发泡聚苯乙烯泡沫(泡沫聚苯乙烯)广泛用作用于绝缘建筑的热绝缘体。发泡聚苯乙烯泡沫的优点在于便宜、轻并且具有高加工性，但是缺点在于耐火性非常差并且具有比挤出聚苯乙烯板(XPS板)较低的绝热性。此外，发泡聚苯乙烯泡沫的缺点在于，因为当绝热性不足时为了获得期望的绝热性必须使用更厚的绝缘体，因此其生产成本增加，并且必须增加建筑的内或外壁的厚度。
为了解决上述问题，披露了用于向苯乙烯聚合工艺中加入膨胀石墨的传统技术。
例如，韩国未审查专利公开第10-2006-0030155号，题为“Method for manufacturing expandable polystyrene particles withexcellent thermal insulation capability”，披露了一种制造具有优良的热绝缘性能的可发性聚苯乙烯颗粒的方法，其中在苯乙烯聚合工艺中加入石墨颗粒，并且使用有机溴化物作为阻燃剂，因此改善了可发性聚苯乙烯颗粒的热绝缘性能；韩国未审查专利公开第10-2006-0030155号，题为“Method for manufacturing expandablepolystyrene particles with excellent thermal insulation capability”，披露了一种通过在水中悬浮通过苯乙烯聚合工艺获得的聚苯乙烯颗粒，向水-悬浮的聚苯乙烯颗粒中加入悬浮剂、石墨、有机阻燃剂和溶剂以形成混合溶液，将该混合溶液加热至120℃的温度，向加热的混合溶液中加入发泡剂，然后将所得的产物放置5小时来制造含有石墨的可发性聚苯乙烯珠粒的方法；并且韩国未审查专利公开第10-2007-0053953号，题为“Method for manufacturing expandablepolystyrene particles with excellent thermal insulation capability”，披露了一种通过以下来制造含有石墨的可发性聚苯乙烯的方法：使5wt％的石墨与聚苯乙烯颗粒混合以形成混合物，在220℃的温度下熔化该混合物，挤出该熔化的混合物以形成小聚苯乙烯球粒，然后将该小聚苯乙烯球粒引入到反应器中，使该小聚苯乙烯球粒与水、悬浮剂、有机阻燃剂和发泡调节剂混合以形成混合溶液，将该混合溶液加热到120℃的温度，向加热的混合溶液中加入发泡剂(戊烷)，将所得的产物保持5小时，然后对产物进行脱水并干燥。
上述技术彼此类似的是聚苯乙烯含有石墨，不同之处在于，制备过程彼此不同，并且存在的问题在于，当通过最初发泡可发性聚苯乙烯珠粒、老化发泡聚苯乙烯珠粒，然后使用共知的颗粒方法(particle method)模塑老化的聚苯乙烯珠粒制备发泡聚苯乙烯泡沫时，颗粒之间的粘合性不好，因此很难模塑该聚苯乙烯泡沫。而且，最终发泡的聚苯乙烯泡沫存在的问题在于，它的绝热性随着时间的流逝会变差，因为聚苯乙烯泡沫中含有的石墨具有高吸附性。因此，这些技术并不具有足够的经济效益，因此还不能投入实际应用。
为了解决这些问题，作为用铝粉涂覆可发性聚苯乙烯珠粒的技术，韩国未审查专利公开第10-2007-0076026号披露了用铝颗粒涂覆的可发性聚苯乙烯珠粒以及生产其的方法，其中板状铝粉用树脂(粘合剂)涂覆，然后使用聚丙烯蜡、聚乙烯蜡或聚苯乙烯蜡用板状铝涂覆可发性聚苯乙烯珠粒。
该技术利用其中铝反射红外线的现象来进行，存在的问题在于，尽管铝昂贵，但热绝缘性能的改善不大，并且该过程复杂，使得经济效益不足，结果该技术还没有投入实际应用。
同时，用于克服可发性聚苯乙烯珠粒的另一缺点，即阻燃性不足的常规技术如下：
