本发明属于阻燃材料制备领域，具体涉及一种阻燃板材、制备方法及使用的溶液。
背景技术：
现有的酚醛改性聚苯板可以做到离火自熄燃烧后存在骨架，但是剩下的碳骨架只是起到阻燃的作用并没有形成有效的物理强度；而且由于酚醛树脂粘接的聚苯乙烯颗粒比单纯的聚苯乙烯颗粒通过熔融粘接相比单纯的的通过酚醛之间的粘接会表现出吸水性高，耐水性差的缺点。
CN103755994A公开了一种A级防火改性聚苯乙烯保温板及其制备方法，所述聚苯乙烯保温板本体的外表面包裹有防火涂料，所述聚苯乙烯保温板本体内部的聚苯乙烯颗粒的外表面渗透包裹有防火涂料，所述防火聚苯乙烯保温板的阻燃等级为A级，表观密度为35～45kg/m3，导热系数≤0.045W/m·k，抗压强度≥0.30MPa，压缩强度≥250kPa，体积吸水率≤1.0％，尺寸稳定性≤1.2。
现有技术加入大量的粉料和纤维使原有板材的表观变差，加入的粉料和纤维势必使板材的吸水率升高，大量的阻燃剂进入板材内部使板材整体的无机料含量增大导致导热系数的提高。
本领域需要开发一种阻燃板材，具有较低的吸水率，良好的阻燃型，且在燃烧时能够使板材表面固化和硬化，对板材起到支撑作用。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种阻燃板材，所述阻燃板材包括基板和涂覆于所述基板表面的水玻璃膜层；
所述基板包括聚合物板材，但不包括界面呈酸性的聚合物板材。
本发明选用水玻璃作为阻燃涂层，涂覆在聚合物板材表面，由于水玻璃呈碱性，因此，聚合物板材的界面必须不可以呈酸性，否则酸碱反应造成对板材表面的腐蚀。
选用水玻璃作为阻燃涂层，能够形成致密的阻燃层，降低板材的吸水率，且在燃烧时，致密的阻燃层硬化，使板材的骨架不会坍塌。
优选地，所述聚合物板材包括聚氨酯板、聚苯板、岩棉板中的任意1种或至少2种的组合；优选酚醛改性的聚苯板。
优选地，所述水玻璃膜层的接触角为120～140°，例如121℃、122℃、123℃、124℃、125℃、126℃、127℃、128℃、129℃等。
特定接触角范围的水玻璃膜层具有良好的致密性、疏水性，涂覆于板材后更加能够保证板材的阻燃性能，提高板材的阻水性。
优选地，所述水玻璃膜层的厚度为0.5～2mm，例如0.6mm、0.7mm、0.8mm、1.1mm、1.3mm、1.5mm、1.7mm、1.9mm、等，优选0.9～1.2mm，最优选1mm。
合适的水玻璃膜层厚度能够保证膜层的致密性，并且能够使水玻璃膜层有合适的量渗透至聚合物板材中，实现板材的阻燃效果，且能够使水玻璃膜层牢固的与板材结合，不易脱落。
本发明所述水玻璃膜层可以通过直接涂覆水玻璃之后晾干得到，通过直接涂覆水玻璃形成的涂层能够起到一定的阻燃作用，但由于其与板材的结合性有所欠缺，需要对其进行进一步的改进。
优选地，所述水玻璃膜层通过如下溶液形成，所述溶液按重量份数包括如下组分：
水玻璃 50～85
表面活性剂 0.8～1.4
分散剂 0.3～0.5
液体阻燃剂 5～12
多元醇 0.4～0.8；
水 至所述水玻璃膜层的溶液的粘度为100～140cp，例如105cp、108cp、110cp、113cp、115cp、118cp、123cp、126cp、130cp、135cp等。
本领域技术人员应该明了，水的添加量能够在一定范围内调节溶液的粘度，但是本发明所述水的添加量需要依靠所述溶液中的其余组分的配合，才能够达到所需要的粘度与水玻璃含量的要求。
优选地，所述水玻璃由低模水玻璃和高模水玻璃按照0.85～2.5:1的比例混合。
本发明通过选择特定模数和特定比例的水玻璃，能够获得粘度适中的溶液，粘度太高，涂膜的膜厚大，但是水玻璃不容易渗透至板材中；粘度太低，水玻璃容易渗透至板材中，但涂膜厚度太薄。合适的溶液组成能够实现增加膜的致密度、憎水性强、燃烧后骨架强度高的目的。
优选地，所述溶液中含有30～50重量份的低模水玻璃和20～35重量份的高模水玻璃。
优选地，所述表面活性剂包括阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的任意1种或至少2种的组合，优选包括硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、卵磷脂、脂肪酸甘油酯、失水山梨醇脂肪酸酯、聚山梨酯中的任意1种或至少2种的组合，进一步优选十二烷基苯磺酸钠。
