聚苯乙烯保溫板的性能及其在建筑領(lǐng)域的研究進展

關(guān)小燕

（石家莊職業(yè)技術(shù)學院，河北 石家莊 050081）

聚苯乙烯保溫材料具有良好的熱穩(wěn)定性能、保溫隔熱性能、防水性能且易于加工，廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)［1］。如聚苯乙烯泡沫塑料顆?；炷粒窃谒嗷鶟{料中加入體積分數(shù)不小于20%的聚苯乙烯泡沫塑料顆?；旌蠑嚢璋l(fā)泡，再經(jīng)澆筑成型的輕質(zhì)多孔混凝土，其核心輕骨料使用原生、再生或回收利用的膨脹聚苯乙烯泡沫塑料顆粒，聚苯乙烯泡沫塑料顆粒的引入顯著改善了混凝土收縮開裂的缺陷。聚苯乙烯顆?；炷猎谘b配式建筑、綠色建筑、海綿城市建設(shè)等熱點新興建筑領(lǐng)域中得到大量應(yīng)用。但聚苯乙烯在燃燒時容易出現(xiàn)大量濃煙，并釋放有毒氣體［2］。因此，研究人員一直致力于聚苯乙烯保溫材料阻燃性能的研究。此外，發(fā)泡聚苯乙烯還廣泛用于中空樓板隔音隔熱材料。本文綜述了聚苯乙烯保溫板阻燃性能和隔音性能的研究進展。

1 聚苯乙烯保溫板阻燃性能研究進展

聚苯乙烯保溫板具有機械強度高、隔熱性能優(yōu)良以及吸水性低等特點，廣泛用于建筑物外墻保溫。普通聚苯乙烯板的極限氧指數(shù)（LOI）只有16.8%，熱釋放率峰值約為1 300 kW/m2，一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢會急劇蔓延。因此，必須對聚苯乙烯進行阻燃處理。

1.1 使用無機水泥作為阻燃劑

范淵源等［3］采用無機水泥阻燃劑填充聚苯乙烯泡沫塑料空隙制備可發(fā)性聚苯乙烯（EPS）阻燃保溫板。無機水泥阻燃劑組成為MgSO45 phr，MgO 5 phr，水10 phr。將無機水泥阻燃劑倒在EPS板上并用真空設(shè)備將阻燃劑吸入EPS空隙中，制備的EPS阻燃保溫板的LOI達33.5%，導熱系數(shù)為0.045 W/（m·K），密度為0.68 kg/m3，適合樓房外層和保溫層使用。于水軍等［4］以α-半水石膏作為硫氧鎂水泥的改性劑對聚苯乙烯顆粒進行包覆改性制作防火門芯板。使用質(zhì)量比為1∶2∶2的MgSO4·7H2O、輕燒氧化鎂、α-半水石膏，先將輕燒氧化鎂粉體與α-半水石膏粉體預(yù)混后加入MgSO4溶液中攪拌均勻，保持固液質(zhì)量比為1；之后加入聚苯乙烯顆粒并攪拌均勻加入模具中，室內(nèi)靜置24 h脫模養(yǎng)護至恒重，制備了干密度分別為500，450，400，350，300 kg/m3的無機包覆聚苯乙烯防火門芯板試塊。研究表明，隨著干密度的增大，耐火時間及燃燒熱值下降，抗壓強度損失率提高，能夠滿足防火門芯板耐火性能標準。成都固迪新型建材有限公司［5］公開了一種不燃型聚苯乙烯顆粒復(fù)合保溫板的制備方法，原料組成為：水泥漿206.0～258.0 phr、改性聚苯乙烯22.0～40.0 phr，聚硅氧烷粉末2.5 phr、可分散乳膠粉3.0 phr、聚乙烯醇膠水9.0 phr、改性引氣劑3.0～6.0 phr及復(fù)合顆粒（由磷酸銨鈉和羥丙基甲基纖維素按質(zhì)量比為1.0∶1.1預(yù)混后均勻擠出造粒，粒徑為0.6 mm）1.5～2.5 phr。其中，改性聚苯乙烯基料是由20 kg聚苯乙烯顆粒在溫度為95 ℃、空氣相對濕度為77%的條件下，用400 W的紫外光燈輻照4 d制得；將老化后的基料與質(zhì)量分數(shù)為19%的苯丙乳液6 kg靜置養(yǎng)護12 min，溫度75 ℃，空氣相對濕度為25%，制得改性聚苯乙烯。以上物料混合攪拌2 min后，邊攪拌邊加入復(fù)合顆粒4.0 phr，攪拌速率為60 r/min，復(fù)合顆粒的加入速率為0.8 kg/s，加入完畢后靜置2 min，得到水泥基聚苯乙烯漿料；將漿料倒入模具中進行模壓成型，模壓壓力為0.2 MPa，時間為5 min，成型溫度為105 ℃，制得不燃型聚苯乙烯顆粒復(fù)合保溫板，其抗壓強度0.4 MPa，抗拉強度0.25 MPa，抗折強度0.27 MPa，導熱系數(shù)0.020 W/（m·K），防火等級A1級。所制保溫板抗壓強度、抗拉強度和抗折強度佳，保溫性能好，防火等級高，耐火性能優(yōu)異。

