本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體涉及一種離子補(bǔ)強(qiáng)型防火建筑保溫材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚苯乙烯泡沫材料是以聚苯乙烯樹(shù)脂為基料，加入發(fā)泡劑等輔助材料，經(jīng)加熱發(fā)泡而成的輕質(zhì)材料。它具有質(zhì)輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、吸水率低、耐水、耐老化、耐低溫、易加工、價(jià)廉質(zhì)優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)，但是聚苯乙烯泡沫保溫材料在給人們的生活帶來(lái)巨大方便的同時(shí)，其易燃性也給它的應(yīng)用帶來(lái)了一定的限制。聚苯乙烯泡沫本身是易燃材料，在火災(zāi)和高溫條件下極易發(fā)生分解燃燒，
并伴有大量毒氣產(chǎn)生。因此，急需開(kāi)展對(duì)聚苯乙烯泡沫保溫材料火災(zāi)安全性方面的研究工作；
發(fā)泡聚苯乙烯樹(shù)脂的用途非常廣泛，由于其具有高強(qiáng)度、質(zhì)量輕、極佳的保溫絕熱性能和高吸收能量能力，可以用作各種儀表、貴重物品、精密儀器、蔬菜水果和水產(chǎn)品等的包裝材料；而因?yàn)槠渚哂袩醾鲗?dǎo)率低、吸水性小、電絕緣性好、隔音、防潮以及成型工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)良特性，而被廣泛應(yīng)用在道路橋梁的路基鋪設(shè)和房屋建筑以及漁業(yè)捕撈和冷藏行業(yè)的保溫材料等方面。其中，作為一種優(yōu)良的建筑材料，發(fā)泡聚苯乙烯樹(shù)脂主要用于建筑物的屋面和墻體，其作為外保溫復(fù)合墻體具有十分良好的節(jié)能效果；而作為保溫屋面適用于住宅、工廠、平式和柏油屋面，可以起到隔音、擋水蒸汽、密封和保溫隔熱等作用。作為建筑用保溫材料，首要考慮的幾個(gè)性能指標(biāo)是低的熱導(dǎo)率，高的阻燃能力和較好的自身強(qiáng)度。
目前，阻燃型聚苯乙烯主要是在可發(fā)性聚苯乙烯母料的制備過(guò)程中引入溴系阻燃組分或者添加石墨微粉，再經(jīng)過(guò)成型工藝制備而成，同時(shí)為了提高自身強(qiáng)度會(huì)引入無(wú)機(jī)填料，然而無(wú)機(jī)填料與聚合物基體的相容性較差，容易導(dǎo)致成品的穩(wěn)定性降低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于為了改善現(xiàn)有技術(shù)中存在的無(wú)機(jī)填料與聚合物基體的相容性較差的問(wèn)題，提高成品的阻燃能力、自身強(qiáng)度，提供一種離子補(bǔ)強(qiáng)型防火建筑保溫材料及其制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種離子補(bǔ)強(qiáng)型防火建筑保溫材料，它是由下述重量份的原料制成的：
2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨1-2、正硅酸乙酯26-30、苯乙烯170-200、碳納米管10-14、異氰尿酸三縮水甘油酯10-16、司盤(pán)800.6-1、對(duì)甲苯磺酰氯2-3、三正丁基十四烷基氯化膦3-4、辛酸亞錫3-4、三乙胺2-3、二乙烯基苯0.3-1、聚乙烯吡咯烷酮適量、氨水適量、乙醇適量、過(guò)硫酸銨5-6、戊烷發(fā)泡劑15-20、3-5mol/l的氫氧化鈉10-15。
