溶胶沉积空心聚苯乙烯建筑保温材料的制备方法，包括以下步骤：

[0009] （1）取1-2重量份的对苯二甲醛、20-27重量份的甲基丙烯酸甲酯混合，搅拌均匀，加入混合料重量30-40%的甲醇，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，在60-70℃下保温40-50分钟，得醛基化单体；

[0010] （2）取上述醛基化单体、0.2-0.4重量份的引发剂混合，加入到混合料重量6-9倍的四氢呋喃中，送入到反应釜中，在80-85℃下保温反应6-7小时，出料，冷却至常温，真空45-50℃下干燥2-3小时，得醛基化聚合物；

[0011] （3）取17-20重量份的正硅酸乙酯，加入到其重量30-40倍的去离子水中，搅拌16-20分钟，得前驱体溶液；

[0012] （4）取20-30重量份的碳酸钙，加入到其重量3-4倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入2-4重量份的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在50-60℃下超声20-30分钟，蒸馏除去乙醇，得氨化碳酸钙；

[0013] （5）取上述醛基化聚合物、氨化碳酸钙混合，搅拌均匀，加入到上述前驱体溶液中，滴加3-5重量份的10-13%的氨水，升高温度为50-60℃，保温搅拌2-3小时，在2700-3000转/分转速下离心分离，将沉淀水洗，真空70-80℃下干燥30-40分钟，得溶胶沉积聚合物；

[0014] （6）将上述溶胶沉积聚合物加入到其重量10-13倍的丙酮中，送入到46-50℃的恒温水浴中，保温10-13小时，出料，过滤，将沉淀用丙酮、去离子水依次洗涤2-3次，常温干燥，得中空溶胶沉积碳酸钙填料；

[0015] （7）取上述中空溶胶沉积碳酸钙填料，加入到其重量1.5-2倍的无水乙醇中，加入2-3重量份的环氧氯丙烷，超声10-20分钟，蒸馏除去乙醇，得环氧化中空溶胶沉积碳酸钙填料；

[0016] （8）取4-5重量份的十二胺，加入到其重量3-5倍的无水乙醇中，搅拌均匀，升高温度为50-60℃，加入190-200重量份的苯乙烯，保温搅拌10-20分钟，得胺化单体醇液；

[0017] （9）取3-4重量份的过硫酸铵，加入到其重量60-70倍的去离子水中，搅拌均匀；

[0018] （10）将上述环氧化中空溶胶沉积碳酸钙填料、胺化单体醇液混合，搅拌均匀，送入到反应釜中，加入1-3重量份的辛酸亚锡，在40-50℃下保温搅拌20-30分钟，通入氮气，加入上述过硫酸铵水溶液，搅拌均匀，调节反应釜温度为68-71℃，保温反应4-5小时，加入13-20重量份的戊烷发泡剂，升高温度为110-120℃，保温1-2小时，冷却出料，将产物经过洗涤、干燥、筛分后送入到发泡机中，在0.25-0.3Mpa、130-140℃下蒸汽加热1-2小时，出料，室温冷却，即得所述溶胶沉积空心聚苯乙烯建筑保温材料。

[0019] 所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰中的一种。

[0020] 本发明的优点：

[0021] 本发明首先采用对苯二甲醛、甲基丙烯酸甲酯混合，得到醛基化单体，然后将此单体在引发剂条件下进行聚合，得醛基化聚合物，然后与氨化碳酸钙进行共混交联，在交联的同时加入到以正硅酸乙酯为前驱体的溶胶液中，通过高速离心分散，使得硅溶胶沉积到交联产物的表面，形成硅溶胶的包覆层，而交联得到的希夫碱在碱性条件下具有很好的稳定性，且可以提高成品的抑菌防腐性能，之后将溶胶沉积聚合物加入到丙酮中，使聚甲基丙烯酸甲酯溶解去除，得到溶胶包覆的中空碳酸钙填料，然后将该溶胶包覆的中空碳酸钙填料通过环氧化处理，与胺化苯乙烯单体共混，参与到苯乙烯单体的聚合反应中，再经过发泡，得到溶胶沉积空心聚苯乙烯建筑保温材料；

[0022] 本发明的保温材料含有溶胶包覆的中空碳酸钙填料，该填料质轻，由于有硅溶胶的包覆保护，不易破裂，稳定性好，不仅可以提高成品材料的保温、阻燃、力学性能，还降低了成品的重量，达到了轻质的效果，便于运输、安装，降低了生产成本，且其成本相对于空心玻璃微珠较低，可以进一步的降低生产成本；

[0023] 本发明将中空溶胶沉积碳酸钙填料环氧化后与胺化苯乙烯单体共混，参与到苯乙烯的聚合反应中，有效的提高了填料在聚合物间的相容性，有效的降低了团聚，提高了成品材料的稳定性强度。

[0024] 本发明的复合材料具有很好的阻燃、保温、防腐、稳定性强度等，且质量轻，环保性好，综合性能优越。

具体实施方式

[0025] 实施例1

[0026] 一种溶胶沉积空心聚苯乙烯建筑保温材料的制备方法，包括以下步骤：

[0027] （1）取2重量份的对苯二甲醛、27重量份的甲基丙烯酸甲酯混合，搅拌均匀，加入混合料重量40%的甲醇，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，在70℃下保温50分钟，得醛基化单体；

[0028] （2）取上述醛基化单体、0.4重量份的偶氮二异庚腈混合，加入到混合料重量9倍的四氢呋喃中，送入到反应釜中，在85℃下保温反应7小时，出料，冷却至常温，真空50℃下干燥3小时，得醛基化聚合物；

