一种石墨烯聚苯板及其制备方法与流程

本发明属于聚苯板技术领域，特别涉及一种石墨烯聚苯板及其制备方法。

背景技术：

聚苯乙烯(ps)是仅次于聚氨酯(pu)的第二大发泡材料，相对于如氯氟烃(cfcs)、氢氯氟烃(hcfcs)等的传统发泡剂，其采用超临界二氧化碳作为替代发泡剂，具有无毒且环境友好型的特点，被人们制成相应的聚苯板而广泛应用于建筑行业中。

其中，二氧化碳发泡聚苯乙烯过程中，二氧化碳的扩散速率快、溶解度低，经常导致发泡过程难以发泡过程难以控制。为此，添加无机颗粒作为异相成核剂，尤其是具有比表面积大且红外吸收效果优良的石墨烯，可降低成核所需的吉布斯自由能，阻碍二氧化碳的扩散，改善超临界二氧化碳发泡聚苯乙烯的发泡行为。

然而，经研究发现，将石墨烯直接添加至eps体系中进行聚合，容易发生阻聚效应，甚至还会在聚合釜中出现结块现象，其制得的聚苯板的抗拉强度虽比国家标准(抗拉强度≥0.1mpa)能提高5％-20％，但是在吸水率和导热系数上反而出现上升的趋势。随着国家建筑节能行业标准的不断提高，因此研发出吸水率和导热系数更低、防水和保温性能更加优良的聚苯板是目前继续解决的技术难题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种石墨烯聚苯板，有效降低了其吸水率和导热系数，具有良好的防水和保温效果。

本发明的第二个目的在于提供一种石墨烯聚苯板的制备方法，其通过一步加料，减少了生产过程中有害气体的排出，具有操作简单方便的特点。

为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：

一种石墨烯聚苯板，其特征在于，所述聚苯板由包含以下重量份的原料制成：

本发明在聚苯乙烯和氧化石墨烯的基材基础上同时添加表面改性剂和蜂蜡，表面改性剂的分子表面含有较多的亲水基团和疏水基团，其亲水基团与氧化石墨烯相结合，其疏水基团能与蜂蜡和聚苯乙烯结合，以此形成交错排布的网状结构；而蜂蜡中含有大量的短链烷烃和饱和脂类，其能与聚苯乙烯具有良好的相容性同时具有良好的疏水性。当聚苯乙烯进行发泡时，蜂蜡能够迅速分解成二氧化碳、乙酸等挥发性物质，使得表面改性剂中游离的疏水基团数量增多，同时将氧化石墨烯限位于聚苯乙烯的内侧，进而增加了其制得的聚苯板的疏水性，有效降低了其吸水率和导热系数；

此外，蜂蜡分解产生的二氧化碳、乙酸等挥发性物质均无毒，其在氧化石墨烯的成核作用下，能够有效增加了聚苯乙烯的发泡效率和发泡效果；

填充剂在表面改性剂的作用下能够均匀分散于聚苯乙烯中，为聚苯乙烯起到良好的补强作用，保证其制得的聚苯板良好的机械强度的前提下，减少氧化石墨烯的使用量，降低了生产成本；综上，本发明制得的聚苯板具有吸水率低、导热系数小的特点，进而使得聚苯板具有良好的防水保温效果和机械强度。

进一步地，所述表面改性剂为硅氧烷表面改性剂。

通过采用上述技术方案，硅氧烷表面改性剂为非离子表面改性剂，其是由环氧乙烷和环氧丙烷以各种不同组合形成的，其能与蜂蜡发生协同作用，将氧化石墨烯均匀的分散于聚氧乙烯中，增加聚氧乙烯的机械强度。

进一步地，所述硅氧烷表面改性剂为苯乙烯二甲基硅氧烷醇醚共聚物。

通过采用上述技术方案，苯乙烯二甲基硅氧烷醇醚共聚物是苯乙烯与二甲基硅氧烷醇醚的聚合物，其从结构上分析，共聚物中的烷基与醚基交替连接在硅氧链上，成悬挂型直链结构，化合物中基友亲脂基又有亲水基，在聚苯乙烯中分别与蜂蜡和氧化石墨烯紧密结合，使得蜂蜡和氧化石墨烯之间具有良好的稳定性，以保证其制得的聚苯板具有良好的机械强度。

