一种含发泡聚苯乙烯的保温材料及应用的制作方法

本发明属于保温材料，涉及一种含发泡聚苯乙烯的保温材料及应用。

背景技术：

1、建筑外墙节能领域广泛使用发泡聚苯乙烯（eps）保温材料，因其质轻、导热系数低、施工便捷等优势已成为主流保温材料。但普通eps保温材料极限氧指数低、易燃且燃烧时滴落严重、烟气量大，在建筑节能工程中存在较大安全隐患，限制了其在高层及公共建筑中的进一步应用。

2、为提升eps保温材料的阻燃性能，行业内常添加氢氧化铝、聚磷酸铵、可膨胀石墨等传统阻燃剂，但此类阻燃剂添加量大、与聚苯乙烯相容性差，易导致导热系数升高，影响保温效果；同时，常规阻燃剂多为简单物理共混，难以形成稳定炭层与阻隔结构，阻燃效率偏低，无法实现阻燃与保温性能的协同平衡。

3、碳酸钙、海泡石等无机矿物来源广泛、成本低廉，常作为填料用于保温材料中，但此类矿物本身不具备阻燃活性，仅能起到填充增强作用，无法作为阻燃剂使用。现有技术尚未出现将碳酸钙通过磷酸化包覆与海泡石限域复合构建三层核壳结构并赋予高效阻燃功能的相关报道，因此开发一种将非阻燃矿物改性为高效阻燃剂、兼顾低导热与高阻燃的eps保温材料，具有重要的工程价值与市场前景。

技术实现思路

1、本发明提出了一种基于碳酸钙/磷酸钙/海泡石三层核壳结构的复合阻燃体系，并结合发泡剂的表面改性与双阶侧喂料工艺，旨在制备出一种兼具高阻燃等级与优异保温性能的环保型复合材料。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一方面，本发明提供一种含发泡聚苯乙烯的保温材料，由以下重量份的原料制成：发泡聚苯乙烯45-65份、复合阻燃剂12-25份、增强填料5-12份、复合发泡剂4-8份、润滑剂2-5份、抗氧剂1-3份；

4、其中，所述复合阻燃剂为以碳酸钙为核、磷酸钙为内壳、海泡石为外壳的三层核-壳结构。

5、优选的，所述复合阻燃剂的制备方法包括以下步骤：

6、（1）将碳酸钙于200-300℃干燥2-4h，去除表面吸附水，得到活化碳酸钙；

7、（2）将步骤（1）得到的活化碳酸钙按固液比1:5-10分散于质量浓度5-20%的磷酸溶液中，加入占碳酸钙质量1-5%的十六烷基三甲基溴化铵，于60-90℃搅拌反应2-6h，使碳酸钙表面与磷酸发生酸碱中和沉淀反应，在碳酸钙颗粒表面原位生成磷酸钙包覆层，形成以碳酸钙为核、磷酸钙为壳的核-壳中间体，过滤、洗涤、干燥，得到磷酸化碳酸钙；

8、（3）将步骤（2）得到的磷酸化碳酸钙按固液比1:8-12超声分散于无水乙醇中，加入占磷酸化碳酸钙质量5-15%的海泡石粉和占磷酸化碳酸钙质量1-3%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，于50-70℃搅拌反应3-6h，使海泡石粉锚定在磷酸化碳酸钙表面的磷酸钙层上，形成以碳酸钙为核、磷酸钙为内壳、海泡石为外壳的三层核-壳结构，过滤、洗涤、干燥，即得。

9、优选的，所述增强填料选自玻璃纤维和硅灰石中的一种或多种。

10、更优选的，所述硅灰石为sw-10型号硅灰石。

11、优选的，所述复合发泡剂由偶氮二甲酰胺和碳酸氢钠按质量比1:0.3-0.8复配而成。

12、更优选的，所述碳酸氢钠为表面包覆有硬脂酸钙的改性碳酸氢钠，所述硬脂酸钙的包覆量为碳酸氢钠质量的3-8%；所述偶氮二甲酰胺为经氧化锌活化的改性偶氮二甲酰胺，所述氧化锌的含量为偶氮二甲酰胺质量的2-5%。