韩国审查专利公开第10-1999-000001号，题为“Flame-retardantpolystyrene resin and method of preparing the same”，披露了一种通过向聚苯乙烯树脂中加入氯化石蜡、氧化锑、热膨胀石墨等作为阻燃剂制备阻燃聚苯乙烯树脂的方法。
韩国未审查专利公开第10-1995-018241号，题为“Non-halogenflame-retardant polystyrene resin and method of preparing the same”，披露了一种通过使聚苯乙烯树脂与热膨胀石墨、红磷、橡胶等混合以形成混合物，然后加热并挤出该混合物来制备无卤素阻燃聚苯乙烯树脂的方法。
韩国未审查专利公开第10-2007-0043839号，题为“Synergisticflame-retardant mixture for polystyrene foam”，披露了一种通过使聚苯乙烯与作为阻燃剂的有机溴化物和作为阻燃改进剂的六溴环十二烷混合以形成混合物，然后在220℃的温度下熔化并挤出该混合物来制备阻燃发泡聚苯乙烯泡沫的方法。
作为用于向聚苯乙烯树脂中加入各种添加剂如有机阻燃剂、石墨等的上述技术均具有类似的问题：最终产品的物理性能不稳定，在焚烧时产生有毒气体，并且阻燃性的改善不大。
作为用于解决上述问题的常规技术，韩国未审查专利公开第10-2006-0069721号，题为“Method of producing flame-retardantexpandable polystyrene beads containing expandable graphite”，披露了一种通过以下来生产阻燃可发性聚苯乙烯珠粒的方法：将蒸汽施加至可发性聚苯乙烯珠粒以发泡该珠粒，从而将其体积增加至80-130倍，使用热固性酚醛粘合剂(phenol binder)用膨胀石墨涂覆该发泡的珠粒，然后向涂覆有石墨的发泡珠粒中适当地加入有机阻燃剂。
这项技术(其中需要用阻燃剂涂覆具有非常大体积的发泡珠粒的工艺)存在的问题在于，它导致非常高的机械安装成本、生产量和经济效益不足，最终产品的质量不一致，阻燃性的改善不大，并且该发泡珠粒不容易被模塑，因此它没有投入实际应用。
作为用于解决该问题的尝试，韩国未审查专利公开第10-2006-0069721号，题为“Flame-retardant polystyrene foam andmethod of producing the same”，披露了一种通过向预成型聚苯乙烯泡沫中注入其中硅藻土、硅石、三氧化锑等溶于硅酸钠溶液中的混合液体来生产阻燃聚苯乙烯泡沫的方法。该技术存在的问题在于，由于注入预成型聚苯乙烯中的混合液体不容易干燥，因此聚苯乙烯泡沫的产率非常低，并且存在的问题在于，由于硅酸钠溶液与加入的物质之间的化学反应随时间流逝使聚苯乙烯泡沫被氧化，并且当泡沫干燥时阻燃性变差。
为了解决所有上述常见问题，公开了由本发明的发明人提交的题为“Expandable polystyrene bead having improved flame retardance，polystyrene foam using the polystyrene bead and method for producingthe polystyrene foam”的韩国专利公开第10-2006-131769号。
在该技术中，因为该可发性聚苯乙烯珠粒含有0.5-50wt％的锌粉，因此加工性非常好，并且阻燃性也大大改善。然而，该技术存在的问题在于，由于使用相对昂贵的锌粉，因此聚苯乙烯泡沫的生产成本过度增加，并且为了改善阻燃性而增加锌粉的量时，生成的聚苯乙烯泡沫变得很重。