进一步地，所述无机填充剂为贝壳粉。

通过采用上述技术方案，贝壳粉具有优良的补强效果，其主要成分为碳酸钙，但比碳酸钙的生产成本低，能够有效提高资源的利用率，具有环保节能特点。

进一步地，所述贝壳粉在使用前进行煅烧处理。

通过采用上述技术方案，经过煅烧的贝壳粉中有部分的碳酸钙被还原成活性氧化钙，其具有优良的抗菌效果，以此能够改善聚苯板的抗菌性能；同时该部分的氧化钙还能在聚苯乙烯发泡时中和蜂蜡分解产生的乙酸，其中和产生的水蒸汽在表面改性剂疏水基团的作用下被导出，而中和产生的盐具有良好的抗霉作用，从而降低聚苯板发生霉变的可能性。

进一步地，所述贝壳粉的煅烧条件为：在1000±5℃的温度下，煅烧30min。

通过采用上述技术方案，当贝壳粉在1000±5℃的煅烧温度下煅烧30min时，使用该贝壳粉制得的聚苯板在保持良好的机械强度的情况下具有良好的抗菌效果。

为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：

一种石墨烯聚苯板的制备方法，包括初步发泡、初步熟化、二次发泡、二次熟化以及板材成型的操作工序。

进一步地，所述操作工序包括以下具体步骤：

①、初步发泡：将原料投入至发泡机中，设定温度为96-100℃、蒸汽压力为0.03-0.05mpa，在此条件下发泡40-50s，得到发泡中间品；

②、初步熟化：将步骤①得到的发泡中间品输送至自动流化干燥床，在26-28℃的温度下进行熟化冷却处理8-9h，得到初步熟化料；

③、二次发泡：将步骤②得到的熟化料运输至二次发泡机中，设定温度为120-125℃、蒸汽压力为0.12-0.15mpa，在此条件下发泡15-20s，得到发泡终产物；

④、二次熟化：将步骤③得到的发泡终产物运输至二次硫化干燥床上，在22-24℃的温度下熟化冷却处理5-6h，得到熟化终产物；

⑤、板材成型：将步骤④中的熟化终产物投入板材成型机中，加热使其熔融，最后冷却成型，得到聚苯板。

本发明经过将用于制备聚苯板的原料一次性投入设备中，避免在生产过程中反复开启设备而使得设备内有害气体的排出，具有操作简单、方便的特点，有助于提高工作人员的工作效率；另外，将其分两次进行发泡和熟化，使得聚苯乙烯与各原料之间能够稳定的进行发泡，进而使得其产生的起泡均匀而细腻，保证聚苯板良好的机械强度。

进一步地，步骤①中的原料在投料前先置于搅拌机中进行预混。

通过采用上述技术方案，预混能够使得原料之间先初步混匀，方便对物料的混合情况加以把控，减少物料在发泡过程中发生结块现象，具有操作简单方便的特点。

进一步地，步骤①中的原料在预混时同时进行预热，且预热的最高温度与初步发泡的温度一致。

通过采用上述技术方案，预热处理有助于原料均速的升温至需要发泡的温度，有助于原料在投入发泡机中时能够迅速进入发泡阶段，以此提高聚苯乙烯的发泡效率。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过在聚苯乙烯和氧化石墨烯中添加表面改性剂、蜂蜡和无机填充剂，使得聚苯板具有良好的防水保温效果和机械强度；

2、本发明中无机填充剂为经过煅烧的贝壳粉，以此在保证聚苯板良好的机械强度的情况下，还增加了聚苯板的抗菌性和抗霉性；

3、本发明通过将原料一次性投入设备中，避免在生产过程中反复开启设备而使得设备内有害气体的排出，具有操作简单、方便的特点。

附图说明

图1为本发明中石墨烯聚苯板的制备工艺图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

1、原料和/或中间体的制备例

本发明中使用到的聚苯乙烯、氧化石墨烯、苯乙烯二甲基硅氧烷醇醚共聚物、聚硅氧烷、壬基酚聚氧乙烯醚、蜂蜡、贝壳粉和高岭土均从市面上购买所得。

其中，贝壳粉在使用前先置于高温炉中，在1000±5℃的温度下，煅烧30min，待其冷却至室温后备用。

2、实施例

2.1、实施例1

一种石墨烯聚苯板的制备方法，包括以下具体步骤：

①、原料预混：依次称取80kg的聚苯乙烯、15kg的氧化石墨烯、5kg的苯乙烯二甲基硅氧烷醇醚共聚物、3kg的蜂蜡和3kg经过煅烧后的贝壳粉，加热搅拌均匀后得到预混物；