表面活性剂的作用是通过在气液两相界面吸附降低水玻璃的表面张力使水玻璃和板材界面有更好的润湿性降低润湿角。
优选地，所述分散剂包括乙撑基双硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯、油酸酰硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的任意1种或至少2种的组合，进一步优选硬脂酸钙。
分散剂的作用是分散那些难于溶解于水玻璃的无机、有机液体阻燃剂，同时也能防止颗粒的沉降和凝聚。
优选地，所述液体阻燃剂包括可溶性阻燃剂的水溶液。
阻燃剂的作用是提高产品的阻燃性。
优选地，所述可溶性阻燃剂包括磷酸二氢铵、磷酸氢二胺、硼酸钠、偏硼酸钠中的任意1种或至少2种的组合，优选硼酸钠；
优选地，所述多元醇包括丁四醇、戊五醇、己六醇中的任意1种或至少2种的组合，优选丁四醇。
多元醇作用是吸附在硅胶颗粒表面上阻止后者体积增大胶粒越细单位体积内粘结点越多粘接越好越致密憎水性越好。
优选地，所述形成水玻璃膜层的溶液中还包含改性剂。
优选地，所述形成水玻璃膜层的溶液中，改性剂的添加量为1～50重量份。
优选地，所述改性剂包括无定型二氧化硅，优选ZrSiO4热分解法制备的无定形二氧化硅。
本发明目的之二是提供一种用于形成目的之一所述水玻璃膜层的溶液，所述溶液按重量份数包括如下组分：
水玻璃 50～85
表面活性剂 0.8～1.4
分散剂 0.3～0.5
液体阻燃剂 5～12
多元醇 0.4～0.8；
水 至所述水玻璃膜层的溶液的粘度为100～140cp，例如105cp、108cp、110cp、113cp、115cp、118cp、123cp、126cp、130cp、135cp等。
优选地，所述水玻璃由低模水玻璃和高模水玻璃按照0.85～2.5:1的比例混合。
优选地，所述溶液中含有30～50重量份的低模水玻璃和20～35重量份的高模水玻璃。
优选地，所述表面活性剂包括阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的任意1种或至少2种的组合，优选包括硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、卵磷脂、脂肪酸甘油酯、失水山梨醇脂肪酸酯(吐温)、聚山梨酯(司盘)中的任意1种或至少2种的组合，进一步优选十二烷基苯磺酸钠。
优选地，所述分散剂包括乙撑基双硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯、油酸酰硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的任意1种或至少2种的组合，进一步优选硬脂酸钙。
优选地，所述液体阻燃剂包括可溶性阻燃剂的水溶液。
优选地，所述可溶性阻燃剂包括磷酸二氢铵、磷酸氢二胺、硼酸钠、偏硼酸钠中的任意1种或至少2种的组合，优选硼酸钠。
优选地，所述多元醇包括丁四醇、戊五醇、己六醇中的任意1种或至少2种的组合，优选丁四醇。
优选地，所述形成水玻璃膜层的溶液中还包含改性剂。
优选地，所述形成水玻璃膜层的溶液中，改性剂的添加量为1～50重量份。
优选地，所述改性剂包括无定型二氧化硅，优选ZrSiO4热分解法制备的无定形二氧化硅。
作为优选技术方案，本发明所述用于形成水玻璃膜层的溶液，所述溶液按重量份数包括如下组分：
低模水玻璃 30-50
高膜水玻璃 20-35
十二烷基苯磺酸钠 0.8～1.4
硬脂酸钙 0.3～0.5
硼酸钠 5～12
丁四醇 0.4～0.8；
水 至所述水玻璃膜层的溶液的粘度为120cp。
水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的可溶性碱金属硅酸盐材料，又称泡化碱。水玻璃可根据碱金属的种类分为钠水玻璃和钾水玻璃，其分子式分别为Na2O·nSiO2和K2O·nSiO2式中的系数n称为水玻璃模数，是水玻璃中的氧化硅和碱金属氧化物的分子比(或摩尔比)。
