尹建平，张国玉，童晓鹏，李志龙（天伟化工有限公司，新疆 石河子 832000）

硬质PVC高发泡保温板制备研究

尹建平，张国玉，童晓鹏，李志龙
（天伟化工有限公司，新疆 石河子 832000）

采用模压法制备了硬质聚氯乙烯（PVC）发泡保温材料，研究了 PVC 树脂的型号、发泡剂 A 和B 的配比及用量、溶剂的性能和填料的用量对 PVC 发泡倍率的影响，以及阻燃剂用量对 PVC 泡沫塑料阻燃性能的影响。

聚氯乙烯树脂；溶剂；阻燃性能

1 前言

1.1 背景

从既有建筑来看， 中国现有的 400 多亿平方米既有建筑中，2010 年以前至少有 1/3 即大约 130 多亿平方米需要进行节能改造，按 200 元/m2改造成本计算，仅既有建筑节能改造对建筑节能装饰产品的需求约为 26 000 亿元。

从新建建筑来看，2020 年以前， 中国平均每年新增建筑面积约 20 亿平方米， 按 150 元/m2成本计算，新建建筑每年带来的市场需求约为 3000 亿元[1]。

由此可见，中国的建筑节能的市场发展空间极大。在建筑节能的各项措施中，对建筑物的围护结构采取保温隔热措施以提高热工性能，是最重要的节能手段之一。而目前对外墙保温的主流方式以外墙外保温为主,因此，建筑节能市场发展空间直接决定了外墙外保温材料市场的发展空间。开发外墙外保温技术符合中国建筑节能产业化发展方向，政策窗口打开后，中国的保温材料应用领域得以拓宽，其市场未来前景值得期待。

1.2 国内保温材料现状

从目前中国外墙外保温体系的市场状况来看，由于市场刚刚起步，标准尚不健全，因此存在较多的问题，最为突出的是保温材料耐火等级问题。在国内的保温材料上，燃烧材料能达到 A级的无机材料仅占不到 10%的市场份额，其保温性能无法跟许多有机材料媲美， 燃烧材料能达到B1级的材料仅占不到 20%的市场份额，且其价格昂贵，其余 70%以上均是价格低廉的可燃、易燃的材料[2]。 其中 ，如聚氨酯、聚苯乙烯等泡沫保温材料，大多数泡沫塑料基材本身就可燃，需要添加大量阻燃物质，才能达到阻燃自熄要求。 PVC 发泡产品本身原料就具备阻燃自熄性能，而且毒性低，保温性能好，可以达到 B1 级难燃。从原料角度来说，聚氯乙烯泡沫塑料是所有泡沫塑料品种中最便宜易得的原料，PVC 发泡板保温材料可以满足市场需求。

1.3 实验的创新点、目的及意义

本课题制作的硬质 PVC 高发泡板的 特 点是阻燃性好、吸水率低、物理性能优异，这些也是本项目的创新点。

本课题研究的目的:（1）采用聚氯乙烯糊树脂为原料，高沸物为溶剂，设计优异的配方达到与国外同类产品的性能结果；（2）采用交联技术对发泡进行改性，提高其多方面性能，以便符合应用的条件；（3）优化生产工艺，实现大规模工业化生产的需要。

本课题研究的意义：（1）采用聚氯乙烯树脂为原料，由于聚氯乙烯树脂相比其他有机泡沫原料价格低廉，生产成本低；（2）是采用交联改性提高发泡板材的性能，提高了产品质量，适应了社会对环保性的要求，提高了市场竞争能力；（3）由于国外类似产品占据市场主流，若能顺利工业化生产，能够打破这种垄断局面，为中国工业发展做出贡献。

2 实验内容

2.1 实验原料（见表 1）

表1 实验原料一览表

2.2 主要实验设备（见表 2）

表2 实验设备一览表

2.3 实验过程

先将所有粉料准确称量，一次性加入捏合机中，捏合 15 min。 接着准确称取高沸物和钙锌稳定剂加到捏合机中，捏合30 min。然后将捏合均匀的混合物加入到发泡机加热板上的金属模具内，当料完全充满模具后合模，升温至 175 ℃后，保 压 20 min。 随后冷却至 60 ℃，开模泄压，取出发泡板放入 80 ℃的烘箱内，放置2h后拿出，冷却至室温后再次放入50 ℃的烘箱内养生8h取出，经修剪得到发泡样板。

