一种高抗压发泡聚苯乙烯板及其制备工艺的制作方法

1.本技术涉及建筑材料技术领域，更具体地说，它涉及一种高抗压发泡聚苯乙烯板及其制备工艺。


背景技术：

2.发泡材料是通过物理或者化学的方式使材料内部产生泡孔结构而得到的一类材料。这种材料具有轻质、防震、绝缘、保温性好、防腐、成本低等优点。几乎所有的热固性和热塑性塑料都能制成发泡塑料，常见的发泡材料有聚苯乙烯、聚氨酯、聚烯烃等。
3.聚苯乙烯(ps)材料应用广泛且需求量大，作为一种常见的建筑用保温材料，根据不同的需求和实际情况，可以加工成各种形状、功能各异的产品。用作建筑保温材料时，不仅要有优异的保温隔热性，还要能起到密封、隔音以及阻水等重要作用，然而ps材料存在脆性大、冲击强度低、耐热性较差的问题，普通ps发泡材料质轻、热导率低、吸水性小、电性能好，具有绝热、减震、隔音的优点，在建筑、制冷、隔热、缓冲包装等领域得到了广泛的应用，但是仍存在一些缺陷，聚苯乙烯发泡材料在制备过程中大多采用低沸点脂肪烃类或卤代脂肪烃发泡剂，这些发泡剂有一定毒性易造成环境污染，且易燃易爆，存在安全隐患，制得的普通ps发泡材料的泡孔尺寸较大，也存在泡孔易破裂、抗冲击强度低等问题。


