石墨烯不燃聚苯乙烯發泡保溫板及其制備方法和應用

石墨烯不燃聚苯乙烯發泡保溫板及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及保溫板及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]英國曼徹斯特大學的德烈.K.海姆(Andre K Geim)等制備出了石墨烯，并且因此而獲得了 2010年的諾貝爾物理學獎。石墨烯問世以來引起了全世界的重視與研宄熱潮。它擁有著卓越的力學和物理學性能，是已知材料最薄、最耐高溫、散熱最快的，還有非常特殊的原子尺度的結構，只有相對論量子學才能描述。
[0003]目前，防火高節能保溫材料存在技術問題，若采用無機材料可以做到保溫材料的防火性能，達到防火要求，但存在著容重大、保溫性差的缺點，多采用天然不可再生材料加工，在能源價格日益昂貴、資源稀缺的形勢下，市場及發展前景有限，若采用有機材料，其既節能保溫又達到節能要求，但防火又達不到防火要求。目前，市場上銷量最大的是聚苯乙烯保溫板，它造價低，生產設備簡單。經過多年應用，其致命弱點也凸顯出來:防火等級只能做到B2級。

【發明內容】

[0004]本發明要解決現有防火高節能保溫材料存在不能達到節能要求，或不能達到防火要求的問題，而提供石墨烯不燃聚苯乙烯發泡保溫板及其制備方法和應用。
[0005]本發明的石墨烯不燃聚苯乙烯發泡保溫板由混合料和結合劑制備而成；
[0006]所述的混合料由聚苯乙烯發泡顆粒與石墨烯納米粉溶液制備而成，其中所述的聚苯乙烯發泡顆粒與石墨烯納米粉溶液的質量比為1: (I?5);所述的聚苯乙烯發泡顆粒的比重為8kg/m3?20kg/m3;所述的石墨稀納米粉溶液由石墨稀納米粉與水混合而成；所述的石墨稀納米粉與水的質量比為1: (10?50)；
[0007]所述的結合劑為改性水性環氧樹脂結合劑、改性酚醛樹脂結合劑、改性聚酯樹脂結合劑、改性三聚氰胺甲醛樹脂結合劑或改性脲醛樹脂結合劑；
[0008]當所述的結合劑為改性水性環氧樹脂結合劑時，所述的改性水性環氧樹脂結合劑按質量份數由100份改性水性環氧樹脂、I份?3份吐溫80、I份氯化鎂、30份去離子水和10份?20份固化劑組成；所述的固化劑為三菱公司生產的C-328固化劑；所述的改性水性環氧樹脂結合劑與混合料的質量比為(28?155):1 ;所述的改性水性環氧樹脂為異腈酸酯改性中環氧值水性環氧樹脂或異腈酸酯改性高環氧值水性環氧樹脂；
[0009]當所述的結合劑為改性酚醛樹脂結合劑時，所述的改性酚醛樹脂結合劑由改性酚醛樹脂與固化劑組成；所述的改性酚醛樹脂與固化劑的質量比為100: (10?30);所述的固化劑為水、質量百分含量為98.4%的硫酸、質量百分含量為30%?35%的磷酸及對甲苯磺酸的混合物；所述的水與質量百分含量為98.4%的硫酸的質量比為3:1 ;所述的水與質量百分含量為30%?35%的磷酸的質量比為1:1 ;所述的水與對甲苯磺酸的質量比為1:1 ；所述的改性酚醛樹脂結合劑與混合料的質量比為(10?30):1 ;所述的改性酚醛樹脂為聚乙烯醇縮醛改性酚醛樹脂、聚酰胺改性酚醛樹脂、環氧改性酚醛樹脂、二苯醚甲醛樹脂或二甲苯改性酚醛樹脂；