技术问题
因此，紧记现有技术中出现的上述问题，形成本发明，并且本发明的一个目的是提供具有改善的绝热性的可发性聚苯乙烯(EPS)珠粒。
本发明的另一个目的是提供颗粒间具有优异的粘合性的可发性聚苯乙烯(EPS)珠粒。
本发明的另一个目的是提供具有显著改善的阻燃性的可发性聚苯乙烯(EPS)珠粒。
本发明的又一个目的是提供具有改善的绝热性和改善的阻燃性的可发性聚苯乙烯(EPS)珠粒。
本发明的又一个目的是提供具有改善的绝缘性和阻燃性、良好的加工性以及低生产成本的可发性聚苯乙烯(EPS)珠粒。
技术方案
为了实现上述目的，本发明提供了一种可发性聚苯乙烯(EPS)珠粒，包括10-60wt％的粒径为1-50μm的阻燃剂，所述阻燃剂由选自金属或非金属氧化物、金属或非金属氢氧化物、硅酸盐、硼酸盐和碳酸盐中的一种或多种制成。
在下文中，将详细地描述本发明。
可以用于本发明的金属氧化物的实例可以包括氧化亚铁(FeO)、三氧化二铁(Fe2O3)、四氧化三铁(Fe3O4)、氧化铝、氧化锌、氧化镁等。即，大多数金属氧化物可以用于本发明。非金属氧化物的实例可以包括氧化钙(CaO)、硼酸(H3BO3)、硅砂(SiO2)等。
金属氢氧化物的实例可以包括氢氧化镁和氢氧化铝，而非金属氢氧化物的实例可以包括氢氧化钙。
硅酸盐的实例可以包括干燥的硅酸钠、硅藻土等，而碳酸盐的实例可以包括碳酸钙。
为了改善该可发性聚苯乙烯珠粒的阻燃性，本发明中使用的上述材料的各粉末优选是细粉，并且具有1-50μm的粒径。粉末量在10-60wt％的范围内，并且优选15-50wt％。当粉末的量低于该范围时，该可发性聚苯乙烯珠粒的阻燃性没有被充分改善，而当它的量高于该范围时，该可发性聚苯乙烯珠粒的阻燃性也没有被充分地改善，该可发性聚苯乙烯珠粒变得很重，并且该可发性聚苯乙烯珠粒的生产成本过度增加。
用阻燃剂浸渍该可发性聚苯乙烯珠粒的方法可以包括在制备可发性聚苯乙烯珠粒过程中在可发性聚苯乙烯珠粒聚合之前或之后用阻燃剂浸渍可发性聚苯乙烯珠粒的方法以及使用粘合剂用阻燃剂涂覆常用的可发性聚苯乙烯珠粒的方法。措辞“可发性聚苯乙烯珠粒聚合之前”是指苯乙烯单体100％聚合之前。
具体地，用阻燃剂浸渍该可发性聚苯乙烯珠粒的方法可以使用如下方法来进行，其描述在由本发明的发明人提交的韩国未审查专利公开第10-2007-0080205中。
即，可以使用(1)当苯乙烯单体90％以上聚合时，将阻燃剂粉末浸渍到预成型的可发性聚苯乙烯珠粒中，因此使珠粒在聚合苯乙烯单体的过程中胶凝的方法，(2)在苯乙烯单体的聚合完成之前，在苯乙烯单体90％以上聚合的状态中，在将可发性聚苯乙烯珠粒转移至另一个反应器的同时，通过将阻燃剂粉末喷雾到可发性聚苯乙烯珠粒上而用阻燃剂粉末涂覆可发性聚苯乙烯珠粒的方法，(3)通过使阻燃剂与粘性粘合剂混合以形成混合物，然后将该混合物喷雾到该可发性聚苯乙烯珠粒上，用阻燃剂涂覆可发性聚苯乙烯珠粒的方法，以及类似于此的方法。
当使用方法(1)和(2)时，通常，在可发性聚苯乙烯珠粒中很难包括5wt％以上的阻燃剂，并且其中必定不能包括10wt％以上的阻燃剂。其原因在于，当阻燃剂的量超过该范围时，由此获得的可发性聚苯乙烯珠粒的物理性能极大地变差。
因此，为了获得期望水平的阻燃性，当使用方法(1)和(2)时，阻燃剂的量调整在10wt％以内，优选地在5wt％以内，然后必须补充使用方法(3)。
即使当不使用方法(1)和(2)时，也可以直接使用方法(3)。即，常用的不含阻燃剂的可发性聚苯乙烯珠粒用阻燃剂反复涂覆，因此获得包括期望水平的阻燃剂的可发性聚苯乙烯珠粒。
