一种一体板聚苯颗粒层砂浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑用保温材料技术领域，尤其涉及一种一体板聚苯颗粒层砂浆及其制备方法。

背景技术

目前，我国在新建节能建筑和既有建筑节能改造时，多采用在建筑外墙施工铺设保温板的形式，而由保温层、强力复合胶以及饰面涂层的保温一体板就是现有技术中保温板的常用保温材料。

传统的无机保温材料如岩棉、膨胀珍珠岩等，其具有很好的防火性能，但其保温效果不好，并且吸水率大，在吸水后使用效果以及强度均大幅降低，应用时局限性较大。传统的有机保温材料如聚苯板和挤塑聚苯板，其以聚苯颗粒为保温砂浆的主要骨料，导热系数低、保温性能好，并且具有质轻、吸震、低吸潮、易成型且价格低等优势，可适用于多种建筑墙体，但是其防火性能差，阻燃等级只能达到B2级，并且后期易出现变形，力学性能有待加强。

现有技术中提供了一些提高一体板的阻燃性和力学强度的技术方案，例如，采用玻化微珠代替聚苯颗粒作为骨料；或者，在一体板的聚苯颗粒保温层的外侧增加由阻燃材料制成或者具有阻燃效果的阻燃层。然而，采用其他骨料或者的成本增高，并且玻化微珠的吸水性大、有一定的收缩率，粘结性也不高，使其应用受限；而采用增加阻燃层的方式，容易使其整体的重量增加，与墙体的粘结性降低，从而增加施工难度。

发明内容

为了解决上述问题，本申请旨在提供一种通过改性聚苯颗粒的方式获得的、具有显著提高的防火性能和力学强度的保温一体板聚苯颗粒层砂浆，以及该砂浆的制备方法。

一方面，本发明提供了一种一体板聚苯颗粒层砂浆，按质量份数计，包括：

水泥700-900份，

水600-700份，

粉煤灰150-300份，

胶粉8-10份，还包括：

改性聚苯颗粒2-3立方米；

所述改性聚苯颗粒采用聚苯颗粒经过改性剂进行改性制备获得，所述改性剂的加入比例为：1m

优选的，所述聚苯颗粒和改性剂的比例可以是1m

进一步地，所述改性剂由质量比为(0.2-0.4)：(0.14-0.16)：(0.04-0.06)：(1.2-1.4)：(0.15-0.18):(0.02-0.05)的硅烷偶联剂KH560、纳米二氧化硅、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰亚胺液态树脂、聚二甲氧基硅氧烷和OP-10组成。

进一步地，所述聚苯颗粒的粒径为5-6mm，堆积密度为8-10kg/m

进一步地，所述改性聚苯颗粒的制备方法如下：

步骤一、将聚苯颗粒与乙醇混合，超声处理以清洗并活化颗粒表面；

步骤二、将聚苯颗粒过滤分离，置于干净的器皿中，用机械搅拌器以50-80r/min的转速进行缓慢搅拌，并且边搅拌边加入部分改性剂，加入完成后，继续在120r/min的条件下搅拌改性5-10min；

步骤三、搅拌完成后，将混合组分转移至超声清洗仪中，再加入另一部分改性剂，继续进行超声分散改性，超声20-30min后，将聚苯颗粒过滤分离并干燥，即得所述改性聚苯颗粒。

进一步地，所述水泥采用普通硅酸盐水泥PO.42.5；和/或，

所述胶粉包括质量比为(3-4):(5-6)的瓦克胶粉和戈麦斯胶粉。

进一步地，所述砂浆还包括0.5-2份抗裂剂、0.5-2份外加剂和1-3份增稠剂。

进一步地，所述抗裂剂包括pp纤维；所述外加剂包括纤维素和酰胺；所述增稠剂包括淀粉醚。

进一步地，所述pp纤维的纤维长度为8-10mm；和/或，

所述外加剂包括0.1-1质量份的羟丙基甲基纤维素和0.1-1质量份的聚丙烯酰胺。

另一方面，本申请还提供了上述一体板聚苯颗粒层砂浆的制备方法，包括以下步骤：

按照质量份数配比分别称取各原料，先将水泥、水、淀粉醚和pp纤维置于砂浆搅拌机中搅拌混合，再向砂浆搅拌机中加入粉煤灰、瓦克胶粉、戈麦斯胶粉、纤维素和酰胺，继续搅拌均匀，最后加入改性聚苯颗粒，继续搅拌10-20min后即得。

