论文总字数：18340字

摘 要

我国建筑行业在近些年发展迅速，异军突起，建筑用材逐渐多元化、丰富化，目前较热门的材料主要是有机高分子材料，高分子材料因其优异的性能应用在建筑材料各个地方，但它作为一种含有碳、氢元素的有机物，有着非常大的一个缺点，那就是建筑材料非常避讳的易燃性，近十年来，因为建筑材料易燃的缺点，引起了上万次火灾发生，我国已经多次报道提醒，也制定了更加严格高要求的法制法规，但要从根本上解决这件事情，必须从材料阻燃上着手研究。

本文将对高分子材料阻燃改性进行深入研究，综合各方面因素，选取了聚苯乙烯作为建筑高分子材料的代表进行综合研究整理。说到材料阻燃，阻燃剂在其中扮演着非常重要的角色，阻燃剂主要有无机阻燃剂（红磷、氢氧化物、三氧化二锑等）、有机阻燃剂（十溴二苯醚、氯化石蜡、聚磷酸铵等）、复配阻燃剂。对于聚苯乙烯的阻燃方法也是各式各样，目前研究者们常用的主要有五种：聚苯乙烯发泡悬浮聚合阶段加入阻燃剂、聚苯乙烯预发泡粒子的包覆阻燃、聚苯乙烯发泡阶段的浸渍阻燃、聚苯乙烯材料合成后的涂覆阻燃、聚苯乙烯泡沫挤出成型时加入阻燃剂。本次设计实验将选取粉煤灰作为阻燃剂，它的主要成分是三氧化二铝和二氧化硅，还有少量三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾等等，粉煤灰作为阻燃剂不仅经济实惠，它的使用还可以减少对环境的污染，将是阻燃剂的完美选择。此次实验中不同于其他聚苯乙烯阻燃实验的一个地方是在聚苯乙烯发泡完成后再进行阻燃改性，使得材料的阻燃性能进一步提高。选取发泡聚苯乙烯和粉煤灰复合制备建筑阻燃材料，实验中加入有机硅憎水剂增强材料的防水防潮性，加入聚丙烯纤维改善材料的力学性能，加入苯乙烯/丙烯酸共聚物增加聚苯乙烯和粉煤灰两者之间的粘结性。将制得的阻燃建筑材料多次改变其中一种物质的用量，找到物质含量的最佳配比，对材料进行多项性能测试（扫描电子显微镜测试、红外光谱测试、水接触角测试）和阻燃测试（烟密度测试、锥形量热仪测试、极限氧指数测试、水平垂直燃烧速度测试、热重分析），使材料符合国家阻燃规定和标准，符合投入市场使用的标准。

关键词：建筑材料；聚苯乙烯；粉煤灰；阻燃性能

Abstract

China's construction industry in recent years has developed rapidly, the rise of building materials gradually diversified, rich, the current hot materials are mainly organic polymer materials, polymer materials because of its excellent performance in various places, but it as a carbon, hydrogen organic matter, has a very large disadvantage, that is, building materials are very avoided flammable, in the last decade, because of the building materials flammable shortcomings, caused tens of thousands of fires, China has been warned many times, More stringent and demanding legal regulations have also been formulated, but to fundamentally solve this matter, we must start to study the material flame retardant.

In this paper, the flame retardant modification of polymer materials will be studied in depth, comprehensive factors, selected polystyrene as the representative of building polymer materials for comprehensive research and finishing. When it comes to material flame retardant, flame retardants play a very important role in which flame retardants are mainly inorganic flame retardants (red phosphorus, hydroxide, trioxide, etc.), organic flame retardants (decaBDE, chlorinated paraffinwax, ammonium polyphosphate, etc.), and recombinant flame retardants. For polystyrene flame retardant methods are also a variety of, the current researchers commonly used there are five main: polystyrene foam suspension polymerization stage to add flame retardants, polystyrene prefoaming particles cover flame retardant, polystyrene foam inglis phase of impregnated flame retardant, polystyrene material synthesis of coating flame retardant, polystyrene extrudation foam molding to add flame retardants. This design experiment will choose fly ash as flame retardant, its main components are aluminum trioxide and silica, there are a small amount of iron trioxide, calcium oxide, magnesium oxide, potassium oxide and so on, fly ash as a flame retardant not only affordable, its use can also reduce environmental pollution, will be the perfect choice for flame retardants. One of the different places from other polystyrene flame retardant experiments in this experiment is the retardant modification after the completion of polystyrene foaming, which makes the flame retardant properties of the material further improve. Select foampolystyrene and fly ash composite preparation building flame retardant material, add silicone anti-water repellent enhanced material waterproof moisture resistance, add polypropylene fiber to improve the mechanical properties of material, add styrene / acrylic copolymer to increase the bonding between polystyrene and fly ash. The resulting flame retardant building materials have changed the amount of one of the substances several times, the optimal ratio of the material content, the material for a number of performance tests (scanning electron microscopy test, infrared spectral test, water contact angle test) and flame retardant test (smoke density test, cone gauge heat meter test, limit oxygen index test, horizontal vertical combustion speed test, thermal weight analysis), so that the material in line with national flame retardant regulations and standards, in line with the standards used in the market.