②、发泡机预热：接通电源，同时启动发泡机的蒸汽系统和搅拌装置，对发泡机进行预热；

③、初步发泡：将步骤①中的预混物投入步骤②中已经预热好的发泡机中，设定温度为96-100℃、蒸汽压力为0.03-0.05mpa的发泡条件，在此条件下发泡40-50s，得到发泡中间品；

④、初步熟化：将步骤③得到的发泡中间品输送至自动流化干燥床，在26-28℃的温度下进行熟化冷却处理8h，得到初步熟化料；

⑤、二次发泡：将步骤④得到的熟化料运输至二次发泡机中，设定温度为120-125℃、蒸汽压力为0.12-0.15mpa，在此条件下发泡15-20s，得到发泡终产物；

⑥、二次熟化：将步骤⑤得到的发泡终产物运输至二次硫化干燥床上，在22-24℃的温度下熟化冷却处理5h，得到熟化终产物；

⑦、板材成型：将步骤⑥中的熟化终产物投入板材成型机中，加热使其熔融，最后冷却成型，得到聚苯板；

其中，步骤①中的加热搅拌温度与步骤③中的发泡温度一致。

2.2、实施例2-实施例8

实施例2-实施例8均在实施例1的方法基础上，对聚苯板的原料及其重量加以调整，其具体调整情况和实施例1的原料及其重量参见下表一，单位为kg。

表一实施例1-实施例8中聚苯板的原料及其重量参数

3、对比例

3.1、对比例1

购自宝润达新型材料有限公司的产品名为上滑式真金板的聚苯板；

3.2、对比例2

购自北京华信九州建材有限公司产品名为华信九州石墨聚苯板的聚苯板。

4、性能检测试验

将上述实施例1至实施例8以及对比例1和对比例2进行如下性能检测，检测结果见下表二：

抗拉强度：按照gb/t9641-1998的标准进行测定；

压缩强度(变形10％)：按照gb/t8813-2008的标准进行测定；

导热系数：按照gb/t10295-2008的标准进行测定；

吸水率：按照gb/t8810-2005的标准进行测定；

尺寸稳定性：按照gb/t8811-2008的标准进行测定；

抗菌性：按照gb/t31402-2015的标准进行测定；

抗霉性：按照gb/t24128-2009的标准进行测定。

表二实施例1-实施例8以及对比例1和对比例2的检测结果

参见表二，将实施例1至实施例7分别与对比例1和对比例2的检测结果进行对比，可以得到，本发明制得的聚苯板的抗拉强度、压缩强度、抗菌性以及抗霉性明显优于两个对比例中的聚苯板，此外，本发明制得的聚苯板的导热系数、吸水率以及尺寸变化率明显小于两个对比例中的聚苯板，因此本发明具有更加优异的机械强度、防水性以及保温性能。

将实施例1至实施例4分别与实施例5和实施例6的检测结果进行对比，可以得到，表面改性剂采用苯乙烯二甲基硅氧烷醇醚共聚物能够有效改善聚苯板的抗拉强度、压缩强度和尺寸稳定性，同时使得聚苯板的导热系数和吸收率明显下降，因此本发明中的表面改性剂优选为苯乙烯二甲基硅氧烷醇醚共聚物。

将实施例1至实施例4与实施例7和实施例8的检测结果进行对比，可以得到，使用经过煅烧后的贝壳粉作为无机填充剂能够在保证聚苯板具有良好的抗拉强度、压缩强度和尺寸稳定性的前提下，能够进一步降低聚苯板的导热系数和吸水率，同时具有良好的抗菌性和抗霉性，增加了聚苯板的使用时间。

综上，本发明所制得的聚苯板有效降低了其导热系数和吸水率，同时具有优良的抗拉强度、压缩强度、尺寸稳定性、抗菌性和抗霉性。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。