在这种情况下，优选粘性粘合剂的量为5-20wt％。作为粘性粘合剂，可以使用选自硅、液相硅酸钠、油性粘合剂、含水粘合剂、热固性粘合剂、热塑性粘合剂以及它们的混合物中的一种或多种，只要它们用来使阻燃剂可牢固地粘结至可发性聚苯乙烯珠粒即可。然而，因为当初次发泡时可发性聚苯乙烯珠粒膨胀80倍以上，因此优选使用热塑性粘合剂用作粘性粘合剂。此外，优选该粘性粘合剂具有类似于聚苯乙烯的软化点。其原因是当粘性粘合剂与聚苯乙烯之间的软化点差异很大时，在可发性聚苯乙烯珠粒上形成的膜可以被剥落。
此外，该可发性聚苯乙烯(EPS)珠粒可以使用通过将可发性聚苯乙烯(EPS)溶解在有机溶剂如甲苯、MEK、丙酮等中，或溶解在由它们的混合物构成的有机混合溶剂中而形成的粘合剂用阻燃剂涂覆。当使用这样的粘合剂时，存在的优点在于，因为粘合剂中的固体与可发性聚苯乙烯具有相同的组分，因此该粘合剂不会不良地影响最终产物的物理性能，优点在于，与使用其它水溶性粘性粘合剂时相比，使用该粘合剂用阻燃剂涂覆该可发性聚苯乙烯珠粒的时间减少，并且优点在于，废弃可发性聚苯乙烯可以再利用，因它可以被熔融然后被利用。
通过上述方法获得的可发性聚苯乙烯珠粒具有优异的粘合性。其原因尽管不清楚，但可以推测为，在模塑可发性聚苯乙烯时，阻燃剂颗粒渗透到可发性聚苯乙烯珠粒中，因此可发性聚苯乙烯珠粒彼此被更牢固地结合。因为可发性聚苯乙烯珠粒的粘性被改善，因此使用该可发性聚苯乙烯珠粒获得的发泡聚苯乙烯泡沫的绝热性也自然得到提高。
为了进一步增加可发性聚苯乙烯珠粒的阻燃性，可以加入预定量的金属粉末。当基于阻燃剂的量以5-20wt％的范围内加入锌、铝等时，它的阻燃性可进一步增加。
作为进一步改善阻燃性的另一种方法，存在用液相硅酸钠涂覆含有阻燃剂的可发性聚苯乙烯珠粒的方法。当使用该方法时，阻燃性被进一步改善。然而，因为液相硅酸钠具有低防水性，如在韩国未审查专利公开第10-2006-0103056中所披露的，优选在通过将钾或钙浸渍其中而改善其防水性后使用液相硅酸钠。即使当可发性聚苯乙烯珠粒仅仅用硅酸钠基粘合剂涂覆时，阻燃性的改善效果也很大，但是该硅酸钠基粘合剂可以与阻燃剂混合，然后施加在可发性聚苯乙烯珠粒上。
本发明可以应用于可发性聚丙烯(EPP)颗粒以及可发性聚苯乙烯(EPS)珠粒。与可发性聚苯乙烯(EPS)珠粒不同，可发性聚丙烯(EPP)颗粒是预先发泡的颗粒。即使如在本发明中当将阻燃剂施加在该EPP颗粒的表面上时，与EPS珠粒相同，也可以改善该EPP颗粒的阻燃性。
与需要额外的大型设备例如大型涂覆设备、大型干燥设备等的传统技术不同，通过上述方法获得的本发明的可发性聚苯乙烯珠粒可以直接使用通常的聚苯乙烯泡沫生产设备形成紧凑体(compact)。
有益效果
根据本发明，可以获得具有改善的产率和阻燃性的聚苯乙烯泡沫而无需增加其生产成本，因此该聚苯乙烯泡沫可以用作建筑物的内部材料以及外部材料。
此外，根据本发明，可以适当地调节聚苯乙烯泡沫的阻燃性，因此该聚苯乙烯泡沫也可以有效地应用于需要高阻燃性的领域，例如用于防火门、轮船和飞机的热绝缘体。
此外，根据本发明，因为作为细颗粒的可发性聚苯乙烯珠粒直接用阻燃剂浸渍，因此用于生产聚苯乙烯珠粒的设备的尺寸可以显著减小，并且可以获得期望的阻燃性，而无需使用在着火时产生有毒气体的有机阻燃剂。

在下文中，将参照以下实施例来更详细地描述本发明。
(比较例1)
