消阻聚与同步阻燃的石墨发泡聚苯乙烯材料的合成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及节能保温材料技术领域，具体涉及一种消阻聚与同步阻燃的石墨发泡 聚苯乙烯材料的合成方法。
【背景技术】
[0002] 随着国家大力推行"节能减排，低碳经济"政策，同时国家住房和城乡建设部发布 《建筑设计防火规范》国家标准的公告，对建筑外墙保温材料的阻燃性能提出了更高的要 求。建筑保温领域既要深化绿色建筑行动，推进建筑节能降碳，同时又要符合建筑设计防火 规范的阻燃性能。作为建筑保温材料的发泡聚苯乙烯（EPS)也面临着需要进一步提高保温 性能和阻燃性能的双重要求。片状石墨像一面镜子，具有"镜面效应"，能够反射红外线辐 射，降低热传导，因此，石墨被用作低导热系数填充物引入到EPS泡沫体系中，得到一种具 有优异隔热性的石墨EPS保温材料。
[0003] 目前，石墨EPS复合粒子的方法有以下两种方法制备。第一种方法是共混造粒法， 利用共混工艺将聚苯乙烯颗粒料与石墨粉体加热熔融，经共混、挤出造粒、发泡剂浸渍、发 泡成型等工序制备石墨EPS。该方法中，石墨粉体与聚苯乙烯的界面相容性较差，难以在聚 苯乙烯基体中均匀分散，此外，高温熔融会使得聚苯乙烯和添加的助剂分解，大大降低了聚 合物的各种性能，此外该工艺经挤出造粒得到石墨聚苯乙烯，还需经过浸渍在发泡剂中才 能得到石墨EPS，且后浸渍工艺得到的石墨EPS中发泡剂分布不均匀，对后续的发泡泡孔的 大小也有影响，整体上该工艺复杂、生产成本高，难以广泛应用。第二种方法是直接聚合法， 将石墨粉体分散到苯乙烯单体中，再加入引发剂、去离子水、分散剂和发泡剂，利用悬浮聚 合工艺制备石墨EPS粒子。一方面该工艺中石墨直接分散在苯乙稀单体中，石墨的表面极 性使其在苯乙烯单体中分散性变差，使石墨在石墨EPS基体中团聚，不能均匀分散，影响其 保温性能和力学性能。另一方面，石墨是典型的自由基捕获剂，在苯乙烯单体中存在严重的 阻聚效应，使得石墨EPS聚合反应时间大大延长，产品性能降低，同时增加了工业化大生产 工艺控制的难度和生成成本，不利于石墨EPS的工业化应用推广。目前，还没有消除石墨在 苯乙烯单体聚合中的阻聚效应的技术方法。
【发明内容】
[0004] 为解决现有技术的不足，本发明提供了一种消阻聚与同步阻燃的石墨发泡聚苯乙 烯材料的合成方法，石墨表面经纳米氢氧化镁包覆及疏水改性后，大大改善了石墨在苯乙 烯单体中的相容性与分散稳定性，消除了石墨在苯乙烯单体聚合中的阻聚效应，同时提高 了石墨发泡聚苯乙烯材料的阻燃性能，石墨的引入可以降低石墨发泡聚苯乙烯材料的导热 系数，改善其保温效果，实现了改善分散相容性、消除阻聚效应、提高保温性能和阻燃性能 四位一体的功效。
[0005] -种消阻聚与同步阻燃的石墨发泡聚苯乙烯材料的合成方法，包括以下步骤：
[0006] 1)消阻聚与同步阻燃化石墨的制备及原位改性
[0007] 在反应釜中加入0. 25~2.Omol/L的镁盐水溶液50~400mL，再加入0. 1~10.Og 分散剂聚乙烯吡咯烷酮，搅拌溶解后，加入2. 0~100. 0g的原料石墨，激烈搅拌5~20min 使石墨均勾分散，调节搅拌转速为150~400转/分，滴加0. 5~4.Omol/L的沉淀剂50~ 400mL使镁离子沉淀完全，升温至80~87°C，继续搅拌反应1. 0~1. 5h，加入功能性疏水改 性剂0. 5~2. 5mL，继续搅拌反应1. 0~2. 0h，停止加热，搅拌冷却后，真空抽滤、洗涤、干燥 制得亲油性的氢氧化镁包覆的石墨复合粉体。
[0008] 具体的，该步骤中：
[0009] 所述的聚乙烯吡咯烷酮分散剂型号为K30、K60或K90中的任意一种；
[0010] 所述的原料石墨为片状结构，粒径大小为0·lum~50um;所述的镁盐为氯化镁或 硫酸镁中的任意一种；