1.2 使用無鹵阻燃劑

王恩洪等［6］以EPS為基材，酚醛樹脂（PF）為膠黏劑，可膨脹石墨（EG）與聚磷酸銨（APP）為阻燃劑，首先將EPS顆粒預(yù)發(fā)泡，于50 ℃烘干2 h后室溫放置至少4 h熟化備用。取EPS 100 phr，PF 90 phr，交聯(lián)劑20 phr，EG 4 phr，APP 8 phr，將PF與阻燃劑混合并攪拌3～5 min，制備阻燃包覆液，將EPS泡沫顆粒與包覆液混合并攪拌5 min，加入交聯(lián)劑攪拌2 min后取出壓制5 min成型，壓力7 MPa，上、下模板溫度100～105 ℃。所制EPS泡沫保溫板LOI達33.0%，拉伸強度和壓縮強度分別為0.310，0.109 MPa。王雅珍等［7］以改性APP、氧化石墨烯和改性脲醛樹脂為原料制備阻燃包覆劑，并刷涂在EPS泡沫板表面，制備阻燃復(fù)合材料。當改性APP質(zhì)量分數(shù)為20%以上，阻燃包覆劑與EPS質(zhì)量比超過3∶1時，復(fù)合材料LOI可達34.7%，垂直燃燒等級達UL 94 V-0級。李永慶［8］以PF為基體，多聚磷酸銨、紅磷、氫氧化鎂為復(fù)合阻燃劑、加入硅烷偶聯(lián)劑并攪拌均勻，再加入到預(yù)發(fā)泡并熟化好的聚苯乙烯泡沫中，攪拌均勻后加入固化劑混合1 min后烘干造粒。然后經(jīng)預(yù)熱、合模、加料、 加熱、冷卻、脫模、熟化制得無鹵阻燃聚苯乙烯保溫板，該保溫板LOI為30.5%，壓縮強度為205 kPa，導熱系數(shù)為0.039 W/（m·℃），阻燃性能良好。

2 聚苯乙烯板隔音性能研究進展

傳統(tǒng)的隔聲材料為厚重的金屬或無機材料。高分子材料質(zhì)輕且易加工，尤其泡沫塑料通過氣孔中氣體的滯流與壓縮使聲波散逸，起到隔音效果，但由于其面密度和彈性模量較低，很難滿足實際應(yīng)用要求。因此，需要對輕質(zhì)隔聲材料和結(jié)構(gòu)進行研究。