[0010]當所述的結合劑為改性聚酯樹脂結合劑時，所述的改性聚酯樹脂結合劑由改性聚酯樹脂及固化劑組成；所述的改性聚酯樹脂與固化劑的質量比為100: (5?10);所述的固化劑為過氧化甲乙酮；所述的改性聚酯樹脂結合劑與混合料的質量比為(10?30):1 ;所述的改性聚酯樹脂為環氧聚酯樹脂；
[0011]當所述的結合劑為改性三聚氰胺甲醛樹脂結合劑時，所述的改性三聚氰胺甲醛樹脂結合劑由改性三聚氰胺甲醛樹脂與固化劑組成；所述的改性三聚氰胺甲醛樹脂與固化劑的質量比為100: (8?10);所述的固化劑為質量百分含量為98.4%的硫酸；所述的改性三聚氰胺甲醛樹脂結合劑與混合料的質量比為100: (10?30);所述的改性三聚氰胺甲醛樹脂為有機硅改性三聚氰胺甲醛樹脂；
[0012]當所述的結合劑為改性脲醛樹脂結合劑時，所述的改性脲醛樹脂結合劑由改性脲醛樹脂與固化劑組成；所述的改性脲醛樹脂與固化劑的質量比為100: (10?30);所述的固化劑為水、質量百分含量為98.4%的硫酸、質量百分含量為30%?35%的磷酸及質量百分含量為30%?36.5%的鹽酸的混合物；所述的水與質量百分含量為98.4%的硫酸的質量比為1:3 ;所述的水與質量百分含量為30%?35%的磷酸的質量比為1:3 ;所述的水與質量百分含量為30%?36.5%的鹽酸的質量比為1:3 ;所述的改性脲醛樹脂結合劑與混合料的質量比為(10?20):1 ;所述的改性脲醛樹脂為三聚氰胺改性脲醛樹脂。
[0013]石墨烯不燃聚苯乙烯發泡保溫板的制備方法是按以下步驟進行:
[0014]—、將聚苯乙烯顆粒用發泡機發泡，得到聚苯乙烯發泡顆粒，將石墨烯納米粉與水混合，得到石墨烯納米粉溶液，然后將聚苯乙烯發泡顆粒置于真空釜內，對真空釜進行抽真空至真空負壓為0.0lMPa?0.09MPa，并在真空負壓為0.0lMPa?0.09MPa下保壓Imin?lOmin，再將石墨稀納米粉溶液負壓吸入真空藎中，調節真空藎內壓力為IMPa?1MPa，并在壓力為IMPa?1MPa下保壓Imin?lOmin，得到混合料；
[0015]所述的聚苯乙稀發泡顆粒的比重為8kg/m3?20kg/m 3;所述的石墨稀納米粉與水的質量比為1: (10?50);所述的聚苯乙烯發泡顆粒與石墨烯納米粉溶液的質量比為1: (I ?5)；
[0016]二、將混合料與結合劑混合制備，得到板材初料，最后將板材初料壓實，即得到石墨烯不燃聚苯乙烯發泡保溫板；
[0017]所述的結合劑為改性水性環氧樹脂結合劑、改性酚醛樹脂結合劑、改性聚酯樹脂結合劑、改性三聚氰胺甲醛樹脂結合劑或改性脲醛樹脂結合劑；
[0018]當所述的結合劑為改性水性環氧樹脂結合劑時，混合制備具體是按以下步驟進行的:按質量份數稱取100份改性水性環氧樹脂、I份?3份吐溫80、I份氯化鎂、30份去離子水、10份?20份固化劑和I份?5份混合料；所述的氯化鎂的純度為95% ;首先將100份改性水性環氧樹脂加入攪拌釜內，然后依次加入I份?3份吐溫80、1份氯化鎂和30份去離子水，攪拌均勻后，得到改性水性環氧樹脂預混物，向改性水性環氧樹脂中加入I份?5份混合料，攪拌Imin?3min，然后加入10份?20份固化劑，繼續攪拌Imin?3min，即得到板材初料；所述的固化劑為三菱公司生產的C-328固化劑；所述的改性水性環氧樹脂為異腈酸酯改性中環氧值水性環氧樹脂或異腈酸酯改性高環氧值水性環氧樹脂；
