硬質(zhì)PVC高發(fā)泡保溫板制備研究

尹建平，張國(guó)玉，童曉鵬，李志龍（天偉化工有限公司，新疆 石河子 832000）

硬質(zhì)PVC高發(fā)泡保溫板制備研究

尹建平，張國(guó)玉，童曉鵬，李志龍
（天偉化工有限公司，新疆 石河子 832000）

采用模壓法制備了硬質(zhì)聚氯乙烯（PVC）發(fā)泡保溫材料，研究了 PVC 樹脂的型號(hào)、發(fā)泡劑 A 和B 的配比及用量、溶劑的性能和填料的用量對(duì) PVC 發(fā)泡倍率的影響，以及阻燃劑用量對(duì) PVC 泡沫塑料阻燃性能的影響。

聚氯乙烯樹脂；溶劑；阻燃性能

1 前言

1.1 背景

從既有建筑來看， 中國(guó)現(xiàn)有的 400 多億平方米既有建筑中，2010 年以前至少有 1/3 即大約 130 多億平方米需要進(jìn)行節(jié)能改造，按 200 元/m2改造成本計(jì)算，僅既有建筑節(jié)能改造對(duì)建筑節(jié)能裝飾產(chǎn)品的需求約為 26 000 億元。

從新建建筑來看，2020 年以前， 中國(guó)平均每年新增建筑面積約 20 億平方米， 按 150 元/m2成本計(jì)算，新建建筑每年帶來的市場(chǎng)需求約為 3000 億元[1]。

由此可見，中國(guó)的建筑節(jié)能的市場(chǎng)發(fā)展空間極大。在建筑節(jié)能的各項(xiàng)措施中，對(duì)建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)采取保溫隔熱措施以提高熱工性能，是最重要的節(jié)能手段之一。而目前對(duì)外墻保溫的主流方式以外墻外保溫為主,因此，建筑節(jié)能市場(chǎng)發(fā)展空間直接決定了外墻外保溫材料市場(chǎng)的發(fā)展空間。開發(fā)外墻外保溫技術(shù)符合中國(guó)建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向，政策窗口打開后，中國(guó)的保溫材料應(yīng)用領(lǐng)域得以拓寬，其市場(chǎng)未來前景值得期待。

1.2 國(guó)內(nèi)保溫材料現(xiàn)狀

從目前中國(guó)外墻外保溫體系的市場(chǎng)狀況來看，由于市場(chǎng)剛剛起步，標(biāo)準(zhǔn)尚不健全，因此存在較多的問題，最為突出的是保溫材料耐火等級(jí)問題。在國(guó)內(nèi)的保溫材料上，燃燒材料能達(dá)到 A級(jí)的無機(jī)材料僅占不到 10%的市場(chǎng)份額，其保溫性能無法跟許多有機(jī)材料媲美， 燃燒材料能達(dá)到B1級(jí)的材料僅占不到 20%的市場(chǎng)份額，且其價(jià)格昂貴，其余 70%以上均是價(jià)格低廉的可燃、易燃的材料[2]。 其中 ，如聚氨酯、聚苯乙烯等泡沫保溫材料，大多數(shù)泡沫塑料基材本身就可燃，需要添加大量阻燃物質(zhì)，才能達(dá)到阻燃自熄要求。 PVC 發(fā)泡產(chǎn)品本身原料就具備阻燃自熄性能，而且毒性低，保溫性能好，可以達(dá)到 B1 級(jí)難燃。從原料角度來說，聚氯乙烯泡沫塑料是所有泡沫塑料品種中最便宜易得的原料，PVC 發(fā)泡板保溫材料可以滿足市場(chǎng)需求。

1.3 實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)、目的及意義

本課題制作的硬質(zhì) PVC 高發(fā)泡板的 特 點(diǎn)是阻燃性好、吸水率低、物理性能優(yōu)異，這些也是本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)。

本課題研究的目的:（1）采用聚氯乙烯糊樹脂為原料，高沸物為溶劑，設(shè)計(jì)優(yōu)異的配方達(dá)到與國(guó)外同類產(chǎn)品的性能結(jié)果；（2）采用交聯(lián)技術(shù)對(duì)發(fā)泡進(jìn)行改性，提高其多方面性能，以便符合應(yīng)用的條件；（3）優(yōu)化生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的需要。