13、优选的，所述润滑剂选自硬脂酸锌和硬脂酸钙中的一种或多种。

14、优选的，所述抗氧剂选自抗氧剂1010和抗氧剂168中的一种或多种。

15、另一方面，提供本发明所述的保温材料的制备方法，包括以下步骤：

16、步骤一、将复合阻燃剂和增强填料在高速混合机中于50-80℃预混合10-20min，得到预混料a；

17、步骤二、将发泡聚苯乙烯、预混料a、润滑剂和抗氧剂置于双螺杆挤出机的主喂料口，于170-190℃熔融共混，建立熔体强度，得到共混物b；

18、步骤三、将经氧化锌活化的改性偶氮二甲酰胺从双螺杆挤出机的第一侧喂料口加入，将表面包覆有硬脂酸钙的改性碳酸氢钠从双螺杆挤出机的第二侧喂料口加入，控制机头温度为140-180℃，经熔融混炼、挤出、发泡定型、冷却、牵引、切割，即得。

19、还提供本发明所述的保温材料在制备保温构件中的应用。

20、还提供本发明所述的保温材料在提高保温构件阻燃性能中的应用。

21、需要说明的是，在发泡聚苯乙烯材料中，低导热系数与高阻燃性能通常存在矛盾：阻燃剂的添加会破坏泡孔结构、增加固相传热路径，导致导热系数上升。然而，这一矛盾并非不可调和。本发明通过构建碳酸钙核-磷酸钙内壳-海泡石外壳的三层核-壳结构复合阻燃剂，利用海泡石外壳的纤维状结构在发泡过程中充当泡孔成核剂，促进微孔形成，有效抵消了阻燃剂添加对导热系数的负面影响，实现了低导热与高阻燃的平衡。

22、相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

23、本发明通过构建碳酸钙核-磷酸钙内壳-海泡石外壳的三层核-壳结构复合阻燃剂，并结合特定的改性发泡剂与双阶侧喂料工艺，实现了保温材料在低导热系数与高阻燃等级之间的平衡。具体的，

24、（1）本发明利用复合阻燃剂的微观结构设计打破传统阻燃与保温的矛盾。在该体系中，海泡石外壳作为天然的一维纳米纤维材料，在聚合物熔体中不仅起到物理阻隔作用，更重要的是充当了异相成核位点。在发泡过程中，海泡石显著降低了气泡成核的自由能垒，促进了大量微小且均匀的闭孔结构生成。这种致密的微孔结构极大地延长了热传导路径，抵消了因添加大量无机阻燃剂而导致的导热系数上升。同时，磷酸钙内壳与碳酸钙内核在高温下形成陶瓷化炭层，配合海泡石的骨架支撑作用，在燃烧时能有效隔绝氧气和热传递，从而在极低的添加量下即可达到高阻燃等级，避免了传统阻燃剂大量填充导致的保温性能劣化。

25、（2）本发明保温材料的制备方法并非简单的物理共混，而是针对改性发泡剂特性设计的工艺适配方案。通过将经氧化锌活化的偶氮二甲酰胺与硬脂酸钙包覆的碳酸氢钠分别采用双阶侧喂料注入，精准控制了两种发泡剂在熔体中的分解时序与气体释放速率。这种工艺确保了发泡剂在熔体强度建立的最高点附近才开始剧烈产气，防止了气体过早逸散或泡孔合并，最终在材料内部构建了高闭孔率、窄孔径分布的均质微孔结构，其结果是在复合阻燃剂添加量为12-25份的条件下，依然能够实现低导热系数与高阻燃等级的平衡。

1.一种含发泡聚苯乙烯的保温材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：发泡聚苯乙烯45-65份、复合阻燃剂12-25份、增强填料5-12份、复合发泡剂4-8份、润滑剂2-5份、抗氧剂1-3份；

2.根据权利要求1所述的保温材料，其特征在于，所述复合阻燃剂的制备方法包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的保温材料，其特征在于，所述增强填料选自玻璃纤维和硅灰石中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的保温材料，其特征在于，所述复合发泡剂由偶氮二甲酰胺和碳酸氢钠按质量比1:0.3-0.8复配而成。

5.根据权利要求4所述的保温材料，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的保温材料，其特征在于，所述润滑剂选自硬脂酸锌和硬脂酸钙中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的保温材料，其特征在于，所述抗氧剂选自抗氧剂1010和抗氧剂168中的一种或多种。

8.权利要求1-7任一项所述的保温材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.权利要求1-7任一项所述的保温材料在制备保温构件中的应用。

10.权利要求1-7任一项所述的保温材料在提高保温构件阻燃性能中的应用。