3 结果与讨论

3.1 聚氯乙烯树脂选定

PVC 的聚合度对发泡效果的影响比较明显。 聚合度较低时，PVC 树脂易塑化， 但得到的熔体强度差，发泡剂分解后易冲破熔体，发泡倍率较低。 聚合度较高时，一方面导致熔体强度较高，泡孔较小；另一方面，工业生产困难，成本较高，很难推广。经过几次实验对比，最终决定选用聚合度为1 600 的 TPH-31 型聚氯乙烯糊树脂作为本次实验用料； 其次，在实验过程中发现，糊树脂中含水率过高时，对发泡效果影响较大， 故要求聚氯乙烯糊树脂的含水率＜1%时方可直接使用，聚合度与表观密度关系见表 3。

表3 聚合度与表观密度的关系

3.2 溶剂的选择

聚氯乙烯为非晶态极性高聚物，其溶解度参数为 9.5~10，为了提高发泡倍 率，必须选择合 适的溶剂。 经检测，该公司高沸物的主要成分为 1，1-二氯乙烷和 1，2-二氯乙烷， 两者的溶解度参数分别为 9.1 和 9.8，与聚氯乙烯的溶解度参数相近，根据“相似相溶”的规律，完全符合要求。 高沸物变废为宝，降低了发泡板的成本，有助于推广，高沸物成分表见表4。

表4 高沸物成分表

3.3 发泡剂的用量及配比对发泡倍率的影响

发泡剂A和B为常用的塑料发泡剂，两者不能单独使用，当单独使用 A 时，其分解温度较低，交联剂还未起作用时就已分解完全，导致泡孔大小不一，影响力学性能；当单独 使 用发泡剂 B 时，由于 其分解温度较高，交联度很高时才开始分解，导致泡孔较小，影响发泡倍率；经过试验，当发泡剂用量为 8 份，两者比例为 A∶B=1∶3 时，发泡效果最佳；当发泡剂 A和 B 配合使用时，才能与交联 剂完美配合，才 能达到最佳的发泡效果，发泡剂配比对表观密度的影响见表5。

表5 发泡剂配比对表观密度的影响

3.4 阻燃剂的用量对发泡板耐火等级的影响

尽管 PVC 自身具有优异的阻燃性，但经过发泡后会使 PVC 材料自身阻燃性能下降，需要额外添加阻燃剂，使其防火等级达到泡沫材料的使用要求[3]。在本配方中，采用三氧化二锑作为阻燃剂，通过检测确认，当三氧化二锑加入 1 份时，发泡板的阻燃等级能达到 B1 级，非常具有竞争力。

3.5 填料的用量对发泡板容重的影响

为了降低成本，塑料加工当中一般都加入一定量的填料。本次实验采用轻钙和滑石粉配合使用，当两者总量为 30 份，轻钙∶滑石粉=2∶1 时，发泡效果最好。 当填料加入量过少时，收缩较大，发泡板成本较高；当填料加入过多时，发泡板容重过大，影响其使用性能，填料配比对表观密度的影响见表 6。

表6 填料配比对表观密度的影响

4 结论

通过以上实验，生产出了一种高附加值的聚氯乙烯发泡板材。经检测表明，这种新型有机发泡板的各项性能完全满足企业制定的内部标准，同时满足外墙保温材料的使用要求，尤其是其突出的阻燃性能，解决了当下苯板保温体系易燃烧的问题，从而保证了人身和财产安全，为健全外墙保温体系提供了有力的技术保证。 具体检测结果见表7。

表7 发泡板检测指标

这种新型有机泡沫材料，以其优异的物理机械性能和卓越的阻燃性，不仅能作为建筑外墙保温材料，还能广泛应用到如风电叶片、车辆内饰、航空航天等一些特殊领域。

［1］曾 珍，张 雄．建筑保温 材料 的发展．上海 建材，2005，04：28－30．

［2］钱伯 章，朱建 芳．建筑节能 保温 材料技术进 展．建筑节能 ，2009，02：56－60．

［3］苑会林，廖前程．硬 质 交联发泡 聚氯乙烯板材的研究进展．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