本課題研究的意義：（1）采用聚氯乙烯樹脂為原料，由于聚氯乙烯樹脂相比其他有機(jī)泡沫原料價(jià)格低廉，生產(chǎn)成本低；（2）是采用交聯(lián)改性提高發(fā)泡板材的性能，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，適應(yīng)了社會(huì)對(duì)環(huán)保性的要求，提高了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力；（3）由于國(guó)外類似產(chǎn)品占據(jù)市場(chǎng)主流，若能順利工業(yè)化生產(chǎn)，能夠打破這種壟斷局面，為中國(guó)工業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 實(shí)驗(yàn)原料（見表 1）

表1 實(shí)驗(yàn)原料一覽表

2.2 主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備（見表 2）

表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備一覽表

2.3 實(shí)驗(yàn)過程

先將所有粉料準(zhǔn)確稱量，一次性加入捏合機(jī)中，捏合 15 min。 接著準(zhǔn)確稱取高沸物和鈣鋅穩(wěn)定劑加到捏合機(jī)中，捏合30 min。然后將捏合均勻的混合物加入到發(fā)泡機(jī)加熱板上的金屬模具內(nèi)，當(dāng)料完全充滿模具后合模，升溫至 175 ℃后，保 壓 20 min。 隨后冷卻至 60 ℃，開模泄壓，取出發(fā)泡板放入 80 ℃的烘箱內(nèi)，放置2h后拿出，冷卻至室溫后再次放入50 ℃的烘箱內(nèi)養(yǎng)生8h取出，經(jīng)修剪得到發(fā)泡樣板。

3 結(jié)果與討論

3.1 聚氯乙烯樹脂選定

PVC 的聚合度對(duì)發(fā)泡效果的影響比較明顯。 聚合度較低時(shí)，PVC 樹脂易塑化， 但得到的熔體強(qiáng)度差，發(fā)泡劑分解后易沖破熔體，發(fā)泡倍率較低。 聚合度較高時(shí)，一方面導(dǎo)致熔體強(qiáng)度較高，泡孔較小；另一方面，工業(yè)生產(chǎn)困難，成本較高，很難推廣。經(jīng)過幾次實(shí)驗(yàn)對(duì)比，最終決定選用聚合度為1 600 的 TPH-31 型聚氯乙烯糊樹脂作為本次實(shí)驗(yàn)用料； 其次，在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，糊樹脂中含水率過高時(shí)，對(duì)發(fā)泡效果影響較大， 故要求聚氯乙烯糊樹脂的含水率＜1%時(shí)方可直接使用，聚合度與表觀密度關(guān)系見表 3。

表3 聚合度與表觀密度的關(guān)系

3.2 溶劑的選擇

聚氯乙烯為非晶態(tài)極性高聚物，其溶解度參數(shù)為 9.5~10，為了提高發(fā)泡倍 率，必須選擇合 適的溶劑。 經(jīng)檢測(cè)，該公司高沸物的主要成分為 1，1-二氯乙烷和 1，2-二氯乙烷， 兩者的溶解度參數(shù)分別為 9.1 和 9.8，與聚氯乙烯的溶解度參數(shù)相近，根據(jù)“相似相溶”的規(guī)律，完全符合要求。 高沸物變廢為寶，降低了發(fā)泡板的成本，有助于推廣，高沸物成分表見表4。

表4 高沸物成分表

3.3 發(fā)泡劑的用量及配比對(duì)發(fā)泡倍率的影響

發(fā)泡劑A和B為常用的塑料發(fā)泡劑，兩者不能單獨(dú)使用，當(dāng)單獨(dú)使用 A 時(shí)，其分解溫度較低，交聯(lián)劑還未起作用時(shí)就已分解完全，導(dǎo)致泡孔大小不一，影響力學(xué)性能；當(dāng)單獨(dú) 使 用發(fā)泡劑 B 時(shí)，由于 其分解溫度較高，交聯(lián)度很高時(shí)才開始分解，導(dǎo)致泡孔較小，影響發(fā)泡倍率；經(jīng)過試驗(yàn)，當(dāng)發(fā)泡劑用量為 8 份，兩者比例為 A∶B=1∶3 時(shí)，發(fā)泡效果最佳；當(dāng)發(fā)泡劑 A和 B 配合使用時(shí)，才能與交聯(lián) 劑完美配合，才 能達(dá)到最佳的發(fā)泡效果，發(fā)泡劑配比對(duì)表觀密度的影響見表5。

