聚苯乙烯保温板无卤阻燃研究

王兴文 王健

【摘要】本文研究可膨胀石墨阻燃体系与热固性酚醛树脂对可发性聚苯乙烯无卤阻燃效果、保温性能和力学性能的影响规律，对红磷RP、高聚磷酸铵APP、氢氧化铝ATH在此膨胀体系的的协效作用进行了深入的研究，对EPS阻燃材料进行氧指数测试、力学性能测试、导热系数测试。

【关键词】可发性聚苯乙烯；可膨胀石墨；酚醛树脂、无卤阻燃

目前市场上主要的阻燃EPS板材是由巴斯夫公司生产阻燃EPS珠粒通过发泡成型工艺制成的，这种阻燃EPS保温板的成本很高，其阻燃性能的稳定性很差[1]。因此在以普通可發性聚苯乙烯为原料，包覆EG提高材料阻燃性能的研究进展之上[2-3]，提出在普通预发泡EPS珠粒表面，包裹上一层由多种阻燃剂构成的复合阻燃浆料，然后通过蒸汽模压制成所需形状的板材[4]。通过实验检测数据分析表明，这几种阻燃剂对EPS复合保温板阻燃性能和力学性能的影响规律，从而为获得阻燃性能显著提高、同时又具备较好的力学性能和保温性能的阻燃EPS保温材料提供重要的研究依据。

1 实 验

1.1 实验原料

预发泡的EPS珠粒：可膨胀石墨（EG）：膨胀倍率为180mL/g；红磷、高聚磷酸铵、氢氧化铝：化学纯；酚醛树脂：实验合成。

1.2 试样制备

将预发泡的可发性聚苯乙烯和可膨胀EG、APP、RP、ATH称量后，加入适量的水性胶黏剂热固性酚醛树脂充分搅拌混合，使预发泡的聚苯乙烯颗粒表面充分均匀的包覆上阻燃浆料。通过高温蒸汽模压，使模具里珠粒在高温作用软化并相互交联在一起，形成所需的板材。将制得的板材放入65℃的干燥箱中干燥24小时，制得EPS复合保温板。

1.3 性能测试

按照GBT 2406-2008标准对板材进行氧指数测试，按照GB9641-1988标准，用微机控制的万能试验机测试复合板材的力学性能，按照GBT 10294-2008标准对板材的导热系数进行测试。

2 结果与分析

预发泡EPS珠粒ρ=22g/L 板材尺寸：165*165*25复合板：65℃保温 24 小时 PF添加量为10% 粘度为 20mps 实验中药品使用量为百分比添加量。

编号 EG APP RP ATH 编号 EG APP RP ATH

0 0 0 0 0 6 6 1 1 0

1 4 0 0 0 7 5 0 0 1

2 6 0 0 0 8 6 0 0 2

3 8 0 0 0 9 7 0 0 3

4 10 0 0 0 10 8 0 0 2

5 6 2 0 0 — — — — —

2.1 阻燃剂对 EPS 复合板材阻燃性能的影响

图1 阻燃剂掺量对EPS复合保温板氧指数的影响

图1可以得出

（1） 由1、2、3、4点可以看出随着EG使用量的增加保温板的氧指数也在增大，但在热固性树脂量一定的情况下，EG超过一定量反而会影响对预发泡EPS珠粒的有效包覆性，使氧指数降低。

（2） 由3、5点可以得出聚磷酸铵/可膨胀石墨两者有一定的阻燃协效作用，两者共同加入的氧指数比单独加入EG有明显提高。因为EG热稳定性较低，在220℃是就开始膨胀形成隔热、隔质性能良好的膨胀炭层，有效延缓了热量及氧气和可燃气体的传递；在更高温度下APP在凝聚相以及气相发挥阻燃作用，在350℃～450℃ APP开始分解，形成黏度很大的物质（焦磷酸等）和挥发性的PO· 、PO2·等自由基以及NH3、H2O等不然性气体，前者对可膨胀石墨的膨胀碳层起到很好的粘连作用，增加膨胀炭层的致密性、均匀度和热强度，后者在气相中可以起到捕捉自由基和稀释可燃性气体，使EG/APP阻燃体系具有较好的阻燃效果。

（3） 由3、5、6点可以看出EG/APP/RP三者构成的阻燃体系在相同条件下阻燃效果优于单独使用可膨胀石墨和EG/APP协效阻燃。因为EG在凝聚相发挥阻燃作用，膨胀的炭层上会附有大量的微小红磷颗粒，能够有效的延缓热量、氧气以及可燃气体的传递。

2.2 阻燃剂对 EPS 复合板材力学性能的影响

图2 阻燃剂掺量对EPS复合保温板抗拉强度的影响

图2可以看出

随着阻燃剂总量的增加，抗拉强度呈现减小的趋势。因为复合板抗拉强度主要取决于珠粒之间的结合强度，随着阻燃剂量的增加，珠粒之间有效结合面积会减小，抗拉强度也会减小。

2.3 阻燃剂对 EPS 复合板绝热性能的影响（导热系数测定）

图3阻燃剂掺量对EPS复合保温板导热系数的影响

图3可以看出

在阻燃剂EG和复合阻燃剂逐渐增加用量时，复合保温板的导热系数是逐步升高，因为EG、APP、RP和ATH的导热系数都高于聚苯乙烯保温板。阻燃剂添加量达到最大时复合保温板的的导热系数为0.03251 W /（ m·K）左右，只比未添加阻燃的EPS保温板的导热系数0.03211 W /（ m·K）仅高出1.2%。这说明了添加EG和复合阻燃剂显著提高阻燃效果的同时，并没有使保温板的绝热性能显著降低。

3 结 论

（1） 随着EG使用量的增加保温板的氧指数也在增大，EG/APP阻燃效果要优于单独使用EG阻燃时EPS复合保温板的阻燃性能。

（2） EG/APP/RP可膨胀阻燃体系对聚苯乙烯保温板的协效阻燃效果很好。ATH添加量很少时对EG的协同作用不显著。

（3） 随着阻燃剂总量的增加，聚苯乙烯复合保温板的抗拉强度呈现减小的趋势。

（4） EG和复合阻燃剂显著提高阻燃效果的同时，并没有使保温板的绝热性能显著降低。

参考文献：

[1] 张延年，刘玉萍，曹迎春.现场发泡保温浆料受压性能试验[J].沈阳建筑大学学报： 自然科学版，2012，28（ 1） ： 60 - 65.

[2] 李好管.环保阻燃剂的研究与应用.应用及市场[J]上海化工.2001，12：12-13

[3] Xiao M，Sun L，Liu J，et al.Synthesis and propertiesof polystyrene / graphite nanocomposites [J]. Poly-mer，2002，43（ 8） ： 2245 - 2248.

[4] 欧育湘，李巧玲.未来的高效阻燃系统[J].化工进展，1998，17（ 4） ：14-16.