本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种聚苯乙烯泡沫保温材料及其制备方法。
背景技术：
外墙外保温系统由保温层、保护层和固定材料(胶粘剂、锚固件等)构成并且适用于安装在外墙表面的非承重保温构造总称。外墙外保温可以减轻冷桥的影响，同时保护主体墙材不受多大的温度变性应力，在建筑节能方面做出了巨大的贡献，是目前我国建筑墙体节能中应用最为广泛的节能技术措施，也是目前国家大力倡导的保温做法。
目前，应用于我国的外墙外保温系统主要有以下几种形式：膨胀聚苯乙烯板(EPS)薄抹灰墙外保温系统、大模内置(有网、无网)外墙外保温系统、胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统、聚氨酯(喷涂、板材)外墙外保温系统、挤塑板(XPS)外墙外保温系统等。其中EPS板以价格低廉、施工简单等优点占据保温市场的很大份额。
PS泡沫塑料属易燃材料，其极限氧指数仅为10％，遇火后分解产生苯乙烯单体、苯乙烯二聚体及碳氢化合物(如苯、低烷基苯和少量含氧芳香化合物等)，具有较好的热值。PS泡沫塑料燃烧时易产生带明火的熔融滴落，能够引燃其他易燃物，即便移走火源仍能持续燃烧，因此在堆放及建筑施工过程中易发生火灾。
由于近年来多起建筑保温火灾事件的发生，引起了各界对保温防火的思考，保温材料的防火性能引起了业内各界的高度重视。随着国家对外墙保温系统阻燃性的要求越来越高，市面上也随之出现了“B1级EPS板”。但是这种EPS板仅仅是将阻燃剂和聚苯颗粒相熔融后再制成颗粒发泡模塑成型，极大降低了EPS板的强度和吸水率等性能，同时其导热系数高达0.040w/m.k，不利于EPS板的应用。
技术实现要素：
本发明提出一种聚苯乙烯泡沫保温材料，该保温材料具有较高的阻燃性能，较低的导热系数，且具有较高的强度和尺寸稳定性。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种聚苯乙烯泡沫保温材料，按照重量份数计算，包括聚苯乙烯90～120份、纳米二氧化钛5～10份、纳米氢氧化铝5～10份、聚异氰脲酸酯20～30份与发泡剂8～16份。
进一步，所述聚苯乙烯与纳米二氧化钛以及纳米氢氧化铝在140℃～160℃搅拌混合均匀反应10～30min，然后再与聚异氰脲酸酯进行混合，将聚异氰脲酸酯包裹在聚苯乙烯表面。
进一步，所述发泡剂为四氟乙烷、环戊烷和二氧化碳的混合物。利用四氟乙烷(导热系数为0.0145W/(m·K))与环戊烷(导热系数为0.012W/(m·K))低导热系数特性，降低聚苯乙烯发泡制品气孔内残留气体的平均导热系数，降低聚苯乙烯保温材料的导热系数。
进一步，所述聚异氰脲酸酯由异氰酸酯和组合聚醚反应得到。
进一步，所述异氰酸酯在25℃的粘度为100mpa.s～1000mpa.s；所述组合聚醚在25℃的粘度为1000mpa.s～3000mpa.s。
本发明的另一个目的是提供一种聚苯乙烯泡沫保温材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照配比，称取聚苯乙烯、纳米二氧化钛、纳米氢氧化铝、聚异氰脲酸酯与发泡剂，先将聚苯乙烯与纳米二氧化钛以及纳米氢氧化铝在140℃～160℃搅拌混合均匀反应10～30min，然后再与聚异氰脲酸酯进行混合，将聚异氰脲酸酯包裹在聚苯乙烯表面；
2)将步骤1)得到的包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯与发泡剂混合进行膨胀发泡，即可。
进一步，所述步骤2)中膨胀发泡的压力为0.6MPa～1.2MPa，膨胀发泡的温度为120℃～130℃。
进一步，所述步骤2)中将所述包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯进行发泡后还包括：将得到的发泡后的聚苯乙烯冷却至80℃～95℃，再进行抽真空至70℃～85℃，得到聚苯乙烯保温材料。
本发明为了适应不同的建筑需要，制备不同形状的保温材料，优选将得到的包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯置于模具中进行膨胀发泡，本发明对所述模具没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的模具即可。本领域技术人员可以根据需要，选择适合形状的模具。
