一种防火性能优异的建筑保温材料的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种建筑材料，尤其涉及一种建筑用保温材料。
【背景技术】
[0002] 在本领域中，应用广泛的保温材料为可发性聚苯乙烯。聚苯乙烯，分子式为C8H8，主 要用于发泡成型，用作保温、隔热、防震和包装材料。聚苯乙烯发泡成型为圆球形颗粒，为泡 沫，该泡沫重量轻，隔热性能好，添加到水泥材料中与水泥混匀，晒干可制备建筑轻质材料， 具有保温，防火，防水等性能。但由于聚苯乙烯具有易燃、发烟量大、滴落物多、燃烧后呈无 定形粘性液体等特点，燃烧等级不高，不符合现在墙体材料防火等级较高的要求。另外，在 早期的聚苯乙烯与水泥混合制备的保温墙体中，还存在混合不均匀，或长时间墙体中水分 流失导致的剥离现象等，限制了聚苯乙烯在保温板中的推广应用。
[0003] 为了更好的使用聚苯乙烯制造保温板，发挥其保温性能好的优点，人们研发了将 各种无机或有机材料与聚苯乙烯混合后制成的复合保温材料。初期，为了提高聚苯乙烯保 温板的阻燃性能，人们向可发性聚苯乙烯中添加有机阻燃剂起到阻燃效果。有机阻燃剂包 括含卤阻燃剂，例如六溴环十二烷、十溴二苯乙烷、十溴二苯醚等，但由于含卤阻燃剂燃烧 时会产生大量烟雾，达不到环保要求，不适于其大面积使用。
[0004] 后来，人们在以膨胀石墨作为阻燃剂，将其与聚苯乙烯混合后制得发泡性聚苯乙 烯颗粒，模压成型后提高阻燃性、保温性和强度。其中可膨胀石墨作为阻燃剂涂布在聚苯乙 烯发泡颗粒的表面，不含有机阻燃剂，该方法对提高聚苯乙烯的阻燃性有较好的作用，但其 缺点是，由于可膨胀石墨的阻燃原理是在遇火时产生膨胀，从而碳化阻燃，但是膨胀石墨在 膨胀碳化过程中会将涂布层的骨架破坏掉，会产生粉化现象;其次，膨胀时会产生微尘、微 粒和掉渣现象，甚至还产生火星，不符合国家相关安全规定，存在安全隐患。
[0005] 除对研究与聚苯乙烯混合的复合材料中所包含的组分外，人们也研究在复合材料 的表面涂覆一层特殊的涂料，从而进一步增强其阻燃性能。在一种聚苯乙烯泡沫复合隔热 保温材料中，采用酚醛树脂以及可膨胀石墨、胶囊红磷、纳米氢氧化铝做为涂料，将此涂料 涂敷在可发性聚苯乙烯颗粒表面后模压成型。但是，由于红磷在燃烧时会生成五氧化二磷， 而五氧化二磷进一步吸收空气中的水份会变为磷酸，对基体建材产生腐蚀;另外，制备时需 将酚醛树脂与其它混合材料在高速混合机中搅拌均匀后作为涂料涂覆于聚苯乙烯发泡颗 粒，由于酚醛树脂的固化特性，在实际生产中，配制时间稍长后，涂料容易固化成块，无法继 续使用，导致损耗太大，提高了生产成本。
[0006] 随着技术发展，人们研发了另一种聚苯乙烯泡沫复合隔热保温材料中，采用酚醛 或呋喃树脂做为连续相复合可发性聚苯乙烯的方法，结合了酚醛或呋喃树脂良好的阻燃性 能和聚苯乙烯良好的的保温性能，是一种较好的解决方案，但在实际应用中也存在缺陷，由 于聚苯乙烯的结合度不够，导致其强度降低；由于阻燃，苯酚等游离单体，在生产中毒性大、 有机挥发物多，对环境带来污染，影响工作人员的健康。在一种同类型的有机发泡聚苯乙烯 保温材料中，其中以乙酸乙烯酯树脂做为功能表层，再复合添加阻燃剂制成阻燃型聚苯乙 烯。该材料的缺点是聚乙酸乙烯酯必须采用甲醇溶解成溶液，并且由于聚苯乙烯颗粒易粘 连，必须在搅拌时喷洒乙二醇剥离剂才能使聚苯乙烯成为独立的颗粒；同时，由于聚乙酸乙 烯酯不具有在加热或添加固化剂时即可固化的性能，因而阻燃剂的添加量有限，且产品在 模塑成型时会产生劣化，无法结合或者固化成型;此外，生产时使用有毒、易燃的甲醇、乙二 醇易挥发，对工作人员的健康和环境也有不利影响。
