一种非金属复合材料幕墙保温板及其制备方法

摘要

本发明涉及建筑材料领域，具体为一种非金属复合材料幕墙保温板，其是由聚氨酯/聚苯乙烯预包覆空心玻璃微珠发泡材料制成，所述聚氨酯/聚苯乙烯预包覆空心玻璃微珠发泡材料由以下重量份数的原料制成：聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液30‑40份、偶联剂改性空心玻璃微珠20‑25份、单硬脂酸甘油酯1‑3份、环戊烷1‑1.5份、稳泡剂0.1‑0.2份、无机纤维5‑10份、十溴二苯乙烷2‑4份、三氧化二锑0.5‑1份，本申请所制备的保温板密度小，强度高，保温性能优越，不仅保温阻燃，还防水防湿，应用前景广泛。

权利要求

1.一种非金属复合材料幕墙保温板，其特征在于，由聚氨酯/聚苯乙烯预包覆空心玻璃微珠发泡材料制成；

所述聚氨酯/聚苯乙烯预包覆空心玻璃微珠发泡材料由以下重量份数的原料制成：聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液30‑40份、偶联剂改性空心玻璃微珠20‑25份、单硬脂酸甘油酯1‑3份、环戊烷1‑1.5份、稳泡剂0.1‑0.2份、无机纤维5‑10份、十溴二苯乙烷2‑4份、三氧化二锑0.5‑1份；

所述聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液的制备方法如下：S1：将聚碳酸酯二元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡干燥脱水后，加入到无水丁酮中，氮气保护下，升温至70‑80℃反应20‑30min后，再加入干燥脱水的二羟甲基丙酸，继续反应3‑5h，降温至60‑65℃加入丙烯酸羟乙酯反应1h后，再降温30‑35℃，用三乙胺调节体系pH至9‑10，加入去离子水剪切分散30‑50min，减压将丁酮蒸出，得到乳化体系；

S2：将聚苯乙烯加入到上述乳化体系中，再将引发剂溶液滴入，滴毕后反应20‑50min，得到聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液；

所述偶联剂改性空心玻璃微珠的制备方法如下：将空心玻璃微珠干燥脱水后加入到无水乙醇中，超声振荡20‑30min后升温至60‑70℃，将硅烷偶联剂用无水乙醇稀释后滴加入体系中，降温至30‑40℃滴加去离子水，水解5‑

10min后升温至回流反应1‑5h，离心、水洗、干燥即可。

2.如权利要求1所述的非金属复合材料幕墙保温板，其特征在于，所述聚碳酸酯二元醇与异佛尔酮二异氰酸酯的质量比为2.5‑2.6:1。

3.如权利要求1所述的非金属复合材料幕墙保温板，其特征在于，所述乳化体系中固体的质量分数为30‑35％。

4.如权利要求1所述的非金属复合材料幕墙保温板，其特征在于，所述引发剂溶液为酰类过氧化物水溶液或过硫酸盐水溶液。

5.如权利要求1所述的非金属复合材料幕墙保温板，其特征在于，所述稳泡剂为聚丙烯酰胺或聚乙烯醇。

6.如权利要求1所述的非金属复合材料幕墙保温板，其特征在于，所述无机纤维为陶瓷纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维中的其中一种或多种组合。

7.一种如权利要求1‑6中任一项所述的非金属复合材料幕墙保温板的制备方法，其特征在于，具体如下：

超声振荡下，将偶联剂改性空心玻璃微珠加入到聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液中，升温至

70‑80℃下二次聚合1‑3h后降温至40‑45℃注入模具中，再将单硬脂酸甘油酯、环戊烷、稳泡剂、无机纤维、十溴二苯乙烷、三氧化二锑加入，将模具于50‑60℃的烘箱中发泡3‑5min后脱模，置于60‑80℃的烘箱中干燥10‑20h后取出，自然熟化20‑25h，得到聚氨酯/聚苯乙烯预包覆空心玻璃微珠发泡材料，最后将其表面打磨，切割，得到非金属复合材料幕墙保温板。

说明书

一种非金属复合材料幕墙保温板及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种非金属复合材料幕墙保温板。

背景技术

[0002] 幕墙是建筑的外墙围护，不承重，是现代大型和高层建筑常用的带有装饰效果的轻质墙体，由面板和支承结构体系组成的，可相对主体结构有一定位移能力或自身有一定
变形能力、不承担主体结构所作用的建筑外围护结构或装饰性结构(外墙框架式支撑体系
也是幕墙体系的一种)，为了响应节能环保的号召，选择保温性能好的材料作为建筑幕墙是
目前的一大发展趋势。