一種離子補(bǔ)強(qiáng)型防火建筑保溫材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）將正硅酸乙酯加入到其重量70-80倍的去離子水中，滴加氨水，調(diào)節(jié)ph為10-12，攪拌反應(yīng)3-4小時(shí)，加入對(duì)甲苯磺酰氯，升高溫度為50-60℃，保溫?cái)嚢?-2小時(shí)，得羧基化溶膠分散液；
（2）取碳納米管，加入到其重量18-20倍的無(wú)水乙醇中，加入三乙胺，超聲10-20分鐘，蒸餾，除去乙醇，與羧基化溶膠分散液混合，攪拌反應(yīng)1-2小時(shí)，過(guò)濾，將沉淀水洗，真空80-90℃下干燥1-2小時(shí)，得胺化硅復(fù)合碳納米管；
（3）取異氰尿酸三縮水甘油酯，加入到其重量6-8倍的聚乙烯吡咯烷酮中，攪拌均勻，加入苯乙烯，在80-90℃下保溫?cái)嚢?0-20分鐘，得改性單體溶液；
（4）取2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨，加入到其重量107-120倍的去離子水中，攪拌均勻，與上述改性單體溶液混合，超聲3-4分鐘，得離子液體改性單體溶液；
（5）取三正丁基十四烷基氯化膦，加入到其重量40-50倍的去離子水中，攪拌均勻，加入司盤(pán)80，攪拌均勻，加入上述胺化硅復(fù)合碳納米管，升高溫度為70-75℃，加入二乙烯基苯，保溫?cái)嚢?-2小時(shí)，得磷胺化硅復(fù)合碳納米管分散液；
（6）取過(guò)硫酸銨，加入到其重量100-110倍的去離子水中，攪拌均勻；
（7）取上述離子液體改性單體溶液，與磷胺化硅復(fù)合碳納米管分散液混合，攪拌均勻，送入到反應(yīng)釜中，加入3-5mol/l的氫氧化鈉，在40-50℃下保溫反應(yīng)1-2小時(shí)，通入氮?dú)?，加入上述過(guò)硫酸銨水溶液，攪拌均勻，升高溫度為80℃，加入辛酸亞錫，保溫反應(yīng)7小時(shí)，加入上述戊烷發(fā)泡劑，升高溫度為110-120℃，保溫2-3小時(shí)，冷卻出料，將產(chǎn)物經(jīng)過(guò)洗滌、干燥、篩分后送入到發(fā)泡機(jī)中，在0.3-0.4mpa、140-150℃下蒸汽加熱1-2小時(shí)，出料，室溫冷卻，即得所述離子補(bǔ)強(qiáng)型防火建筑保溫材料。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明首先采用正硅酸乙酯為前驅(qū)體，在去離子水中水解形成溶膠的過(guò)程中加入對(duì)甲苯磺酰氯，對(duì)甲苯磺酰氯同時(shí)進(jìn)行水解，使得溶膠羧基化，然后將碳納米管通過(guò)三乙胺進(jìn)行胺化處理，與羧基化溶膠混合改性，得到酰胺化的復(fù)合碳納米管，然后采用三正丁基十四烷基氯化膦，通過(guò)二乙烯基苯交聯(lián)處理，得到磷化酰胺硅復(fù)合碳納米管，然后采用異氰尿酸三縮水甘油酯、2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨離子液體共混改性苯乙烯單體，得到環(huán)氧化處理的、分散性好的單體分散液，然后將磷化酰胺硅復(fù)合碳納米管與單體分散液共混，在堿性條件下催化交聯(lián)反應(yīng)，之后再進(jìn)行單體聚合反應(yīng)，得到復(fù)合保溫材料；
本發(fā)明的保溫材料將碳納米管、二氧化硅有效的復(fù)合，采用酰胺分散，不僅提高了成品材料的阻燃、力學(xué)性能，還與聚合物基體具有很好的相容性，提高了成品的穩(wěn)定性強(qiáng)度，有效的降低了團(tuán)聚，采用的2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨離子液體更加有效的改善了各原料之間的相容性，進(jìn)一步降低團(tuán)聚，將苯乙烯單體通過(guò)環(huán)氧化改性，使其表面含有可以與酰胺基團(tuán)交聯(lián)的環(huán)氧基，本發(fā)明的復(fù)合材料，各原料間的相容性好，且碳納米管、二氧化硅都可以很好的提高復(fù)合材料的阻燃性能和力學(xué)性能、且經(jīng)過(guò)三正丁基十四烷基氯化膦的磷化處理后，進(jìn)一步提高了阻燃性能，本發(fā)明加入的碳納米管可以很好的提高發(fā)泡聚苯乙烯的保溫性能，因此，本發(fā)明的復(fù)合材料具有高效的保溫、阻燃性和高強(qiáng)的力學(xué)性能，且各原料的相容性好，穩(wěn)定強(qiáng)度高；