重慶亦緣鳶科技有限公司［9］開發(fā)了一種含有玻璃纖維的聚苯乙烯吸音板，原料包括聚苯乙烯25 phr、短切玻璃纖維20 phr、聚苯醚-馬來酸酐12 phr、鎂合金微粉6 phr、聚氧化烯烴-聚硅氧烷共聚物3 phr、三聚氰胺30 phr、磷酸9 phr、偏高嶺土7 phr、滑石粉5 phr、氫氧化鋁2 phr、硼酸鋅1 phr，水30 phr。將聚苯乙烯、短切玻璃纖維、聚苯醚-馬來酸酐、鎂合金微粉和聚氧化烯烴-聚硅氧烷共聚物混合，攪拌均勻，加入高壓釜，調(diào)整溫度為115 ℃，壓力為22.5 MPa，持續(xù)攪拌混合物成液狀；之后向高壓釜中通入超臨界氮氣，繼續(xù)攪拌混煉65 min直到完全混合。壓力降至2.0 MPa靜置3 h后，將混合物擠壓成型造粒，得到粒徑為（2.5±0.1）mm的輕質(zhì)吸音顆粒。使用熱水、三聚氰胺、滑石粉、硼酸鋅制備阻燃膜液。使用磷酸、偏高嶺土、氫氧化鋁和水制備耐火膠液。將輕質(zhì)吸音顆粒、阻燃膜液、耐火膠液混合，攪拌器內(nèi)溫度為55 ℃，使阻燃膜液和耐火膠液包裹在輕質(zhì)吸音顆粒表面，得到輕質(zhì)吸音顆粒混合物。將輕質(zhì)吸音顆?；旌衔镒⒛３尚停瑝毫?.12 MPa，冷卻，脫模，養(yǎng)護，得到輕質(zhì)含玻璃纖維的聚苯乙烯吸音板。該吸音板的密度為0.79 g/cm3，隔聲量為19.3 dB，拉伸強度為 57.2 MPa，彎曲強度為73.5 MPa，LOI為38.3%，垂直燃燒等級為UL 94 V-0級，吸音消音效果好，剛性強度和阻燃效果也很好，且容易安裝。

針對傳統(tǒng)聚苯乙烯板隔音性能和抗沖擊性能不佳的問題，佛山市禪城區(qū)諾高環(huán)保科技有限公司［10］公開了一種耐沖擊隔音聚苯乙烯板的制備方法。第一步制備合金添加劑。將鉍粉2.5 phr、鉛粉1.0 phr、錫粉1.6 phr、液體石蠟350.0 phr高溫攪拌得到液體石蠟混合物，降溫后加入液體石蠟混合物質(zhì)量0.1%的硬脂酸，攪拌后冷卻至室溫，再離心分離，與三氯甲烷按質(zhì)量比50∶5混合，經(jīng)超聲分散、離心分離、過濾、干燥，得到合金添加劑。第二步制備改性微球。將4,4'-二氨基二苯醚3 phr與N,N-二甲基甲酰胺10 phr混合得到分散相。將表面活性劑1 phr與液體石蠟5 phr混合得到連續(xù)相。3 phr分散相與1 phr連續(xù)相混合并劇烈攪拌，超聲分散后得到混合乳化液。將12 phr混合乳化液與3 phr合金添加劑混合，超聲分散后在氮氣氛圍下攪拌得預(yù)處理乳化液，然后分3次加入均苯四酸酐，加入的總質(zhì)量為預(yù)處理乳化液質(zhì)量的90%，再加入預(yù)處理乳化液質(zhì)量30%的乙酸酐混合液，攪拌反應(yīng)后，過濾，洗滌，干燥，得到微球。將1 phr微球與15 phr合金添加劑混合，加熱至合金熔化后，降至室溫，得到改性微球。將1 phr聚苯乙烯、10 phr苯乙烯混合液（苯乙烯與二乙烯苯質(zhì)量比為8∶1）以及聚苯乙烯質(zhì)量50%的改性微球攪拌混合，得到聚苯乙烯混合料，將聚苯乙烯混合料用100 Gy/minγ射線輻照，輻照溫度為20 ℃，至聚苯乙烯混合料表面凝固，得到聚苯乙烯板坯料，將聚苯乙烯板坯料熱壓處理，在溫度為120 ℃，壓力為15 MPa的條件下壓制2 h，得到耐沖擊隔音聚苯乙烯板。簡支梁無缺口沖擊強度為0.788 kJ/m2，計權(quán)隔聲量為62 dB。該耐沖擊隔音聚苯乙烯板具有優(yōu)異的抗沖擊性能和隔音性能。

