本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有阻燃性能的聚苯乙烯板及其制備方法、應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、建筑節(jié)能政策和建筑防火規(guī)范的實(shí)施，推動(dòng)了墻體阻燃材料的快速發(fā)展。隨著人們防火意識(shí)的增強(qiáng)，火災(zāi)災(zāi)害日益受到人們的重視。因此，人們對(duì)墻體的阻燃性能要求越來(lái)越高。

2、作為五大通用合成樹(shù)脂之一的聚苯乙烯（ps），主要產(chǎn)品有g(shù)pps、eps、hips以及abs等，它的產(chǎn)量?jī)H次于聚乙烯（pe）、聚氯乙烯（pvc）和聚丙烯（pp）。由于聚苯乙烯板是一種具有高抗壓、吸水率低、防潮、不透氣、質(zhì)輕、耐腐蝕、抗老化、導(dǎo)熱系數(shù)低等優(yōu)異性能的保溫材料，現(xiàn)廣泛用于建筑墻體、屋面保溫、復(fù)合保溫板材的保溫層等。但ps極易燃燒，同時(shí)釋放大量有害煙氣，且伴有熔融現(xiàn)象，極易引發(fā)二次火災(zāi)。隨著人們防火意識(shí)的增強(qiáng)，火災(zāi)災(zāi)害日益受到人們的重視。雖然現(xiàn)有技術(shù)中添加阻燃劑可提高聚苯乙烯材料的阻燃性，但是大多數(shù)聚苯乙烯材料的其阻燃性能只能達(dá)到b級(jí)，達(dá)到a級(jí)很少。因此，本發(fā)明提出了一種適應(yīng)于現(xiàn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求和防火規(guī)范的具有阻燃性能的聚苯乙烯板及其制備方法，以及在具有阻燃性能的建筑墻體中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種具有阻燃性能的聚苯乙烯板，在滿足特定指標(biāo)要求的前提下可達(dá)到a級(jí)耐火等級(jí)。

2、本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供上述具有阻燃性能的聚苯乙烯板的制備方法，為該聚苯乙烯板的制備提供一種適于推廣的生產(chǎn)方案。

3、本發(fā)明的第三個(gè)目的在于提供上述具有阻燃性能的聚苯乙烯板的應(yīng)用，為阻燃建筑墻體的選擇提供更多的選擇。

4、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

5、第一方面，本發(fā)明提供了一種具有阻燃性能的聚苯乙烯板，其包括以下重量份數(shù)的組分：可發(fā)性聚苯乙烯90份~100份、熱固性樹(shù)脂50份~60份、固化劑1.2份~2.2份，有機(jī)改性蒙脫土2份~4份和涂覆料30份~40份；

6、所述涂覆料包括硅藻土基阻燃劑、二氧化硅氣凝膠和納米纖維素；

7、其中，所述硅藻土基阻燃劑為雙子季銨鹽改性硅藻土；

8、所述雙子季銨鹽的結(jié)構(gòu)式為：

9、。

10、本發(fā)明將1,5-二溴戊烷和三乙胺經(jīng)季銨化反應(yīng)制得雙子季銨鹽，再將雙子季銨鹽與硅藻土制得雙子季銨鹽改性硅藻土。雙子季銨鹽吸附在硅藻土表面形成一層陽(yáng)離子保護(hù)膜，提高了硅藻土的疏水性，進(jìn)而提高了阻燃劑的阻燃效果。有機(jī)改性蒙脫土與常規(guī)蒙脫土相比，其與有機(jī)物具有更好的相容性，對(duì)有機(jī)聚合物具有顯著的阻燃作用；本發(fā)明加入的有機(jī)改性蒙脫土與聚苯乙烯相容性好，有機(jī)改性蒙脫土可有效促進(jìn)聚苯乙烯成炭，阻止基體進(jìn)一步燃燒。二氧化硅氣凝膠具有比表面積大、孔隙率高、密度低、導(dǎo)熱系數(shù)低等特點(diǎn)，但是其機(jī)械強(qiáng)度低，因此本發(fā)明在涂覆料中加入納米纖維素以提高二氧化硅氣凝膠的機(jī)械強(qiáng)度。本發(fā)明通過(guò)加入有機(jī)改性蒙脫土，涂覆包含硅藻土基阻燃劑、二氧化硅氣凝膠和納米纖維素的涂覆層，四者協(xié)同使本發(fā)明制備的聚苯乙烯板在滿足力學(xué)性能的情況下，兼具導(dǎo)熱系數(shù)低和阻燃性能高的特點(diǎn)，所得聚苯乙烯板可達(dá)耐火a級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

11、優(yōu)選地，將1,5-二溴戊烷和三乙胺在81℃~85℃條件下進(jìn)行季銨化反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為5h~6h，得所述雙子季銨鹽；所述1,5-二溴戊烷和三乙胺的質(zhì)量比為0.99:1~1.14:1，即摩爾比為1:2.0~2.3。

12、優(yōu)選地，所述涂覆料中硅藻土基阻燃劑、二氧化硅氣凝膠和納米纖維素的質(zhì)量比為3~4:6~12:0.2~0.4。

13、優(yōu)選地，所述雙子季銨鹽改性硅藻土的制備方法包括如下步驟：將硅藻土懸浮液與雙子季銨鹽溶液混合得混合懸浮液，在81℃~85℃條件下反應(yīng)3h~4h，得所述雙子季銨鹽改性硅藻土；