另一方面，本申请还提供了一种建筑外墙用保温一体板，所述一体板由一侧向另一侧依次为保温层、胶粘层和饰面层，所述保温层采用上述砂浆制成，厚度为20-80mm。

另一方面，本申请还提供了上述建筑外墙用保温一体板的制备方法，该制备方法可以采用现有技术中提供的一体板制作方法，例如，在饰面层和保温层的表面分别涂覆保温板用粘胶，再将饰面层和保温层通过涂覆有粘胶的表面紧紧贴合在一起形成胶粘层。其中，保温层使用本申请提供的砂浆制得，优选的，可以采用模压成型的方式。

通过本发明提供的一体板聚苯颗粒层砂浆能够带来如下有益效果：

1、本申请所提供的一体板聚苯颗粒层砂浆，采用改性后的聚苯颗粒作为砂浆骨料，并对改性剂进行了筛选和优化，相较于以传统的未经任何改性的聚苯颗粒为骨料制成的砂浆，能够显示出显著提升的阻燃性能和优异的抗压强度，并且抗吸水率也得到改善。

2、本申请所提供的一体板聚苯颗粒层砂浆的制备方法，操作简单，易于工业化，其通过将聚苯颗粒与特定种类和质量比例的改性剂采用特定的方法进行改性，具有很好的改性效果；其中，聚酰亚胺具有优异的耐热性和力学强度，采用先用硅烷偶联剂机械搅拌处理，再于超声条件下加入聚酰亚胺的方式能够有助于将聚酰亚胺更多且更有效的连接或附着或包裹在聚苯颗粒的表面，实现对其改性，并且，多种助剂例如纳米二氧化硅和PVP的加入，有利于进一步提高聚酰亚胺的改性效果，而适量疏水性的硅氧烷辅以少量乳化剂能够改善采用聚酰亚胺改性时造成的吸水率上升的问题，因此，本申请提供的砂浆在采用特定的组分配比以及特定的制备方法下，进一步所制成的一体板具有优异的保温、阻燃、抗压和耐水性能。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面以实施例的方式进行详细说明。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

下述实施例中所使用的性能测试实验方法如无特殊说明，均为本领域已知的常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂以及实验仪器等，如无特殊说明，均可从商业途径得到；其中，聚苯颗粒采用威海金象实业有限公司提供的普通原发聚苯颗粒，该聚苯颗粒的粒径5-6mm的体积百分比为98.5％，堆积密度为9.65kg/m

其中，超声处理可以采用超声清洗仪进行操作，超声频率20-30kHz；砂浆的搅拌混合采用JS卧式砂浆搅拌机进行操作。

实施例1

该实施例提供了一种一体板聚苯颗粒层用的砂浆，该砂浆按质量份数计，包括：

普通硅酸盐水泥PO.42.5 800份，水650份，粉煤灰200份，胶粉9份(包括4份瓦克胶粉和5份戈麦斯胶粉)，pp纤维1份(纤维长度为9mm)，外加剂1.25份(包括0.5份的羟丙基甲基纤维素和0.75份的聚丙烯酰胺)，2份淀粉醚，基于上述组分的混合，还包括改性聚苯颗粒2.5立方米。

在该实施例中，改性聚苯颗粒采用以下方法制备获得：

步骤一、将聚苯颗粒(粒径5-6mm，堆积密度9.65kg/m

步骤二、处理完成后，将聚苯颗粒过滤分离，置于干净的器皿中，用机械搅拌器以60r/min的转速进行缓慢搅拌，并且边搅拌边加入部分改性剂，加入完成后，继续在120r/min的条件下搅拌改性5-10min；

步骤三、搅拌完成后，将混合组分转移至超声清洗仪中，再加入另一部分改性剂，继续进行超声分散改性，超声20-30min后，将聚苯颗粒过滤分离并干燥，即得所述改性聚苯颗粒。