[0007]针对现有技术的不足，本领域技术人员希望能研发阻燃性能好、环保安全、成本低 的聚苯乙烯复合保温材料及其制备方法。
【发明内容】
[0008] 本发明公开了一种防火性能优异的建筑保温材料及其制造方法，该材料相比现有 技术具有更好的阻燃性能和低烟密度，无毒无污染，具有更高的防火等级，符合环保要求。
[0009] 本发明的阻燃保温板包括石墨烯、氧化锆、氧化铝和聚苯乙烯的混合料，石墨烯-氧化锆-氧化铝的总重量与聚苯乙烯的质量比优选为1:6~1:8。
[0010]进一步，还包括酚醛树脂和固化剂;混合料与酚醛树脂的质量比为25:1~28:1;酚 醛树脂与固化剂的质量比为3:1~4:1;其中，固化剂为水、硫酸和磷酸的混合物。
[0011] 进一步，还包括表面涂料;所述涂料包括氢氧化铝、氧化锆、石墨粉、红土、矿粉、陶 瓷粉。上述涂料中各组分的重量份数为:氢氧化铝20、氧化锆40、石墨粉5、红土20、矿粉5、陶 瓷粉10。
[0012] 本发明的阻燃保温板的制造方法，包括以下步骤：
[0013] -、制备石墨烯，包括如下步骤：
[0014]( - )制备膨胀石墨。其中，首先将氧化石墨置于坩埚中，然后将马弗炉加热至一定 温度，将坩埚放入马弗炉后保温一定时间后，将坩埚取出，制得膨胀石墨。其中，加热马弗炉 的加热速率优选为10~15°C/min，优选将马弗炉加热至1000~1100°C，坩埚在马弗炉中的 保温时间优选为3~5min。
[0015](二)将膨胀石墨分散于水中，加入聚苯乙烯小球水分散液后超声，制得膨胀石墨-聚苯乙烯复合分散液;其中，膨胀石墨与水的质量比为1:1~1:2,膨胀石墨与聚苯乙烯小球 水分散液的质量比为80:1~60:1，超声时间优选2h~3h;
[0016](三)将膨胀石墨-聚苯乙烯复合分散液抽滤到泡沫镍上，干燥后将负载有膨胀石 墨-聚苯乙烯的泡沫镍置于水合肼与氨水的混合溶液中，反应后取石墨烯-聚苯乙烯基底材 料;其中，抽滤的速率优选为3~4L/s，干燥温度优选50~60°C，干燥时间优选10~13h，水合 肼与氨水体积比为1:5~1:10，反应温度优选在80~85°C;
[0017](四）将石墨烯-聚苯乙烯基底材料在真空管式炉中升温至600~650°C，保温2~3h后取出，其中，升温速率优选为3~4°C/min，得到石墨烯。
[0018] 二、制备石墨烯-氧化锆-氧化铝复合材料；
[0019]( - )将步骤一中得到的石墨烯与铝酸氨混合，球磨为石墨烯-铝酸氨复合材料;其 中，石墨烯与铝酸氨的质量比优选为1:1-3 :1;采用球磨机对复合材料球磨，球磨的转速优 选为 200-280rpm;