14、其中，所述混合懸浮液中雙子季銨鹽和硅藻土的質(zhì)量比為1.0:3~1.4:3；

15、所述硅藻土懸浮液的質(zhì)量濃度為40g/l~60g/l；

16、所述雙子季銨鹽溶液的質(zhì)量濃度為40g/l~60g/l。

17、優(yōu)選地，所述有機(jī)改性蒙脫土包括十六烷基三甲基溴化銨改性蒙脫土或硅烷改性蒙脫土中的至少一種；所述二氧化硅氣凝膠為微米級(jí)二氧化硅氣凝膠。

18、蒙脫土是高聚物的常用改性劑,主要存在于膨潤(rùn)土礦中,由水鋁硅酸鹽構(gòu)成,具有較高的比熱容，較好的吸附性、阻隔性、阻燃性及熱穩(wěn)定性等。但蒙脫土具有親水疏油性和極易發(fā)生團(tuán)聚行為，為提升蒙脫土與高聚物基體的相容性，常對(duì)其有機(jī)化改性處理。蒙脫土基本結(jié)構(gòu)單元是由一片鋁氧八面體夾在兩片硅氧四面體之間，靠共用氧原子而形成的層狀結(jié)構(gòu)，層間常吸附有na+、k+、mg2+和ca2+等水合陽(yáng)離子。十六烷基三甲基溴化銨在水中電離生成的陽(yáng)離子可與蒙脫土層間的陽(yáng)離子發(fā)生離子交換，從而使十六烷基三甲基溴化銨插層進(jìn)入蒙脫土層間。

19、聚苯乙烯的阻燃機(jī)理總體來(lái)說(shuō)以凝聚相阻燃為主。本發(fā)明提供的聚苯乙烯板遇熱后，十六烷基三甲基溴化銨首先發(fā)生熱分解，一方面，分解產(chǎn)物烯烴與空氣中的氧反應(yīng)生成水或不燃性氣體，吸收大量熱量；另一方面，改性劑熱分解后的蒙脫土表面上產(chǎn)生強(qiáng)酸性催化反應(yīng)點(diǎn)，增加成炭前軀體結(jié)構(gòu)，可促進(jìn)聚苯乙烯成炭，同時(shí)有機(jī)改性蒙脫土與雙子季銨鹽改性硅藻土協(xié)同，使得炭層致密度提升，從而提高了聚苯乙烯的阻燃性能。

20、本技術(shù)中十六烷基三甲基溴化銨改性蒙脫土的制備方法為：在400g水中加入15g蒙脫土，在70℃~80℃溫度下攪拌4h~5h，加入8g十六烷基三甲基溴化銨，繼續(xù)恒溫?cái)嚢?.5h，自然冷卻后取出，離心分離，用60%的乙醇溶液洗滌，至上清液為中性，真空干燥，研磨，過(guò)300目篩，即得十六烷基三甲基溴化銨改性蒙脫土。

21、氣凝膠是指連續(xù)的納米粒子或聚合物分子相互聚集，構(gòu)成的納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并在納米多孔中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)的固態(tài)材料。二氧化硅氣凝膠是由sio2粒子構(gòu)成的，具有三維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)多孔非金屬材料，具有較低的密度，大于90%的孔隙率，超高的比表面積，甚至比空氣更低的熱導(dǎo)率，因此在保溫隔熱、環(huán)境凈化以及生命醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛?的應(yīng)用。但是二氧化硅氣凝膠存在機(jī)械強(qiáng)度低的不足，故在對(duì)于有特定抗壓強(qiáng)度需求的材料領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。

22、本發(fā)明選擇的二氧化硅氣凝膠為微米級(jí)，sio2含量（干基）≥99%，平均粒徑為5.0~15.0μm，ph（5%水懸浮液）為6.0~7.0。

23、本發(fā)明選擇的納米纖維素的纖維直徑為3~5nm；纖維長(zhǎng)度為500~1000nm；ph為7~8。

24、優(yōu)選地，所述熱固性樹(shù)脂由酚醛樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂按照質(zhì)量比為6:1~4:1復(fù)配而成。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明實(shí)施例中的僅以個(gè)別樹(shù)脂為例進(jìn)行說(shuō)明，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)，也可應(yīng)用其他類型或型號(hào)的樹(shù)脂產(chǎn)品。

25、優(yōu)選地，所述固化劑包括磷酸、硫酸、鄰苯二甲酸酐或馬來(lái)酸酐中的至少一種。

26、優(yōu)選地，上述具有阻燃性能的聚苯乙烯板的耐火等級(jí)為a級(jí)。

27、第二方面，本發(fā)明提供了上述具有阻燃性能的聚苯乙烯板的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

28、步驟一、將可發(fā)性聚苯乙烯預(yù)發(fā)，得到預(yù)發(fā)顆粒料；

29、步驟二、將所述熱固性樹(shù)脂和固化劑加入到預(yù)發(fā)顆粒料混合均勻后，依次加入所述有機(jī)改性蒙脫土和涂覆料，得到表面包覆改性蒙脫土和涂覆料的預(yù)發(fā)顆粒料，模壓成型，得所述具有阻燃性能的聚苯乙烯板。

30、本發(fā)明提供的制備方法具有制備工藝簡(jiǎn)單，在常規(guī)制備設(shè)備基礎(chǔ)上無(wú)需添加昂貴設(shè)備，具有原料易得、操作安全、易于推廣應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。

31、第三方面，本發(fā)明還提供了上述具有阻燃性能的聚苯乙烯板在建筑墻體中的應(yīng)用。

32、鑒于本發(fā)明提供的具有阻燃性能的聚苯乙烯板具有優(yōu)越的阻燃性能，可廣泛應(yīng)用于建筑墻體方向。