[0011] 所述的沉淀剂为氨水或氢氧化钠水溶液中的任意一种；
[0012] 所述的功能性疏水改性剂为具有反应型双键的十八烯酸、具有阻燃功能的聚乙二 醇磷酸酯或聚丙二醇磷酸酯中的任意一种；
[0013] 所述的亲油性氢氧化镁包覆的石墨复合粉体为纳米片状氢氧化镁包覆的石墨。
[0014] 2)石墨发泡聚苯乙烯材料的合成
[0015] 2a)水相：依次向高压反应釜中加入去离子水350~500mL、质量分数为0.1~ 0. 5%的表面活性剂的水溶液4~20mL、由无机分散剂1. 0~5. 0g和质量分数为8. 0~ 16. 0%的有机分散剂水溶液15~35mL组成的二元无机-有机复配分散剂，机械搅拌转速 为160~360转/分，预分散10~15min。
[0016] 2b)油相：称取包含中温引发剂1. 0~3. 0g和高温引发剂0. 5~1. 5g的复合引 发剂体系及阻燃剂3. 0~9. 0g，预先溶解在175~300g苯乙烯单体中，然后将步骤1)得 到的亲油性的氢氧化镁包覆的石墨复合粉体0. 5~8. 0g加入上述苯乙稀单体中，激烈搅拌 分散均匀后，将油相转移到2a)所述的水相中，通N2排空釜中空气，调节搅拌转速为160~ 360转/分，在机械搅拌、所述表面活性剂和二元无机-有机复配分散剂保护下，使油相小液 滴稳定悬浮在水相中，以〇. 5~1°C/min的升温速率升温至85. 0~90. 0°C，补加所述无机 分散剂1.〇~4.0g，反应1.5~2. 5h后，聚合反应进入爆聚危险期，再次补加所述无机分散 剂1. 0~4. 0g和所述的质量分数为0. 1~0. 5 %的表面活性剂水溶液1. 0~5.OmL，抑制 聚合粒子发生聚并，有效保护聚合反应平稳进行，继续反应3. 0~4.Oh。
[0017] 2c)填充发泡剂：向所述反应釜中加入12~24g戊烷发泡剂，以0. 2~1. 0°C/min 的升温速率升温至115~124°C，继续反应4. 5~5. 5h，戊烷均匀填充到聚苯乙烯粒子中， 石墨可发泡聚苯乙烯复合粒子完全硬化，停止反应，得到石墨可发泡聚苯乙烯复合粒子。
[0018] 2d)洗涤：冷却后出料，将合成的石墨可发泡聚苯乙烯复合粒子用5~11 %的盐酸 水溶液和水洗涤，除去吸附的无机悬浮剂。
[0019] 2e)发泡成型：石墨可发泡聚苯乙烯复合粒子经水蒸气发泡得到石墨发泡聚苯乙 稀复合粒子，经成型工艺得到石墨发泡聚苯乙稀材料。
[0020] 具体的，该步骤中：
[0021] 所述的二元无机-有机复配分散剂中，无机分散剂为活性磷酸钙、高岭土、滑石 粉、硫酸钡或碳酸镁中的任意一种；有机分散剂为聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤 维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酸钠或明胶中的任意一种；
[0022] 所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、阴离子表面活性剂 十二烷基硫酸钠、非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚、非离子表面活性剂吐温或非离子 表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚中的任意一种；
[0023] 所述的中温引发剂为偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰中；
[0024] 所述的高温引发剂为过氧化二异丙苯或过氧化苯甲酸叔丁酯；
[0025] 所述的阻燃剂为六溴环十二烷或十溴二苯醚中的任意一种或两者复合。
[0026] 本发明采用原位共沉淀工艺合成氢氧化镁包