在本实施例中，加入的改性剂的种类为硅烷偶联剂KH560和聚酰亚胺液态树脂，具体的加入方式如下：

以1m

其中，在步骤二中用机械搅拌器边搅拌边加入液体硅烷偶联剂KH550，添加比例为1m

上述实施例提供的砂浆采用以下方法混合制备：

按照质量份数配比分别称取各原料，先将普通硅酸盐水泥PO.42.5、水、淀粉醚和pp纤维置于砂浆搅拌机中搅拌混合，再向砂浆搅拌机中加入粉煤灰、瓦克胶粉、戈麦斯胶粉、羟丙基甲基纤维素和聚丙烯酰胺，继续搅拌均匀，最后加入改性聚苯颗粒，继续搅拌10-20min后即得一体板聚苯颗粒层用的砂浆。

实施例2-6

实施例2-6提供的砂浆与实施例1大致相同，区别仅在于，对聚苯颗粒进行改性的改性剂种类以及质量比例不同，但改性剂的总添加比例仍为1m

对比例1

该对比例提供的砂浆采用与实施例1相同的方法制备获得，区别仅在于，使用未经改性的聚苯颗粒制备砂浆。

将上述各实施例和对比例提供的砂浆制成建筑外墙用保温一体板，其中，该一体板由一侧向另一侧依次为保温层、胶粘层和饰面层，保温层采用上述砂浆制成，厚度为50mm。该一体板的制备方法可以采用现有技术中提供的制作方法，例如，采用模压成型的方式将砂浆制成保温层，再于饰面层和保温层的表面分别涂覆保温板用粘胶，并将饰面层和保温层通过涂覆有粘胶的表面紧紧贴合在一起形成胶粘层，即获得保温一体板。

对上述各实施例和对比例的砂浆制成的一体板进行性能测试。其中，参照《YB/T4130-2005耐火材料导热系数试验方法(水流量平板法)》对上述一体板产品进行导热系数的检测；参照《JC/T984-2011聚合物水泥防水砂浆》对上述一体板产品进行抗压强度和吸水率的检测；参照《GB/T8624-2012建筑材料及制品燃烧性能分级》对上述一体板产品进行燃烧等级的检测。所得结果如表1所示。

表1

由表1中的数据可知，用聚酰亚胺改性后的聚苯颗粒在应用于一体板砂浆时，能够显著降低一体板的导热系数，提高其保温性能，并且还能够显著提升一体板的抗压强度和阻燃性能。与此同时，在仅使用硅烷偶联剂的情况下，聚酰亚胺对聚苯颗粒的改性效果并不理想，而加入分散剂纳米二氧化硅和聚乙烯吡咯烷酮PVP有助于提高聚酰亚胺对聚苯颗粒的改性效果。

然而，上述实施例提供的一体板的抗吸水性却差于未改性的聚苯颗粒，并且低于JC/T984-2011的吸水率标准(要求≤6％)，这是由于聚酰亚胺具有一定的吸水性，因此尽管使用聚酰亚胺改性能够提高其耐热性和阻燃性，但仅使用聚酰亚胺对聚苯颗粒进行改性不利于提升其抗吸水性，限制该保温一体板的应用。因此，以下进一步以性能测试最优的实施例7获得的砂浆为基础组合物的组分，继续优化改性剂的种类和配比，以在保持该砂浆优异的保温、阻燃和力学性能的同时，改善其抗吸水效果，所得结果见表2。

表2

由表2中的数据可知，在对聚苯颗粒的改性过程中，同时加入疏水性好的聚二甲氧基硅氧烷有利于提升聚酰亚胺改性聚苯颗粒的抗吸水性，并且加入适量的乳化剂OP-10能够在改善其抗吸水效果的同时，保持该砂浆优异的保温性能和力学性能，同时进一步提高其阻燃性。

其中，采用实施例10和11提供的特定质量比例的改性剂组合对聚苯颗粒进行改性，获得的改性聚苯颗粒在制成砂浆后，所获得的一体板具有最低的导热系数，显著提升的抗压强度和阻燃等级，以及显著相抵的吸水率，因此将实施例10和11作为最优实施例，其所用的改性剂的种类以及质量比例为：KH560：纳米二氧化硅：PVP：聚酰亚胺：聚二甲氧基硅氧烷：OP-10＝0.3：0.15：0.05：1.3：(0.15-0.18):(0.02-0.05)。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。