本发明所述低模水玻璃的模数为2.2～2.5，例如2.3、2.4等；所述高模水玻璃的模数为3.1～3.4，例如3.3等。
本发明目的之三是提供一种目的之一所述的阻燃板材的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)按目的之一或目的之二所述形成水玻璃膜层的溶液配制溶液；
(2)向聚合物板材表面喷涂步骤(1)所述溶液，形成膜层，得到覆盖有膜层的聚合物板材；
(3)将步骤(2)得到的覆盖有膜层的聚合物板材置于密闭环境中，加压静置，减压至常压后晾干得到阻燃板材。
优选地，步骤(2)所述膜层的厚度为0.8～1.5mm，例如0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm等，优选1.0mm。
优选地，步骤(3)所述加压静置的压力为0.03MPa以上，例如0.04MPa等，优选0.05MPa。
优选地，步骤(3)所述加压静置的时间为3～5min，例如3.5min、4.0min、4.3min、4.8min等。
优选地，步骤(3)所述晾干为晾晒至表干，既用手触碰板材表面不粘手。
本发明所述的聚合物板材可以是本领域技术人员通过任何渠道能够获得的板材，如商购，母粒熔融成型，单体聚合成型等。
示例性地，本发明所述聚合物板材为聚苯乙烯保温板，通过如下方法制备：
(a)将可发性聚苯乙烯颗粒预发泡，得到聚苯乙烯珠粒；
(b)向步骤(a)所述聚苯乙烯珠粒中加入热固性树脂并搅拌均匀；
(c)向步骤(b)所得混合物中加入酸性固化剂，混合均匀；
(d)将所得物料转入成型模具，在蒸汽压力下模塑成型，得到聚苯乙烯保温板。
示例性地，本发明针对上述聚苯乙烯保温板进行阻燃剂的涂覆：
(e)将成型的聚苯乙烯保温板表面喷涂前述用于形成水玻璃膜层的溶液，由于所述溶液有一定的粘度，喷涂时需要在板材表面覆盖大约1毫米的厚度；
(f)通过传送带将步骤(e)的聚苯乙烯保温板放入可以加压的密闭容器中高压(0.05MPa)放置3～5min然后减压至常压，通过晾晒即可得到具有阻燃效果的聚苯乙烯保温板。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明选用在现有聚合物板材的表面涂覆水玻璃膜，起到阻燃的作用；由于在聚合物板材中没有以掺杂的形式掺杂的阻燃剂，对聚合物的强度影响较小，且聚合物燃烧后不会大面积粉化，骨架不会坍塌；
(2)本发明涂覆致密水玻璃膜后，聚合物板材的吸水率降低，具有更加优异的防水效果，吸水率在0.55％以下，如0.50％、0.46％、0.32％等；且导热系数降低，在0.038以下，例如0.025、0.028、0.027等，具有更好的保温效果；
(3)本发明涂覆致密水玻璃膜后，使整个板材形成封闭的结构降低热对流，而且本发明的阻燃性物质(如可溶性阻燃剂)只是聚集在板材表面不会破坏板材的内部结构。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种阻燃聚苯乙烯保温板的制备方法：
(1)将可发性聚苯乙烯颗粒预发泡，得到聚苯乙烯珠粒；
(2)向步骤(1)所述聚苯乙烯珠粒中加入热固性树脂并搅拌均匀；
(3)向步骤(2)所得混合物中加入酸性固化剂，混合均匀；
(4)将所得物料转入成型模具，在蒸汽压力下模塑成型，得到聚苯乙烯保温板；
(5)将步骤(4)成型的聚苯乙烯保温板表面喷涂用于形成水玻璃膜层的溶液，由于所述溶液有一定的粘度，喷涂时需要在板材表面覆盖大约1毫米的厚度；
所述用于形成水玻璃膜层的溶液按重量份数包括如下组分：
低模水玻璃(模数为2.5) 40
高膜水玻璃(模数为3.4) 30
十二烷基苯磺酸钠 1.1
硬脂酸钙 0.4
硼酸钠 8
丁四醇 5；
水 至所述水玻璃膜层的溶液的粘度为120cp；
(6)通过传送带将步骤(5)喷涂有水玻璃膜层的聚苯乙烯保温板放入可以加压的密闭容器中高压(0.05MPa)放置3～5min然后减压至常压，通过晾晒即可得到具有阻燃效果的聚苯乙烯保温板。
实施例2
一种阻燃聚氨酯保温板的制备方法：