发明内容

[0003] 发明目的：针对上述发展趋势，本发明提供了一种非金属复合材料幕墙保温板。

[0004] 为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

[0005] 一种非金属复合材料幕墙保温板，其是由聚氨酯/聚苯乙烯预包覆空心玻璃微珠发泡材料制成。

[0006] 进一步地，所述聚氨酯/聚苯乙烯预包覆空心玻璃微珠发泡材料由以下重量份数的原料制成：

[0007] 聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液30‑40份、偶联剂改性空心玻璃微珠20‑25份、单硬脂酸甘油酯1‑3份、环戊烷1‑1.5份、稳泡剂0.1‑0.2份、无机纤维5‑10份、十溴二苯乙烷2‑4份、三
氧化二锑0.5‑1份。

[0008] 进一步地，所述聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液的制备方法如下：

[0009] S1：将聚碳酸酯二元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡干燥脱水后，加入到无水丁酮中，氮气保护下，升温至70‑80℃反应20‑30min后，再加入干燥脱水的二羟甲
基丙酸，继续反应3‑5h，降温至60‑65℃加入丙烯酸羟乙酯反应1h后，再降温30‑35℃，用三
乙胺调节体系pH至9‑10，加入去离子水剪切分散30‑50min，减压将丁酮蒸出，得到乳化体
系；

[0010] S2：将聚苯乙烯加入到上述乳化体系中，再将引发剂溶液滴入，滴毕后反应20‑50min，得到聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液。

[0011] 进一步地，所述聚碳酸酯二元醇与异佛尔酮二异氰酸酯的质量比为2.5‑2.6:1。

[0012] 进一步地，所述乳化体系中固体的质量分数为30‑35％。

[0013] 进一步地，所述引发剂溶液为酰类过氧化物水溶液或过硫酸盐水溶液。

[0014] 进一步地，所述偶联剂改性空心玻璃微珠的制备方法如下：

[0015] 将空心玻璃微珠干燥脱水后加入到无水乙醇中，超声振荡20‑30min后升温至60‑70℃，将硅烷偶联剂用无水乙醇稀释后滴加入体系中，降温至30‑40℃滴加去离子水，水解
5‑10min后升温至回流反应1‑5h，离心、水洗、干燥即可。

[0016] 进一步地，所述稳泡剂为聚丙烯酰胺或聚乙烯醇。

[0017] 进一步地，所述无机纤维为陶瓷纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、植物纤维中的其中一种或多种组合。

[0018] 上述非金属复合材料幕墙保温板的制备方法如下：

[0019] 超声振荡下，将偶联剂改性空心玻璃微珠加入到聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液中，升温至70‑80℃下二次聚合1‑3h后降温至40‑45℃注入模具中，再将单硬脂酸甘油酯、环戊烷、
稳泡剂、无机纤维、十溴二苯乙烷、三氧化二锑加入，将模具于50‑60℃的烘箱中发泡3‑5min
后脱模，置于60‑80℃的烘箱中干燥10‑20h后取出，自然熟化20‑25h，得到聚氨酯/聚苯乙烯
预包覆空心玻璃微珠发泡材料，最后将其表面打磨，切割，得到非金属复合材料幕墙保温
板。

[0020] 本发明的有益效果：

[0021] 聚苯乙烯具有较高的强度、价廉的优点，但质脆、韧性差，不适宜作为幕墙材料使用，聚氨酯具有特殊的软、硬段微相结构，既具备了橡胶的柔性又同时拥有塑料的刚性，本
申请将聚氨酯/聚苯乙烯共聚发泡，很好的克服了聚苯乙烯材料自身的缺陷，发泡所形成的
气腔与空心玻璃微珠内部的空心腔，形成多层次的保温结构，提高了保温板的保温性能，经
过偶联剂后的空心玻璃微珠，在材料制备过程中具有更好的分散性，空心玻璃微珠表面因
改性而引入的活性基团与乳液中的官能团形成化学键，避免了空心玻璃微珠在发泡过程团
聚现象的发生，也提升了保温板的强度，十溴二苯乙烷作为一种广谱高效添加型阻燃剂，其
热裂解或燃烧时不产生有毒物质，且自身导热系数较小，经过试验发现将其与三氧化二锑
复配后在本发明中可以起到良好的阻燃效果，还不会对保温板力学性能和保温性能产生影
响，单硬脂酸甘油酯作为一种多元醇型非离子型表面活性剂，其结构中具有一个亲油的长
链烷基和两个亲水的羟基，在发泡材料的制备过程中，能够起到很好的乳化、起泡、分散、稳
泡的作用，经过实验验证，本申请所制备的保温板密度小，强度高，保温性能优越，不仅保温
阻燃，还防水防湿，应用前景广泛。

附图说明

[0022] 图1为本发明实施例1制备的非金属复合材料幕墙保温板。

具体实施方式

[0023] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通
技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范
围。