表5 發(fā)泡劑配比對(duì)表觀密度的影響

3.4 阻燃劑的用量對(duì)發(fā)泡板耐火等級(jí)的影響

盡管 PVC 自身具有優(yōu)異的阻燃性，但經(jīng)過發(fā)泡后會(huì)使 PVC 材料自身阻燃性能下降，需要額外添加阻燃劑，使其防火等級(jí)達(dá)到泡沫材料的使用要求[3]。在本配方中，采用三氧化二銻作為阻燃劑，通過檢測(cè)確認(rèn)，當(dāng)三氧化二銻加入 1 份時(shí)，發(fā)泡板的阻燃等級(jí)能達(dá)到 B1 級(jí)，非常具有競(jìng)爭(zhēng)力。

3.5 填料的用量對(duì)發(fā)泡板容重的影響

為了降低成本，塑料加工當(dāng)中一般都加入一定量的填料。本次實(shí)驗(yàn)采用輕鈣和滑石粉配合使用，當(dāng)兩者總量為 30 份，輕鈣∶滑石粉=2∶1 時(shí)，發(fā)泡效果最好。 當(dāng)填料加入量過少時(shí)，收縮較大，發(fā)泡板成本較高；當(dāng)填料加入過多時(shí)，發(fā)泡板容重過大，影響其使用性能，填料配比對(duì)表觀密度的影響見表 6。

表6 填料配比對(duì)表觀密度的影響

4 結(jié)論

通過以上實(shí)驗(yàn)，生產(chǎn)出了一種高附加值的聚氯乙烯發(fā)泡板材。經(jīng)檢測(cè)表明，這種新型有機(jī)發(fā)泡板的各項(xiàng)性能完全滿足企業(yè)制定的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)滿足外墻保溫材料的使用要求，尤其是其突出的阻燃性能，解決了當(dāng)下苯板保溫體系易燃燒的問題，從而保證了人身和財(cái)產(chǎn)安全，為健全外墻保溫體系提供了有力的技術(shù)保證。 具體檢測(cè)結(jié)果見表7。

表7 發(fā)泡板檢測(cè)指標(biāo)

這種新型有機(jī)泡沫材料，以其優(yōu)異的物理機(jī)械性能和卓越的阻燃性，不僅能作為建筑外墻保溫材料，還能廣泛應(yīng)用到如風(fēng)電葉片、車輛內(nèi)飾、航空航天等一些特殊領(lǐng)域。

［1］曾 珍，張 雄．建筑保溫 材料 的發(fā)展．上海 建材，2005，04：28－30．

［2］錢伯 章，朱建 芳．建筑節(jié)能 保溫 材料技術(shù)進(jìn) 展．建筑節(jié)能 ，2009，02：56－60．

［3］苑會(huì)林，廖前程．硬 質(zhì) 交聯(lián)發(fā)泡 聚氯乙烯板材的研究進(jìn)展．聚 氯 乙烯，2010，03：1－3．

Study on preparation of rigid PVC high foamed thermal insulation board

YIN Jian-ping，ZHANG Guo-yu，TONG Xiao-peng，LI Zhi-long
（Tianwei Chemical Co.,Ltd.,Shihezi 832000，China）

Using moulding of the rigid polyvinyl chloride （PVC） prepared by the foaming insulation material，studied the type of PVC resin，foaming agent ratio of A and B，and the performance of the dosage，solvent and the influence of the dosage of the packing of PVC foaming ratio and dosage of flame retardant effect on the properties of flame retardant PVC foam.

polyvinyl chloride waste； solvent； flame retardant property

TQ325.3

：B

：1009－1785(2017)02-0019-03

2016-08-12