(1)将聚氨酯保温板表面喷涂用于形成水玻璃膜层的溶液，由于所述溶液有一定的粘度，喷涂时需要在板材表面覆盖大约1毫米的厚度；
所述用于形成水玻璃膜层的溶液按重量份数包括如下组分：
低模水玻璃(模数为2.5) 30
高膜水玻璃(模数为3.4) 35
十二烷基苯磺酸钠 0.8
硬脂酸钙 0.5
硼酸钠 5
丁四醇 0.8；
水 至所述水玻璃膜层的溶液的粘度为110cp；
(2)通过传送带将步骤(1)喷涂有水玻璃膜层的聚氨酯保温板放入可以加压的密闭容器中高压(0.03MPa)放置3～5min然后减压至常压，通过晾晒即可得到具有阻燃效果的聚苯乙烯保温板。
实施例3
一种阻燃聚苯板的制备方法：
(1)将聚苯板表面喷涂用于形成水玻璃膜层的溶液，由于所述溶液有一定的粘度，喷涂时需要在板材表面覆盖大约1毫米的厚度；
所述用于形成水玻璃膜层的溶液按重量份数包括如下组分：
低模水玻璃(模数为2.5) 50
高膜水玻璃(模数为3.4) 20
十二烷基苯磺酸钠 1.4
硬脂酸钙 0.3
硼酸钠 12
丁四醇 0.4；
水 至所述水玻璃膜层的溶液的粘度为140cp；
(2)通过传送带将步骤(1)喷涂有水玻璃膜层的聚苯乙烯保温板放入可以加压的密闭容器中高压(0.03MPa)放置3～5min然后减压至常压，通过晾晒即可得到具有阻燃效果的聚苯乙烯保温板。
实施例4
与实施例1的区别在于所述用于形成水玻璃膜层的溶液按重量份数包括：
低模水玻璃(模数为2.5) 40
高膜水玻璃(模数为3.4) 30。
实施例5
与实施例1的区别在于所述用于形成水玻璃膜层的溶液按重量份数包括：
低模水玻璃(模数为2.5) 40
高膜水玻璃(模数为3.4) 30
十二烷基苯磺酸钠 1.1
硬脂酸钙 0.4
丁四醇 5。
实施例6
与实施例1的区别在于所述用于形成水玻璃膜层的溶液按重量份数包括：
低模水玻璃(模数为2.5) 40
高膜水玻璃(模数为3.4) 30
无定型二氧化硅 50
十二烷基苯磺酸钠 1.1
硬脂酸钙 0.4
硼酸钠 8
丁四醇 5；
水 至所述水玻璃膜层的溶液的粘度为120cp。
实施例7
与实施例1的区别在于所述用于形成水玻璃膜层的溶液按重量份数包括：
低模水玻璃(模数为2.5) 40
高膜水玻璃(模数为3.4) 30
ZrSiO4热分解法制备的无定形二氧化硅 30
十二烷基苯磺酸钠 1.1
硬脂酸钙 0.4
硼酸钠 8
丁四醇 5；
水 至所述水玻璃膜层的溶液的粘度为120cp；
实施例8
与实施例1的区别在于所述用于形成水玻璃膜层的溶液按重量份数包括：
低模水玻璃(模数为2.5) 40
高膜水玻璃(模数为3.4) 30
ZrSiO4热分解法制备的无定形二氧化硅 1
十二烷基苯磺酸钠 1.1
硬脂酸钙 0.4
硼酸钠 8
丁四醇 5；
水 至所述水玻璃膜层的溶液的粘度为120cp。
对比例1
与实施例1的区别在于，不进行步骤(5)～(6)，而在步骤(2)中加入阻燃剂氢氧化铝；具体为：
(1)将可发性聚苯乙烯颗粒预发泡，得到聚苯乙烯珠粒；
(2)向步骤(1)所述聚苯乙烯珠粒中加入热固性树脂和氢氧化铝并搅拌均匀；
(3)向步骤(2)所得混合物中加入酸性固化剂，混合均匀；
(4)将所得物料转入成型模具，在蒸汽压力下模塑成型，得到具有阻燃效果的聚苯乙烯保温板。
对比例2
与实施例1的区别在于不进行步骤(5)～(6)。
性能测试
将实施例和对比例得到的聚苯乙烯保温板进行如下性能测试：
压缩强度：GB/T8813-2008
拉伸强度：JG194-2003
吸水率：GB/T8810-2005
导热系数：GB/T10294-2008
阻燃性氧指数：GB/T2406-93
测试结果如下表所示：
从测试结果可以看出，在所述基板表面涂覆水玻璃膜层(实施例4)后能够在燃烧后，在基板表面形成硬化物，对基板起到阻燃效果，当配合适当的添加剂(实施例1～3和实施例5～8)时，能够在燃烧后，在基板表面形成致密性白色无机硬化物表面，且所述硬化物表面坚硬；但是不涂覆水玻璃膜层(对比例1～2)，燃烧后，基板呈现松散的泡孔状无强度；此外，从实施例6～8的效果可以看出，无定形二氧化硅的加入，能够提高阻燃板材的压缩强度和抗压强度。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。