[0024] 实施例1：

[0025] 一种由聚氨酯/聚苯乙烯预包覆空心玻璃微珠发泡材料制成的非金属复合材料幕墙保温板。

[0026] 其中，聚氨酯/聚苯乙烯预包覆空心玻璃微珠发泡材料由以下原料制成：

[0027] 聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液350g、偶联剂改性空心玻璃微珠200g、单硬脂酸甘油酯20g、环戊烷10g、聚乙烯醇1g、玄武岩纤维100g、十溴二苯乙烷20g、三氧化二锑5g。

[0028] 上述非金属复合材料幕墙保温板的制备方法如下：

[0029] 超声振荡下，将偶联剂改性空心玻璃微珠加入到聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液中，升温至80℃下二次聚合2h后降温至40℃注入模具中，再将单硬脂酸甘油酯、环戊烷、聚乙烯
醇、玄武岩纤维、十溴二苯乙烷、三氧化二锑加入，将模具于50℃的烘箱中发泡3‑min后脱
模，置于70℃的烘箱中干燥10h后取出，自然熟化24h，得到聚氨酯/聚苯乙烯预包覆空心玻
璃微珠发泡材料，最后将其表面打磨，切割，得到非金属复合材料幕墙保温板。

[0030] 其中，聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液的制备方法如下：

[0031] 将聚碳酸酯二元醇250g、异佛尔酮二异氰酸酯100g、二月桂酸二丁基锡1g干燥脱水后，加入到1L无水丁酮中，氮气保护下，升温至70℃反应25min后，再加入干燥脱水的二羟
甲基丙酸10g，继续反应5h，降温至65℃加入丙烯酸羟乙酯5g反应1h后，再降温35℃，用三乙
胺调节体系pH至9，加入去离子水2L剪切分散30min，减压将丁酮蒸出，得到固体质量分数为
30％的乳化体系，将聚苯乙烯200g加入到上述乳化体系中，再将5％的过硫酸钾溶液滴入，
滴毕后反应40min，得到聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液。

[0032] 偶联剂改性空心玻璃微珠的制备方法如下：

[0033] 将空心玻璃微珠200g干燥脱水后加入到无水乙醇2L中，超声振荡30min后升温至65℃，将硅烷偶联剂10g用无水乙醇100mL稀释后滴加入体系中，降温至30‑40℃滴加去离子
水5mL，水解5min后升温至回流反应2h，离心、水洗、干燥即可。

[0034] 实施例2：

[0035] 一种由聚氨酯/聚苯乙烯预包覆空心玻璃微珠发泡材料制成的非金属复合材料幕墙保温板。

[0036] 其中，聚氨酯/聚苯乙烯预包覆空心玻璃微珠发泡材料由以下原料制成：

[0037] 聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液400g、偶联剂改性空心玻璃微珠250g、单硬脂酸甘油酯30g、环戊烷15g、聚乙烯醇2g、玄武岩纤维100g、十溴二苯乙烷20g、三氧化二锑5g。

[0038] 上述非金属复合材料幕墙保温板的制备方法如下：

[0039] 超声振荡下，将偶联剂改性空心玻璃微珠加入到聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液中，升温至80℃下二次聚合2h后降温至40℃注入模具中，再将单硬脂酸甘油酯、环戊烷、聚乙烯
醇、玄武岩纤维、十溴二苯乙烷、三氧化二锑加入，将模具于50℃的烘箱中发泡3‑min后脱
模，置于70℃的烘箱中干燥10h后取出，自然熟化24h，得到聚氨酯/聚苯乙烯预包覆空心玻
璃微珠发泡材料，最后将其表面打磨，切割，得到非金属复合材料幕墙保温板。

[0040] 其中，聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液的制备方法如下：

[0041] 将聚碳酸酯二元醇250g、异佛尔酮二异氰酸酯100g、二月桂酸二丁基锡1g干燥脱水后，加入到1L无水丁酮中，氮气保护下，升温至70℃反应25min后，再加入干燥脱水的二羟
甲基丙酸10g，继续反应5h，降温至65℃加入丙烯酸羟乙酯5g反应1h后，再降温35℃，用三乙
胺调节体系pH至9，加入去离子水2L剪切分散30min，减压将丁酮蒸出，得到固体质量分数为
30％的乳化体系，将聚苯乙烯200g加入到上述乳化体系中，再将5％的过硫酸钾溶液滴入，
滴毕后反应40min，得到聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液。

[0042] 偶联剂改性空心玻璃微珠的制备方法如下：

[0043] 将空心玻璃微珠250g干燥脱水后加入到无水乙醇2L中，超声振荡30min后升温至65℃，将硅烷偶联剂10g用无水乙醇100mL稀释后滴加入体系中，降温至30‑40℃滴加去离子
水5mL，水解5min后升温至回流反应2h，离心、水洗、干燥即可。