[0019]當所述的結合劑為改性酚醛樹脂結合劑時，混合制備具體是按以下步驟進行的:將改性酚醛樹脂與固化劑混合，得到改性酚醛樹脂結合劑，將改性酚醛樹脂結合劑利用噴霧法均勻噴到混合料上，并在攪拌釜中攪拌均勻，即得到板材初料；所述的改性酚醛樹脂與固化劑的質量比為100: (10?30);所述的固化劑為水、質量百分含量為98.4%的硫酸、質量百分含量為30%?35%的磷酸及對甲苯磺酸的混合物；所述的水與質量百分含量為98.4%的硫酸的質量比為3:1 ;所述的水與質量百分含量為30%?35%的磷酸的質量比為1:1;所述的水與對甲苯磺酸的質量比為1:1;所述的改性酚醛樹脂結合劑與混合料的質量比為(10?30):1 ;所述的改性酚醛樹脂為聚乙烯醇縮醛改性酚醛樹脂、聚酰胺改性酚醛樹脂、環氧改性酚醛樹脂、二苯醚甲醛樹脂或二甲苯改性酚醛樹脂；
[0020]當所述的結合劑為改性聚酯樹脂結合劑時，混合制備具體是按以下步驟進行的:將改性聚酯樹脂與固化劑混合，得到改性聚酯樹脂結合劑，將改性聚酯樹脂結合劑利用噴霧法均勻噴到混合料上，并在攪拌釜中攪拌均勻，即得到板材初料；所述的改性聚酯樹脂與固化劑的質量比為100: (5?10);所述的固化劑為過氧化甲乙酮；所述的改性聚酯樹脂結合劑與混合料的質量比為(10?30):1 ;所述的改性聚酯樹脂為環氧聚酯樹脂；
[0021]當所述的結合劑為改性三聚氰胺甲醛樹脂結合劑時，混合制備具體是按以下步驟進行的:將改性三聚氰胺甲醛樹脂與固化劑混合，得到改性三聚氰胺甲醛樹脂結合劑，將改性三聚氰胺甲醛樹脂結合劑利用噴霧法均勻噴到混合料上，并在攪拌釜中攪拌均勻，即得到板材初料；所述的改性三聚氰胺甲醛樹脂與固化劑的質量比為100: (8?10);所述的固化劑為質量百分含量為98.4%的硫酸；所述的改性三聚氰胺甲醛樹脂結合劑與混合料的質量比為100: (10?30);所述的改性三聚氰胺甲醛樹脂為有機硅改性三聚氰胺甲醛樹月旨;
[0022]當所述的結合劑為改性脲醛樹脂結合劑時，混合制備具體是按以下步驟進行的:將改性脲醛樹脂與固化劑混合，得到改性脲醛樹脂結合劑，將改性脲醛樹脂結合劑利用噴霧法均勻噴到混合料上，并在攪拌釜中攪拌均勻，即得到板材初料；所述的改性脲醛樹脂與固化劑的質量比為100: (10?30);所述的固化劑為水、質量百分含量為98.4%的硫酸、質量百分含量為30%?35%的磷酸及質量百分含量為30%?36.5%的鹽酸的混合物；所述的水與質量百分含量為98.4%的硫酸的質量比為1:3 ;所述的水與質量百分含量為30%?35%的磷酸的質量比為1:3 ;所述的水與質量百分含量為30%?36.5%的鹽酸的質量比為1:3 ;所述的改性脲醛樹脂結合劑與混合料的質量比為(10?20):1 ;所述的改性脲醛樹脂為三聚氰胺改性脲醛樹脂。
[0023]石墨烯不燃聚苯乙烯發泡保溫板的應用，石墨烯不燃聚苯乙烯發泡保溫板作為內外墻節能保溫材料、屋面節能保溫材料、制造復合型保溫板材用于內外墻節能保溫領域。
[0024]本發明的有益效果是:1、添加石墨烯:石墨是天然的惰性物質，熔點高達3600攝氏度，石墨粉末可以覆蓋在燃燒界面上，起到隔絕空氣的作用，而石墨烯具有更大的比表面積，少量添加即可達到目的。將石墨烯與聚苯乙烯發泡顆粒結合，一旦被引燃，聚苯乙烯燃燒生成氣體揮發，而石墨烯則會形成一層致密的薄膜，覆蓋在燃燒界面上隔絕空氣，起到阻燃效果。2、添加結合劑:本發明采用