[0029] （3）取20重量份的正硅酸乙酯，加入到其重量40倍的去离子水中，搅拌20分钟，得前驱体溶液；

[0030] （4）取30重量份的碳酸钙，加入到其重量4倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入4重量份的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在60℃下超声30分钟，蒸馏除去乙醇，得氨化碳酸钙；

[0031] （5）取上述醛基化聚合物、氨化碳酸钙混合，搅拌均匀，加入到上述前驱体溶液中，滴加5重量份的10-13%的氨水，升高温度为60℃，保温搅拌3小时，在3000转/分转速下离心分离，将沉淀水洗，真空80℃下干燥40分钟，得溶胶沉积聚合物；

[0032] （6）将上述溶胶沉积聚合物加入到其重量13倍的丙酮中，送入到50℃的恒温水浴中，保温13小时，出料，过滤，将沉淀用丙酮、去离子水依次洗涤2次，常温干燥，得中空溶胶沉积碳酸钙填料；

[0033] （7）取上述中空溶胶沉积碳酸钙填料，加入到其重量2倍的无水乙醇中，加入2重量份的环氧氯丙烷，超声20分钟，蒸馏除去乙醇，得环氧化中空溶胶沉积碳酸钙填料；

[0034] （8）取5重量份的十二胺，加入到其重量5倍的无水乙醇中，搅拌均匀，升高温度为60℃，加入200重量份的苯乙烯，保温搅拌20分钟，得胺化单体醇液；

[0035] （9）取4重量份的过硫酸铵，加入到其重量70倍的去离子水中，搅拌均匀；

[0036] （10）将上述环氧化中空溶胶沉积碳酸钙填料、胺化单体醇液混合，搅拌均匀，送入到反应釜中，加入3重量份的辛酸亚锡，在50℃下保温搅拌30分钟，通入氮气，加入上述过硫酸铵水溶液，搅拌均匀，调节反应釜温度为68-71℃，保温反应5小时，加入20重量份的戊烷发泡剂，升高温度为120℃，保温2小时，冷却出料，将产物经过洗涤、干燥、筛分后送入到发泡机中，在0.3Mpa、140℃下蒸汽加热2小时，出料，室温冷却，即得所述溶胶沉积空心聚苯乙烯建筑保温材料。

[0037] 性能测试：

[0038] 本实施例1的溶胶沉积空心聚苯乙烯建筑保温材料的阻燃性能、力学性能测试结果表明：

[0039] 氧指数31、垂直燃烧等级 UL-94 V-0 级、弯曲强度 0.27Mpa，压缩强度 0.21Mpa，导热系数 0.029w/m.k。

[0040] 实施例2

[0041] 一种溶胶沉积空心聚苯乙烯建筑保温材料的制备方法，包括以下步骤：

[0042] （1）取1重量份的对苯二甲醛、20重量份的甲基丙烯酸甲酯混合，搅拌均匀，加入混合料重量30%的甲醇，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，在60℃下保温40分钟，得醛基化单体；

[0043] （2）取上述醛基化单体、0.2重量份的偶氮二异丁腈混合，加入到混合料重量6倍的四氢呋喃中，送入到反应釜中，在80℃下保温反应6小时，出料，冷却至常温，真空45℃下干燥2小时，得醛基化聚合物；

[0044] （3）取17重量份的正硅酸乙酯，加入到其重量30倍的去离子水中，搅拌16分钟，得前驱体溶液；

[0045] （4）取20重量份的碳酸钙，加入到其重量3倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入4重量份的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在50℃下超声20分钟，蒸馏除去乙醇，得氨化碳酸钙；

[0046] （5）取上述醛基化聚合物、氨化碳酸钙混合，搅拌均匀，加入到上述前驱体溶液中，滴加3重量份的10%的氨水，升高温度为50℃，保温搅拌2小时，在2700转/分转速下离心分离，将沉淀水洗，真空70℃下干燥30分钟，得溶胶沉积聚合物；

[0047] （6）将上述溶胶沉积聚合物加入到其重量10倍的丙酮中，送入到46℃的恒温水浴中，保温10小时，出料，过滤，将沉淀用丙酮、去离子水依次洗涤2次，常温干燥，得中空溶胶沉积碳酸钙填料；

[0048] （7）取上述中空溶胶沉积碳酸钙填料，加入到其重量1.5倍的无水乙醇中，加入2重量份的环氧氯丙烷，超声10分钟，蒸馏除去乙醇，得环氧化中空溶胶沉积碳酸钙填料；

[0049] （8）取4重量份的十二胺，加入到其重量3倍的无水乙醇中，搅拌均匀，升高温度为50℃，加入190重量份的苯乙烯，保温搅拌10分钟，得胺化单体醇液；

[0050] （9）取3重量份的过硫酸铵，加入到其重量60倍的去离子水中，搅拌均匀；

[0051] （10）将上述环氧化中空溶胶沉积碳酸钙填料、胺化单体醇液混合，搅拌均匀，送入到反应釜中，加入1重量份的辛酸亚锡，在40℃下保温搅拌20分钟，通入氮气，加入上述过硫酸铵水溶液，搅拌均匀，调节反应釜温度为68℃，保温反应4小时，加入13重量份的戊烷发泡剂，升高温度为110℃，保温1小时，冷却出料，将产物经过洗涤、干燥、筛分后送入到发泡机中，在0.25Mpa、130℃下蒸汽加热1小时，出料，室温冷却，即得所述溶胶沉积空心聚苯乙烯建筑保温材料。

[0052] 性能测试：

[0053] 本实施例2的溶胶沉积空心聚苯乙烯建筑保温材料的阻燃性能、力学性能测试结果表明：

[0054] 氧指数31、垂直燃烧等级 UL-94 V-0 级、弯曲强度 0.26Mpa，压缩强度 0.20Mpa，导热系数 0.029w/m.k。