技术实现要素：

4.为了提高发泡聚苯乙烯板的抗冲击强度，本技术提供一种高抗压发泡聚苯乙烯板及其制备工艺。
5.本技术提供的一种高抗压发泡聚苯乙烯板及其制备工艺，采用如下的技术方案：第一方面，本技术提供一种高抗压发泡聚苯乙烯板，采用如下的技术方案：一种高抗压发泡聚苯乙烯板及其制备工艺，包括以下重量份原料：聚苯乙烯颗粒80-110份、膨润土3-8份、氯化聚乙烯5-15份、发泡剂5-15份、改性二氧化硅气凝胶10-18份、去离子水130-150份。
6.通过采用上述技术方案，加入改性二氧化硅气凝胶，带入更多的形核中心诱导异相成核，降低了活化能，形成泡孔细小的复合珠粒，膨润土的加入在增加材料密度和强度的同时，沿泡孔边界排列粘附进一步增强了泡孔的承受能力，使泡孔壁不易破裂，聚苯乙烯板的力学性能得到提升，最终得到性能优良，高泡孔密度的发泡材料。氯化聚乙烯是由多个含氯量较高的链段和氯含量较低的链段组成，与聚苯乙烯具有良好的黏附性，可以呈网状分布在加强后的泡孔周围，减少由剪切带引发的应力作用，增加体系的孔隙密度和稳定性，在形变冲击下，裂纹与剪切带相互作用消耗掉大量能量，提高材料的冲击强度。
7.可选的，所述改性二氧化硅气凝胶为经水玻璃通过溶胶凝胶法制备的二氧化硅气凝胶。
8.通过采用上述技术方案，通过改性提高纳米二氧化硅的亲油性，提高二氧化硅气凝胶与基体材料聚苯乙烯的相容性，得到均相系统，从而使二氧化硅气凝胶在体系中形成
网状结构帮助进一步提高材料的抗冲击性能，同时因为二氧化硅材料所具有优良的阻燃性，制得的聚苯乙烯板也具有较好的阻燃性。
9.可选的，所述改性二氧化硅气凝胶的制备方法如下：(1)将甲基丙烯酰氧基三甲基氧基硅烷、水玻璃、二甲基甲酰胺、无水乙醇和去离子水混合均匀，用盐酸调节ph在3-5之间，20-50℃下反应一段时间后，加入氨水调节ph至碱性，得到湿凝胶；(2)在80-90℃下老化24-28小时，常压干燥得到改性二氧化硅气凝胶。
10.通过采用上述技术方案，以水玻璃为硅源水解，生成的活性单体通过聚合反应形成纳米团簇结构的溶胶，静置一段时间后，团簇结构相互黏连，形成具备网络空间的凝胶，二甲基甲酰胺做溶剂，通过溶胶-凝胶法制备得到改性二氧化硅气凝胶。
11.可选的，所述水玻璃与甲基丙烯酰氧基三甲基氧基硅烷的重量份之比为1:0.5-0.8。
12.通过采用上述技术方案，甲基丙烯酰氧基三甲基氧基硅烷对二氧化硅进行改性处理，控制水玻璃与甲基丙烯酰氧基三甲基氧基硅烷的加入比例进一步优化得到的二氧化钙气凝胶，使气凝胶与基体材料有较好的粘附性。
13.可选的，所述发泡剂为碳酸钙、碳酸镁或碳酸氢钠中的一种或两种的组合。
14.通过采用上述技术方案，使用的发泡剂安全无毒，具有良好的发泡性能，在反应开始后能够产生大量二氧化碳，发泡效果好。
15.可选的，所述原料还包括5-8份的多孔磷酸氢钙。
16.通过采用上述技术方案，磷酸钙盐以结晶水的形式均匀复合在聚苯乙烯板材中，在发泡过程中均匀分散在材料中，在一定条件下释放出结晶水，以提供发泡剂在发泡过程中所需的水，实现聚苯乙烯材料体系的均相自发泡成型，从而提高材料的抗冲击性能。
17.第二方面，本技术提供一种高抗压发泡聚苯乙烯板的制备方法，采用如下的技术方案：一种高抗压发泡聚苯乙烯板的制备方法，包括如下制备步骤：(1)将聚苯乙烯基体放到鼓风干燥箱中干燥，干燥完成后，加入改性后的二氧化硅气凝胶、混合均匀，得到混合料；(2)将混合料放入容器中抽真空后，加热至发泡温度，稳定10-15分钟，得到发泡后的混合料；(3)将膨润土、氯化聚乙烯以及发泡剂混合均匀，得到混合助剂；(4)将上述得到的混合助剂与步骤(2)中得到的发泡后的混合料充分混合，二次发泡成型，烘干得到高抗压发泡聚苯乙烯板。
18.优选的，制备方法中所述步骤(2)中发泡温度为80-90℃。
19.通过采用上述技术方案，在80-90℃下发泡成型的聚苯乙烯板性能稳定，获得密度较低，泡孔稳定的聚苯乙烯板。
20.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、由于本技术采用改性二氧化硅、膨润土与氯化聚乙烯相互配合，改性二氧化硅气凝胶的加入促使聚苯乙烯材料形成更多细小的泡孔，鹏润土沿泡孔的边界排列增强泡孔承受能力的同时增加聚苯乙烯板的密度，氯化聚乙烯形成的网络结构包裹泡孔，在受到冲
击时吸收部分能量，从而提高材料的抗冲击性能。
21.2、本技术中优选采用经疏水改性后的改性二氧化硅凝胶，与基体材料有较好的相容性，配合氯化聚乙烯形成的网络结构与聚苯乙烯紧密连接，进一步加强材料的抗冲击性能。
具体实施方式
22.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
23.实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