[0020] (二)将上述石墨烯-铝酸氨复合材料加热至800-950°C，在氮气保护下保温、降温， 得到石墨烯-氧化铝复合物;其中，可以在管式炉中进行加热、保温和降温，加热的升温速率 为5-10°C/min，保温时间为2-4h，然后降至室温，采用自然降温的方式。
[0021] (三)将石墨烯-氧化铝复合物与纳米氧化锆混合，球磨得到石墨烯-氧化锆-氧化 铝复合材料;其中，石墨烯-氧化铝复合物与纳米氧化锆的质量比优选为3:1-4:1;球磨机的 球磨转速优选为300_350rpm。
[0022] 三、制备阻燃保温混合料；
[0023](一)将石墨烯-氧化锆-氧化铝复合材料制成溶液后与聚苯乙烯混合;其中，在石 墨烯-氧化锆-氧化铝水溶液中，石墨烯-氧化锆-氧化铝与水的质量比为1:20~1: 25;石墨 烯-氧化锆-氧化铝与聚苯乙烯的质量比优选为1:6~1:8;
[0024](二)在上述混合溶液中加入酚醛树脂和固化剂，固化剂为水、硫酸和磷酸的混合 物;混合溶液中混合料与酚醛树脂的质量比为25:1~28:1;酚醛树脂与固化剂的质量比为 3:1~4:1。在该比率范围外制得的阻燃保温板的板材的机械强度不佳。其中硫酸的质量百 分含量为97 %，磷酸的质量百分含量为38 % ;水与硫酸的质量比为2:1~3:1;水与磷酸的质 量比为1.5:1~2:1;得到阻燃保温混合料。
[0025]四、制备阻燃保温板；
[0026]( -）在第一双螺杆挤出机中得到熔融混合料;将混合料加入第一双螺杆挤出机 中，得到熔融的混合料。其中，第一双螺杆挤出机内的工作区域分为七个区段:第一至第三 区段为升温融化区，第四至第五区段为熔融加压混炼区，第六至第七区段为高压高温混炼 区。其中，第一区段温度120°C;第二区段150°C;第三区段170°C，压力3Mpa;第四区段温度 190°C，压力8MPa;第五区段温度210°C，压力1IMpa;第六区段温度220°C，压力18MPa、第七区 段温度200°C，压力22Mpa。
[0027](二)在第一螺杆挤出机的第七区段末端，在熔融的混合料中加入超临界二氧化碳 流体;超临界二氧化碳流体与混合料的质量比约为80:1~90:1，加注压力24MPa。
[0028] (三)将熔融的混合料进行部分混炼;第一双螺杆挤出机出口与第二螺杆挤出机第 九区段之间设置有均化隔栅和释放管。部分混合料通过第二螺杆挤出机的第八区段与第九 区段之间的挤压通道进入第八区段的前端，后通过第八区段的螺杆挤压进入第九区段;部 分混合料通过均化隔栅和释放管进入第二螺杆挤出机的第九区段，经螺杆挤压前进;从而 实现部分混炼。其中，进入第八区段和第九区段的熔融混合料的质量比为1:1。
[0029] (四）通过第二螺杆机挤出机得到混合料颗粒;第二螺杆挤出机分为五个区段，分 别是第八区段至第十二区段。第八区段至第十区段为降温减压区；第十一区段为动态混炼 区，第十二区段为静态混炼区。其中，第八区段温度150°c，压力16MPa，第九区段温度70°C， 压力20MPa，第十区段温度50°C，压力15MPa;第十一区段温度40°C，压力13MPa;第十二区段 温度80°C，压力lOMpa。在第十二区段末端安装挤出模头，模头区域的温度90°C，压力8Mpa。
[0030] (五)用混合物颗粒制成阻燃保温板。
[0031]