Key Words：building materials; polystyrene; fly ash; flame retardant properti

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 阻燃建筑材料国内外研究现状 1

1.3 阻燃建筑材料中的阻燃剂 2

1.3.1 有机阻燃剂 2

1.3.2 无机阻燃剂 3

1.3.3 复配阻燃剂 3

1.4 高分子材料的阻燃 4

1.4.1 高分子材料阻燃的重要性 4

1.4.2 阻燃高分子材料在建筑工程中的应用 4

1.5 聚苯乙烯的阻燃 5

1.5.1 聚苯乙烯概述 5

1.5.2 发泡聚苯乙烯 5

1.5.3 发泡聚苯乙烯的阻燃 5

1.6 粉煤灰 8

1.7 研究目的和意义 8

第2章 实验设计 10

2.1 实验原料 10

2.2 实验仪器 10

2.3 实验步骤 10

2.3.1 聚苯乙烯发泡 10

2.3.2 阻燃材料制备 10

2.3.3 材料性能测试 11

2.3.4 阻燃性能测试 11

2.4 实验创新点 12

第3章 总结及展望 13

绪论

研究背景

近十几二十年来，随着祖国综合实力逐渐增强，建筑行业在我国也有了突飞猛进的发展，我国成为大家口中的建筑大国。全国各地高楼耸立，与此同时，每年不可控家庭火灾频发，如宿舍火灾、实验室火灾以及工厂火灾等等，由于这些地方人口密度大一但发生火灾，将给人力物力带来惨痛的损失，这就对我国建筑材料提出了更高的要求，研究出有用有效的建筑阻燃材料迫在眉睫。

另一方面随着人民生活水平日益提高，在建筑方面要求越来越多，保温技术就是其中之一^[1]。在该工程的进展中，大量的保温材料被需要，目前大量保温材料都是由高分子组成的，包括酚醛树脂，聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯等、环氧树脂等塑料^[2]。这些高分子材料多为聚合物，具有易燃性，如今时代人们对安全问题越发重视,因此保温材料的阻燃改性成为了建筑领域的关注点, 这就需要企业采取必要的手段制作材料，比如在材料中加入阻燃剂。我们这些研究者研发出实用的阻燃建筑材料，提高阻燃材料制备技术越来越迫切，这种节约建筑材料能源的做法也是对祖国节约资源、保护环境政策的积极响应。

阻燃建筑材料国内外研究现状

近几年，我国建筑火灾频频发生，引起了国家和人们的高度重视。相较于外国，我国建筑阻燃技术起步晚，技术发展薄弱，发展过程中存在不少问题，伴随着惨痛的经历^[3]。近几年各单位和学者们的努力研究，虽然阻燃技术有了一定的发展，但还有不小的差距。因此，国家、政府、研究者采取了一定的措施，国家制定了一系列法律法规，对阻燃材料有了更加详细的范围规定，公安部对高层建筑的防火等级确定为A级，对材料的阻燃性能测试也有标准方法^[4]；政府有关部门对建筑材料的阻燃、防火能力以及建筑安全性监管更加严格，阻燃材料、建筑防火市场涌现出了一批批优秀的产品，以次充好的材料越来越少；当然好产品的出现离不开国内外研究者的辛苦付出和积极钻研。

如今我国相关法律法规日渐完善，防火安全性能相关规定日渐明确，生产开发商安全意识逐步提高，建筑阻燃技术逐渐走向正轨，我们仍然不能松懈，应不断向国外学习防火阻燃的先进技术^[5]。