[0044] 实施例3：

[0045] 一种由聚氨酯/聚苯乙烯预包覆空心玻璃微珠发泡材料制成的非金属复合材料幕墙保温板。

[0046] 其中，聚氨酯/聚苯乙烯预包覆空心玻璃微珠发泡材料由以下原料制成：

[0047] 聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液380g、偶联剂改性空心玻璃微珠230g、单硬脂酸甘油酯10g、环戊烷12g、聚乙烯醇1.5g、玄武岩纤维50g、十溴二苯乙烷20g、三氧化二锑5g。

[0048] 上述非金属复合材料幕墙保温板的制备方法如下：

[0049] 超声振荡下，将偶联剂改性空心玻璃微珠加入到聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液中，升温至80℃下二次聚合2h后降温至40℃注入模具中，再将单硬脂酸甘油酯、环戊烷、聚乙烯
醇、玄武岩纤维、十溴二苯乙烷、三氧化二锑加入，将模具于50℃的烘箱中发泡3‑min后脱
模，置于70℃的烘箱中干燥10h后取出，自然熟化24h，得到聚氨酯/聚苯乙烯预包覆空心玻
璃微珠发泡材料，最后将其表面打磨，切割，得到非金属复合材料幕墙保温板。

[0050] 其中，聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液的制备方法如下：

[0051] 将聚碳酸酯二元醇250g、异佛尔酮二异氰酸酯100g、二月桂酸二丁基锡1g干燥脱水后，加入到1L无水丁酮中，氮气保护下，升温至70℃反应25min后，再加入干燥脱水的二羟
甲基丙酸10g，继续反应5h，降温至65℃加入丙烯酸羟乙酯5g反应1h后，再降温35℃，用三乙
胺调节体系pH至9，加入去离子水2L剪切分散30min，减压将丁酮蒸出，得到固体质量分数为
30％的乳化体系，将聚苯乙烯200g加入到上述乳化体系中，再将5％的过硫酸钾溶液滴入，
滴毕后反应40min，得到聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液。

[0052] 偶联剂改性空心玻璃微珠的制备方法如下：

[0053] 将空心玻璃微珠220g干燥脱水后加入到无水乙醇2L中，超声振荡30min后升温至65℃，将硅烷偶联剂10g用无水乙醇100mL稀释后滴加入体系中，降温至30‑40℃滴加去离子
水5mL，水解5min后升温至回流反应2h，离心、水洗、干燥即可。

[0054] 对比例1：

[0055] 与实施例1基本相同，区别在于，将偶联剂改性空心玻璃微珠替换为普通空心玻璃微珠，不经过偶联剂改性处理。

[0056] 对比例2：

[0057] 与实施例1基本相同，区别在于，将聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液替换为聚氨酯乳液(品牌：DSM帝斯曼，型号：NeoPac E‑106)。

[0058] 对比例3：

[0059] 与实施例1基本相同，区别在于，将聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液替换为聚氨酯乳液。

[0060] 聚氨酯乳液的制备方法如下：

[0061] 将聚碳酸酯二元醇250g、异佛尔酮二异氰酸酯100g、二月桂酸二丁基锡1g干燥脱水后，加入到1L无水丁酮中，氮气保护下，升温至70℃反应25min后，再加入干燥脱水的二羟
甲基丙酸10g，继续反应5h，降温至65℃加入丙烯酸羟乙酯5g反应1h后，再降温35℃，用三乙
胺调节体系pH至9，加入去离子水2L剪切分散30min，减压将丁酮蒸出，得到固体质量分数为
30％的聚氨酯乳液。

[0062] 对比例4：

[0063] 与实施例1基本相同，区别在于，将聚氨酯/聚苯乙烯预聚乳液替换为聚苯乙烯乳液(品牌：湛新，型号：Viscopol 6180)。

[0064] 对比例5：

[0065] 与实施例1基本相同，区别在于，不加入单硬脂酸甘油酯。

[0066] 对比例6：

[0067] 与实施例1基本相同，区别在于，不加入玄武岩纤维。

[0068] 性能测试

[0069] 对本发明实施例1‑3及对比例1‑6所制备的保温板进行性能测试，其中，密度按照GB/T6343‑2009标准测试：压缩强度按照GB/T8813‑2008标准测试；导热系数按照GB10294‑
2008标准测试：氧指数按照GB/T2406‑2008标准测试，憎水率按照GB/T10299‑2011保温材料
憎水性试验方法测试，结果如表1所示：

[0070] 表1：

[0071]

[0072] 由上表1可以看出，本申请所制备的保温板密度小，强度高，保温性能优越，不仅保温阻燃，还防水防湿，应用前景广泛。

[0073] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论
从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权
利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有
变化囊括在本发明内。