本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)直接加入碳納米管、二氧化硅，或者各種磷化助劑的復(fù)合材料而言，進(jìn)步在于本發(fā)明是先將碳納米管、二氧化硅以酰胺化反應(yīng)的形式共混交聯(lián)，不僅得到了碳納米管、二氧化硅共混性好的復(fù)合物料，且該物料表面還有酰胺基，具有很好的表面活性，然后與磷化助劑再次交聯(lián)，得到磷化酰胺復(fù)合材料，該復(fù)合材料含有磷、碳、硅，可以起到很好的協(xié)同阻燃性能，且表面活性高，與聚合物相容性好。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種離子補(bǔ)強(qiáng)型防火建筑保溫材料，它是由下述重量份的原料制成的：
2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨1、正硅酸乙酯26、苯乙烯170、碳納米管10-14、異氰尿酸三縮水甘油酯10、司盤(pán)800.6、對(duì)甲苯磺酰氯2、三正丁基十四烷基氯化膦3、辛酸亞錫3、三乙胺2、二乙烯基苯0.3、過(guò)硫酸銨5、戊烷發(fā)泡劑15、5mol/l的氫氧化鈉10。
一種離子補(bǔ)強(qiáng)型防火建筑保溫材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）將正硅酸乙酯加入到其重量70倍的去離子水中，滴加濃度為10%的氨水，調(diào)節(jié)ph為10，攪拌反應(yīng)3小時(shí)，加入對(duì)甲苯磺酰氯，升高溫度為50℃，保溫?cái)嚢?小時(shí)，得羧基化溶膠分散液；
（2）取碳納米管，加入到其重量18倍的無(wú)水乙醇中，加入三乙胺，超聲10分鐘，蒸餾，除去乙醇，與羧基化溶膠分散液混合，攪拌反應(yīng)1小時(shí)，過(guò)濾，將沉淀水洗，真空80℃下干燥1小時(shí)，得胺化硅復(fù)合碳納米管；
（3）取異氰尿酸三縮水甘油酯，加入到其重量6倍的聚乙烯吡咯烷酮中，攪拌均勻，加入苯乙烯，在80℃下保溫?cái)嚢?0分鐘，得改性單體溶液；
（4）取2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨，加入到其重量107倍的去離子水中，攪拌均勻，與上述改性單體溶液混合，超聲3分鐘，得離子液體改性單體溶液；
（5）取三正丁基十四烷基氯化膦，加入到其重量40倍的去離子水中，攪拌均勻，加入司盤(pán)80，攪拌均勻，加入上述胺化硅復(fù)合碳納米管，升高溫度為70℃，加入二乙烯基苯，保溫?cái)嚢?小時(shí)，得磷胺化硅復(fù)合碳納米管分散液；
（6）取過(guò)硫酸銨，加入到其重量100倍的去離子水中，攪拌均勻；
（7）取上述離子液體改性單體溶液，與磷胺化硅復(fù)合碳納米管分散液混合，攪拌均勻，送入到反應(yīng)釜中，加入5mol/l的氫氧化鈉，在40-50℃下保溫反應(yīng)1小時(shí)，通入氮?dú)?，加入上述過(guò)硫酸銨水溶液，攪拌均勻，升高溫度為80℃，加入辛酸亞錫，保溫反應(yīng)7小時(shí)，加入上述戊烷發(fā)泡劑，升高溫度為110℃，保溫2小時(shí)，冷卻出料，將產(chǎn)物經(jīng)過(guò)洗滌、干燥、篩分后送入到發(fā)泡機(jī)中，在0.3mpa、140℃下蒸汽加熱1小時(shí)，出料，室溫冷卻，即得所述離子補(bǔ)強(qiáng)型防火建筑保溫材料。