本发明在完成所述膨胀发泡后，优选将得到的膨胀发泡材料冷却至80℃～95℃，再进行抽真空至70℃～85℃，更优选为75℃～80℃，得到改性聚苯乙烯保温材料。本发明优选将得到的膨胀发泡材料经水冷却，所述冷却的温度更优选为85℃～90℃。本发明对所述抽真空的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的对聚苯乙烯板材抽真空的技术方案即可。
完成对膨胀发泡材料的抽真空后，本发明优选将材料从模具中脱模，然后进行切割，得到改性聚苯乙烯保温材料。本领域技术人员可根据需要的聚苯乙烯板材的大小将得到的脱模后的材料进行切割，本发明对此没有特殊的限制。
本发明的有益效果：
本发明的聚苯乙烯泡沫保温材料通过纳米二氧化钛以及纳米氢氧化铝对聚苯乙烯先热处理，然后再与聚异氰脲酸酯混合(此步骤无需将聚苯乙烯先进行预发泡)。通纳米粒子的作用，一方面提高了聚苯乙烯泡沫保温材料抗拉强度，另一方面提高了该材料的阻燃性能(无需额外添加其他阻燃剂)。聚异氰脲酸酯具有较高的阻燃性能，提高了改性聚苯乙烯保温材料的防火性能，降低了改性聚苯乙烯保温材料的导热系数，提高了材料的保温性能；聚异氰脲酸酯还增加了聚苯乙烯颗粒间的粘结力，提高了得到的改性聚苯乙烯保温材料的强度。
本发明提供的改性聚苯乙烯保温材料达到B1级防火等级与A级防火等级之间，导热系数0.015～0.022w/m.k垂直于板面方向的抗拉强度可达0.19～0.23MPa。
具体实施方式
实施例1
一种聚苯乙烯泡沫保温材料，按照重量份数计算，包括聚苯乙烯90份、纳米二氧化钛5份、纳米氢氧化铝5份、聚异氰脲酸酯30份与四氟乙烷8份。
制备方法，包括以下步骤：
1)按照配比，称取聚苯乙烯90份、纳米二氧化钛5份、纳米氢氧化铝5份、聚异氰脲酸酯30份与四氟乙烷8份，先将聚苯乙烯与纳米二氧化钛以及纳米氢氧化铝在140℃搅拌混合均匀反应30min，然后再与聚异氰脲酸酯进行混合，将聚异氰脲酸酯包裹在聚苯乙烯表面；
2)将步骤1)得到的包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯与发泡剂加入压力为0.6MPa、温度为120℃的模具中进行膨胀发泡，然后经水冷却至90℃，再抽真空至温度80℃，脱模然后切割，得聚苯乙烯泡沫保温材料。
按照标准号为GB/T25997-2010的国家标准《绝热用聚异氰脲酸酯制品》中记载的方法对得到的EPS板材的垂直于板面方向的抗拉强度、导热系数和尺寸稳定性进行了检测，结果见表1。
实施例2
一种聚苯乙烯泡沫保温材料，按照重量份数计算，包括聚苯乙烯100份、纳米二氧化钛8份、纳米氢氧化铝7份、聚异氰脲酸酯25份与发泡剂12份。其中，发泡剂为四氟乙烷、环戊烷和二氧化碳的混合物。
制备方法，包括以下步骤：
1)按照配比，称取聚苯乙烯100份、纳米二氧化钛8份、纳米氢氧化铝7份、聚异氰脲酸酯25份与发泡剂12份，先将聚苯乙烯与纳米二氧化钛以及纳米氢氧化铝在150℃搅拌混合均匀反应20min，然后再与聚异氰脲酸酯进行混合，将聚异氰脲酸酯包裹在聚苯乙烯表面；
2)将步骤1)得到的包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯与发泡剂加入压力为0.8MPa、温度为124℃的模具中进行膨胀发泡，然后经水冷却至80℃，再抽真空至温度70℃，脱模然后切割，得聚苯乙烯泡沫保温材料。
按照标准号为GB/T25997-2010的国家标准《绝热用聚异氰脲酸酯制品》中记载的方法对得到的EPS板材的垂直于板面方向的抗拉强度、导热系数和尺寸稳定性进行了检测，结果见表1。
实施例3
一种聚苯乙烯泡沫保温材料，按照重量份数计算，包括聚苯乙烯120份、纳米二氧化钛10份、纳米氢氧化铝10份、聚异氰脲酸酯20份与环戊烷16份。
制备方法，包括以下步骤：
1)按照配比，称取聚苯乙烯120份、纳米二氧化钛10份、纳米氢氧化铝10份、聚异氰脲酸酯20份与环戊烷16份，先将聚苯乙烯与纳米二氧化钛以及纳米氢氧化铝在160℃搅拌混合均匀反应10min，然后再与聚异氰脲酸酯进行混合，将聚异氰脲酸酯包裹在聚苯乙烯表面；
2)将步骤1)得到的包裹有聚异氰脲酸酯的聚苯乙烯与发泡剂加入压力为1.2MPa、温度为130℃的模具中进行膨胀发泡，然后经水冷却至95℃，再抽真空至温度85℃，脱模然后切割，得聚苯乙烯泡沫保温材料。
按照标准号为GB/T25997-2010的国家标准《绝热用聚异氰脲酸酯制品》中记载的方法对得到的EPS板材的垂直于板面方向的抗拉强度、导热系数和尺寸稳定性进行了检测，结果见表1。
表1本发明实施例1～3的性能测试结果
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。