24.原料和/或中间体的制备例制备例1一种改性二氧化硅气凝胶，制备方法如下：(1)将10kg甲基丙烯酰氧基三甲基氧基硅烷、20kg水玻璃、3kg二甲基甲酰胺、30kg无水乙醇和25kg去离子水混合均匀，用盐酸调节ph为5，20℃下反应4h，加入氨水调节ph为8，反应30min制得湿凝胶；(2)在80℃下老化24小时，常压干燥得到改性二氧化硅气凝胶。
25.制备例2一种改性二氧化硅气凝胶，制备方法如下：(1)将10kg甲基丙烯酰氧基三甲基氧基硅烷、20kg水玻璃、3kg二甲基甲酰胺、30kg无水乙醇和25kg去离子水混合均匀，用盐酸调节ph为3，50℃下反应4h，加入氨水调节ph为8，反应30min制得湿凝胶；(2)在80℃下老化24小时，常压干燥得到改性二氧化硅气凝胶。
26.制备例3(1)将13kg甲基丙烯酰氧基三甲基氧基硅烷、20kg水玻璃、3kg二甲基甲酰胺、30kg无水乙醇和25kg去离子水混合均匀，用盐酸调节ph为5，20℃下反应4h，加入氨水调节ph为8，反应30min制得湿凝胶；(2)在80℃下老化24小时，常压干燥得到改性二氧化硅气凝胶。
27.制备例4(1)将16kg甲基丙烯酰氧基三甲基氧基硅烷、20kg水玻璃、3kg二甲基甲酰胺、30kg无水乙醇和25kg去离子水混合均匀，用盐酸调节ph为5，20℃下反应4h，加入氨水调节ph为8，反应30min制得湿凝胶；(2)在80℃下老化24小时，常压干燥得到改性二氧化硅气凝胶。实施例
28.实施例1一种高抗压发泡聚乙烯板，制备步骤如下：(1)将80kg聚苯乙烯基体放到鼓风干燥箱中干燥，干燥完成后，加入18kg制备例1中制备的改性二氧化硅气凝胶混合均匀，得到混合料；(2)将混合料放入高压釜中，然后拧紧高压釜以保证装置的气密性良好，打开抽真空泵，抽真空2分钟，通过温控系统，加热试验装置釜体至80℃，稳定10分钟，得到发泡后的
混合料；(3)将6kg膨润土、15kg氯化聚乙烯、10kg碳酸钙以及130kg去离子水混合均匀，得到混合助剂；(4)将上述得到的混合助剂与步骤(2)中得到的发泡后的混合料充分混合，90℃二次发泡成型，烘干得到高抗压发泡聚乙烯板。
29.实施例2一种高抗压发泡聚乙烯板，制备步骤如下：(1)将95kg聚苯乙烯基体放到鼓风干燥箱中干燥，干燥完成后，加入14kg制备例1中制备的改性二氧化硅气凝胶混合均匀，得到混合料；(2)将混合料放入高压釜中，然后拧紧高压釜以保证装置的气密性良好，打开抽真空泵，抽真空2分钟，通过温控系统，加热试验装置釜体至85℃，稳定12分钟，得到发泡后的混合料；(3)将3kg膨润土、10kg氯化聚乙烯、15kg碳酸钙以及140kg去离子水混合均匀，得到混合助剂；(4)将上述得到的混合助剂与步骤(2)中得到的发泡后的混合料在搅拌机中充分搅拌混匀，90℃二次发泡成型，烘干得到高抗压发泡聚乙烯板。
30.实施例3一种高抗压发泡聚乙烯板，制备步骤如下：(1)将110kg聚苯乙烯基体放到鼓风干燥箱中干燥，干燥完成后，加入10kg制备例1中制备的改性二氧化硅气凝胶混合均匀，得到混合料；(2)将混合料放入高压釜中，然后拧紧高压釜以保证装置的气密性良好，打开抽真空泵，抽真空2分钟，通过温控系统，加热试验装置釜体至90℃，稳定10分钟，得到发泡后的混合料；(3)将8kg膨润土、5kg氯化聚乙烯、5kg碳酸钙以及150kg去离子水混合均匀，得到混合助剂；(4)将上述得到的混合助剂与步骤(2)中得到的发泡后的混合料充分混合，90℃二次发泡成型，烘干得到高抗压发泡聚乙烯板。
31.实施例4一种高抗压发泡聚乙烯板，与实施例3的不同之处在于，本实施例中使用的改性二氧化硅气凝胶为制备例2中制备得到的。
32.实施例5一种高抗压发泡聚乙烯板，与实施例3的不同之处在于，本实施例中使用的改性二氧化硅气凝胶为制备例3中制备得到的。
33.实施例6一种高抗压发泡聚乙烯板，与实施例3的不同之处在于，本实施例中使用的改性二氧化硅气凝胶为制备例4中制备得到的。
34.实施例7一种高抗压发泡聚乙烯板，与实施例3的不同之处在于，本实施例中使用的发泡剂为碳酸钙与碳酸氢钙1；1混合的的混合物。
35.实施例8一种高抗压发泡聚乙烯板，与实施例3的不同之处在于，本实施例中使用的发泡剂为碳酸钙与碳酸镁1；1混合的的混合物。
36.实施例9一种高抗压发泡聚乙烯板，与实施例8的不同之处在于，本实施例中还包括5kg的多孔磷酸氢钙。
37.实施例10一种高抗压发泡聚乙烯板，与实施例8的不同之处在于，本实施例中还包括8kg的多孔磷酸氢钙。
38.对比例对比例1一种高抗压发泡聚乙烯板，与实施例1的不同之处在于，本对比例中使用的是未经改性的二氧化硅气凝胶。
39.对比例2一种高抗压发泡聚乙烯板，与实施例1的不同之处在于，本对比例中使用的是二氧化硅粒子。
40.对比例3一种高抗压发泡聚乙烯板，与实施例1的不同之处在于，本对比例中未加入氯化聚乙烯，以同等量聚苯乙烯颗粒取代氯化聚乙烯。