性能測(cè)試：
本實(shí)施例的離子補(bǔ)強(qiáng)型防火建筑保溫材料阻燃性能、力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明：
氧指數(shù)30、垂直燃燒等級(jí)ul-94v-0級(jí)、彎曲強(qiáng)度0.3mpa，壓縮強(qiáng)度0.16mpa，導(dǎo)熱系數(shù)0.037w/m.k；
實(shí)施例2
一種離子補(bǔ)強(qiáng)型防火建筑保溫材料，它是由下述重量份的原料制成的：
2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨2、正硅酸乙酯30、苯乙烯200、碳納米管14、異氰尿酸三縮水甘油酯16、司盤(pán)801、對(duì)甲苯磺酰氯3、三正丁基十四烷基氯化膦4、辛酸亞錫4、三乙胺3、二乙烯基苯1、過(guò)硫酸銨6、戊烷發(fā)泡劑20、3mol/l的氫氧化鈉15。
一種離子補(bǔ)強(qiáng)型防火建筑保溫材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）將正硅酸乙酯加入到其重量80倍的去離子水中，滴加濃度為11%的氨水，調(diào)節(jié)ph為12，攪拌反應(yīng)4小時(shí)，加入對(duì)甲苯磺酰氯，升高溫度為60℃，保溫?cái)嚢?小時(shí)，得羧基化溶膠分散液；
（2）取碳納米管，加入到其重量20倍的無(wú)水乙醇中，加入三乙胺，超聲20分鐘，蒸餾，除去乙醇，與羧基化溶膠分散液混合，攪拌反應(yīng)2小時(shí)，過(guò)濾，將沉淀水洗，真空90℃下干燥2小時(shí)，得胺化硅復(fù)合碳納米管；
（3）取異氰尿酸三縮水甘油酯，加入到其重量8倍的聚乙烯吡咯烷酮中，攪拌均勻，加入苯乙烯，在90℃下保溫?cái)嚢?0分鐘，得改性單體溶液；
（4）取2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨，加入到其重量120倍的去離子水中，攪拌均勻，與上述改性單體溶液混合，超聲4分鐘，得離子液體改性單體溶液；
（5）取三正丁基十四烷基氯化膦，加入到其重量50倍的去離子水中，攪拌均勻，加入司盤(pán)80，攪拌均勻，加入上述胺化硅復(fù)合碳納米管，升高溫度為75℃，加入二乙烯基苯，保溫?cái)嚢?小時(shí)，得磷胺化硅復(fù)合碳納米管分散液；
（6）取過(guò)硫酸銨，加入到其重量110倍的去離子水中，攪拌均勻；
（7）取上述離子液體改性單體溶液，與磷胺化硅復(fù)合碳納米管分散液混合，攪拌均勻，送入到反應(yīng)釜中，加入3mol/l的氫氧化鈉，在40-50℃下保溫反應(yīng)1小時(shí)，通入氮?dú)猓尤肷鲜鲞^(guò)硫酸銨水溶液，攪拌均勻，升高溫度為80℃，加入辛酸亞錫，保溫反應(yīng)7小時(shí)，加入上述戊烷發(fā)泡劑，升高溫度為120℃，保溫3小時(shí)，冷卻出料，將產(chǎn)物經(jīng)過(guò)洗滌、干燥、篩分后送入到發(fā)泡機(jī)中，在0.4mpa、150℃下蒸汽加熱2小時(shí)，出料，室溫冷卻，即得所述離子補(bǔ)強(qiáng)型防火建筑保溫材料。
性能測(cè)試：
本實(shí)施例的離子補(bǔ)強(qiáng)型防火建筑保溫材料阻燃性能、力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明：
氧指數(shù)31、垂直燃燒等級(jí)ul-94v-0級(jí)、彎曲強(qiáng)度0.27mpa，壓縮強(qiáng)度0.19mpa，導(dǎo)熱系數(shù)0.031w/m.k。