成都新柯力化工科技有限公司［11］針對高頻聲音的阻隔效果差，泡沫塑料存在面密度和彈性模量較低等缺點，開發(fā)了一種隔音聚苯乙烯/氧化石墨烯微孔泡沫塑料。首先，通過分散聚合法制備單分散聚苯乙烯交聯(lián)微球，并以36 phr聚苯乙烯交聯(lián)微球為種子，60 phr 1,2-二氯乙烷為溶脹劑，在36 ℃條件下溶脹23 h，并加入4 phr發(fā)泡劑偶氮二甲酰胺，制得混合液；然后，將7 phr氧化石墨烯分散于65 phr芘甲酸溶液中，再加入到混合液中，以5 ℃/min升溫到78 ℃，恒溫62 min，然后加入27 phr苯乙烯單體、1 phr過氧化二苯甲酰，于79 ℃進行種子乳液聚合3.5 h，得到含有氧化石墨烯的核殼微球發(fā)泡劑；最后，將24 phr核殼微球發(fā)泡劑與76 phr聚苯乙烯高速混合，在溫度為122 ℃、壓力為2 MPa的條件下熱壓成型，保壓時間為15 s，得到隔音聚苯乙烯/氧化石墨烯微孔泡沫塑料。該材料在5 000 Hz的吸聲系數(shù)為0.98，20 000 Hz的吸聲系數(shù)為0.91；隔聲指數(shù)在5 000～10 000 Hz時為65.5 dB，在10 000～17 000 Hz時為59.3 dB，在17 000～200 000 Hz時為55.1 dB，對于聲波具有較好的阻隔作用，特別是提高了對于高頻聲音的阻隔性。

安徽微威膠件集團有限公司［12］公開了一種聚苯乙烯隔音板材料的制備方法。原料為空心二氧化硅微球20.00 phr、叔丁基對二苯酚1.00 phr、苯乙烯200.00 phr、過硫酸銨5.00 phr、三聚氰胺2.00 phr、對甲基苯磺酸0.02 phr、飽和十八碳酰胺2.00 phr、環(huán)氧硬脂酸辛酯4.00 phr。以對甲基苯磺酸為摻雜劑，苯乙烯為單體，在引發(fā)劑作用下聚合，然后與三聚氰胺反應(yīng)。首先，將過硫酸銨加入到為其質(zhì)量9倍的去離子水中攪拌均勻，得到引發(fā)劑溶液；再將空心二氧化硅微球與飽和十八碳酰胺混合并加入到引發(fā)劑溶液質(zhì)量17倍的去離子水中，超聲40 min，得到十八碳酰胺水分散液；然后，將對甲基苯磺酸與苯乙烯混合，加入到十八碳酰胺水分散液中，攪拌均勻，加入反應(yīng)釜中，通入氮氣，溫度為70 ℃，加入引發(fā)劑溶液，保溫攪拌6 h，出料冷卻，得到聚合物分散液；最后，將三聚氰胺加入到聚合物分散液中，加入叔丁基對二苯酚，升溫到85 ℃，保溫攪拌2 h，抽濾并水洗濾餅，濾餅與環(huán)氧硬脂酸辛酯混合送入到擠出機中擠出，得到聚苯乙烯隔音板材料。該材料的拉伸強度為58.3 MPa，面密度為86 kg/m2，隔音量為50.3 dB，力學性能良好，隔音性能較強。

3 結(jié)語

聚苯乙烯保溫材料具有良好的熱穩(wěn)定性能、隔熱性能和防水性能，并且易于加工，廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域。通過對聚苯乙烯保溫板的阻燃性能和隔音性能的研究，開發(fā)的阻燃性能強、隔音效果好的聚苯乙烯保溫板可滿足不同功能的建筑應(yīng)用。