41.性能检测试验检测方法/试验方法抗冲击强度测试：依据gb/t 1843-2008《塑料悬臂梁冲击强度的测定》进行试验检测。
42.表1实验检测结果
结合实施例1-3和对比例1-2并结合表1可以看出，实施例1-3的试验数据优于对比例1-2，说明经过疏水改性制备得到的二氧化硅气凝胶具有较好的亲油性，提高了二氧化硅气凝胶对基体材料聚苯乙烯的相容性，进而提高了材料的抗冲击性能；通过实施例1-3与对比例的比较可以看出，当直接加入二氧化硅并不能提升材料的性能，当加入改性二氧化硅气凝胶，促使聚苯乙烯异相成核形成泡孔细小的聚苯乙烯板，并形成网络结构，在受到冲击时，消耗掉一部分能量，从而提升材料的抗冲击性能。
43.结合实施例1-3与对比例3并结合表1可以看出，实施例1-3的试验数据优于对比例3，说明加入氯化聚乙烯对聚苯乙烯进行改性提升，从而大大提升材料的抗冲击性能。
44.结合实施例1-6并结合表1可以看出，实施例1-5的各项试验数据相差不多，说明使用本技术制备改性二氧化硅气凝胶方法得到的聚苯乙烯板抗冲击性能相差不大，在本技术规定范围之内制备的改性二氧化硅气凝胶均能对聚苯乙烯的性能进行提升。
45.结合实施例3与实施例7-8并结合表1可以看出，实施例7-8的实验数据优于实施例3，说明两种发泡剂混合得到的混合物对制备发泡聚苯乙烯板具有更好提升作用。
46.结合实施例8-10并并结合表1可以看出，实施例9-10的试验数据均优于实施例8，说明当加入磷酸钙盐后实现了聚苯乙烯材料的均相发泡成型，从而进一步提高了材料的抗冲击性能。
47.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，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，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.一种高抗压发泡聚苯乙烯板，其特征在于，包括以下重量份原料：聚苯乙烯颗粒80-110份、膨润土3-8份、氯化聚乙烯5-15份、发泡剂5-15份、改性二氧化硅气凝胶10-18份、去离子水130-150份。2.根据权利要求1所述的一种高抗压发泡聚苯乙烯板，其特征在于：所述改性二氧化硅气凝胶为经水玻璃通过溶胶凝胶法制备的二氧化硅气凝胶。3.根据权利要求2所述的一种高抗压发泡聚苯乙烯板，其特征在于：所述改性二氧化硅气凝胶的制备方法如下：（1）将甲基丙烯酰氧基三甲基氧基硅烷、水玻璃、二甲基甲酰胺、无水乙醇和去离子水混合均匀，用盐酸调节ph在3-5之间，20-50℃下反应一段时间后，加入氨水调节ph至碱性，得到湿凝胶；（2）在80-90℃下老化24-28小时，常压干燥得到改性二氧化硅气凝胶。4.根据权利要求1所述的一种高抗压发泡聚苯乙烯板，其特征在于：所述水玻璃与甲基丙烯酰氧基三甲基氧基硅烷的重量份之比为1:0.5-0.8。5.根据权利要求1所述的一种高抗压发泡聚苯乙烯板，其特征在于：所述发泡剂为碳酸钙、碳酸镁或碳酸氢钠中的一种或两种的组合。6.根据权利要求1所述的一种高抗压发泡聚苯乙烯板，其特征在于：所述原料还包括5-8份的多孔磷酸氢钙。7.根据权利要求1-6任一所述的一种高抗压发泡聚苯乙烯板的制备工艺，其特征在于：包括如下制备步骤：（1）将聚苯乙烯基体放到鼓风干燥箱中干燥，干燥完成后，加入改性后的二氧化硅气凝胶、混合均匀，得到混合料；（2）将混合料放入容器中抽真空后，加热至发泡温度，稳定10-15分钟，得到发泡后的混合料；(3)将膨润土、氯化聚乙烯、发泡剂以及去离子水混合均匀，得到混合助剂；(4)将上述得到的混合助剂与步骤（2）中得到的发泡后的混合料充分混合，二次发泡成型，烘干得到高抗压发泡聚乙烯板。8.根据权利要求7所述的一种高抗压发泡聚苯乙烯板的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中发泡温度为80-90℃。

技术总结
本申请涉及建筑材料技术领域，具体公开了一种高抗压发泡聚苯乙烯板及其制备方法。一种高抗压发泡聚苯乙烯板包括以下重量份原料：聚苯乙烯颗粒80-110份、膨润土3-8份、氯化聚乙烯5-15份、发泡剂5-15份、改性二氧化硅气凝胶10-18份、去离子水130-150份；其制备方法为：将聚苯乙烯与改性二氧化硅气凝胶预先混合之后发泡的到发泡后的混合料，再将其他助剂加入反应，烘干冷却脱模之后得到高抗压发泡聚苯乙烯版。本申请的组合物可用于建筑施工，其具有抗冲击能力强、抗压强度好的优点。抗压强度好的优点。


技术研发人员：陈丽 文永兵 周兆基 刘丽芳
受保护的技术使用者：广东丙辛新材料有限公司
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/16