国内外近几年对于阻燃材料的研究有了很大进展：张立强^[6]采用不同于以往的新方法合成了蓖麻油磷酸酯阻燃多元醇，并与膨胀石墨（EG）和磷酸三乙酯（TEP）一起混合制备了生物基阻燃聚氨酯泡沫，通过极限氧指数、热重分析仪等研究了该材料的热稳定性和阻燃性能。结果表明蓖麻油磷酸酯阻燃多元醇和膨胀石墨二者明显提高了聚氨酯泡沫的阻燃性能和热稳性，膨胀石墨（EG）和磷酸三乙酯（TEP）二者的协效作用使得蓖麻油基阻燃聚氨酯泡沫的氧指数最终高达约30%。Ming Xing Ai等^[7]人用混合双组分聚氨酯和膨胀的珍珠岩制备了聚氨酯硬质泡沫/膨胀珍珠岩复合保温材料（PPC），通过小规模的燃烧器试验，结果显示膨胀珍珠岩成分比例对PPC防火性能有较大影响，膨胀珍珠岩成分比例的提高可以降低聚氨酯硬质泡沫/膨胀珍珠岩复合保温材料（PPC）热释放速率，有效提高其阻燃性能。窦家林^[8]采用两步法制备出聚苯乙烯珠粒,不同于其它实验的地方在于他将阻燃剂在聚苯乙烯聚合阶段加入,最终通过一系列后续操作得到了可发性聚苯乙烯泡沫材料，达到了阻燃级别。后通过设计实验对比不同种类阻燃剂和含量对聚苯乙烯发泡产品阻燃性能的影响得出如下结论：当阻燃剂六溴环十二烷和三氧化二锑总量保持不变情况下，无机阻燃剂 Al(OH)₃ / Mg(OH)₂ / P的含量不断增加，阻燃性能越好，当含量达到3.0%时，聚苯乙烯泡沫材料已经可达到难燃等级。Gao等^[9]人在实验室条件下对木塑复合材料（WPC）进行了模拟隔热和氧指数燃烧试验，结果表明木塑复合材料（WPC）是易燃材料。硼酸锌（ZB）和聚磷酸铵（APP）是WPC的有效阻燃剂。高岩^[10]在制备聚苯乙烯建筑材料传统方法的基础上，阻燃剂添加阶段有所改变，他是将阻燃剂在聚苯乙烯树脂发泡过程中加入，制备出了难燃性聚苯乙烯保温建筑材料。

国内外研究者对阻燃建筑材料的研究，推动了我国近年来阻燃技术的不断发展，使我国阻燃技术日渐完善与成熟，促使建筑材料更加环保、节约，人民居住环境更加舒适安全。

阻燃建筑材料中的阻燃剂

中国现在有三种阻燃剂：有机阻燃剂、无机阻燃剂和复配阻燃剂。这三种阻燃剂都有特定的类型，有各自优缺点^[11]。

有机阻燃剂

卤系阻燃剂。主要包括十溴二苯醚、四溴双酚、氯化石蜡、双(六氯环戊二烯)等，该种阻燃剂在阻燃建筑材料中应用最广，具有耐热性好、便宜、相容性好等优点，缺点主要是杂质较多，还可能对人们身体健康和环境存在或多或少的危害^[11]。李全红^[12]在制备阻燃材料PS时将十溴二苯醚和其他一些辅助阻燃剂配合使用，烧失量达27%，阻燃效果非常明显。

磷系阻燃剂。这类阻燃剂种类品种多、应用也比较广，因为其环保效果，近年来备受关注。主要包括：聚磷酸铵、有机磷盐、磷酸酯等。能产生阻燃作用主要是因为燃烧过程中生成磷酸、多磷酸等，促使聚合物碳化形成碳膜，覆盖在材料表面起到隔绝氧气的作用^[13]。Tian Nana等^[14]用笼状二环磷酸盐（SBCPO）和多磷铵（APP）的混合物作为聚丙烯（PP）材料的有机阻燃剂，通过限制氧指数（LOI）、UL-94测试和锥形热量计测试，观察到SBCPO和APP之间的明显协同效应显著改善了PP的阻燃特性。冯国东等^[15]人制得了一种含磷型大分子阻燃剂，通过一系列研究分析，发现其对聚氯乙烯有很好的阻燃性能，明显的提升了聚氯乙烯的极限氧指数，且具有优越的热稳定性。

无机阻燃剂

红磷。红磷比其他磷系阻燃剂阻燃性更好、毒性小，但因其相容性较差、容易燃烧，所以适用范围受限^[2]。

请支付后下载全文，论文总字数：18340字