将100kg的可发性聚苯乙烯珠粒和5kg的三氧化二铁进行混合并在搅拌器中搅拌，然后将通过将废弃聚苯乙烯泡沫溶解在甲苯中并将其固体含量调节至20％而制备的2kg粘合剂喷雾到搅拌的混合物上。随后，以30-60rpm的搅拌速度搅拌该喷雾的混合物15分钟，并且同时用热空气干燥，从而获得用三氧化二铁涂覆的可发性聚苯乙烯(EPS)珠粒。为了防止聚苯乙烯颗粒凝结在一起，将50个直径约50mm的塑料球引入到搅拌器中以防止可发性聚苯乙烯颗粒在涂覆过程中凝结在一起。
随后，在100-105℃的温度下使用蒸汽第一次对涂覆的可发性聚苯乙烯(EPS)珠粒进行发泡，然后在模具中第二次发泡，然后模塑以获得聚苯乙烯泡沫。由此获得的发泡聚苯乙烯泡沫是浅红色的，颗粒之间具有优良的粘合性，并且呈现出达到不燃烧程度的优良的阻燃性。然而，该发泡聚苯乙烯泡沫不能满足KSF ISO5660-1易燃性测试中的“Testing method of the flame-retardance of interiorfinishing materials for buildings”中规定的3级阻燃材料标准。
(实施例1)
使用与比较例1中相同的方法获得用金属、金属氧化物和硅藻土涂覆的可发性聚苯乙烯珠粒，不同之处在于，在第一次涂覆之后，另外向搅拌器中加入5kg的锌粉、10kg的硅藻土和15kg的氢氧化镁粉末以形成混合物，然后将粘合剂喷雾到该混合物上并同时搅拌。与比较例1中一样，使用这些可发性聚苯乙烯珠粒制备的发泡聚苯乙烯泡沫是浅红色的，并且颗粒之间具有优异的粘合性。该发泡聚苯乙烯泡沫的阻燃性也得到改善。将厚度为0.8mm的钢板粘附在该发泡聚苯乙烯泡沫的两侧，然后测试该发泡聚苯乙烯泡沫的阻燃性。结果，该发泡聚苯乙烯泡沫满足3级阻燃材料标准。
(实施例2)
使用与实施例1中相同的方法获得可发性聚苯乙烯珠粒，不同之处在于，在第一次涂覆后，向搅拌器中另外加入15kg的干燥硅酸钠粉末以形成混合物，然后将粘合剂喷雾到该混合物上并同时进一步搅拌以进行第二次涂覆。与实施例1中一样，使用这些可发性聚苯乙烯珠粒制备的发泡聚苯乙烯泡沫是红色的，并且具有优良的粘合性和阻燃性。将厚度为0.5mm的钢板粘附在该发泡聚苯乙烯泡沫的两侧，然后测试该发泡聚苯乙烯泡沫的阻燃性。结果，该发泡聚苯乙烯泡沫满足3级阻燃材料标准。
(比较例2)
使用与比较例1中相同的方法获得可发性聚苯乙烯珠粒，不同之处在于，将粘合剂用水溶性乙酸乙烯树脂替代。与比较例1中一样，使用这些可发性聚苯乙烯珠粒制备的发泡聚苯乙烯泡沫是浅红色的，并且颗粒之间具有优异的粘合性。然而，该发泡聚苯乙烯泡沫的粘合性低于实施例1中的粘合性。与一般的发泡聚苯乙烯泡沫相比，该发泡聚苯乙烯泡沫的阻燃性得到略微增加，但并不符合3级阻燃材料标准。
(比较例3)
使用与比较例1中相同的方法获得可发性聚苯乙烯珠粒，不同之处在于，使用铝粉替代氧化亚铁粉末。与一般的发泡聚苯乙烯泡沫相比，使用获得的可发性聚苯乙烯珠粒制备的发泡聚苯乙烯泡沫的阻燃性稍微改善，但低于比较例1。
(实施例3)
使用与实施例1中相同的方法获得可发性聚苯乙烯珠粒，不同之处在于，使用长石(SiO2 90％以上)替代锌粉。使用二次涂覆的珠粒制备的发泡聚苯乙烯泡沫的物理性能与实施例1中的类似。
(比较例4)
使用与比较例1中相同的方法获得可发性聚苯乙烯珠粒，不同之处在于，用黑色四氧化三铁(ferric tetraoxide)替代三氧化二铁。与比较例1中的相比，使用获得的可发性聚苯乙烯珠粒制备的发泡聚苯乙烯泡沫略微改善颗粒间的粘合性。此外，除了其外观是黑色以外，该发泡聚苯乙烯泡沫的物理性能与比较例1中的类似。
(实施例3)
在实施例2中获得的可发性聚苯乙烯珠粒另外用5kg的硼砂涂覆。使用获得的可发性聚苯乙烯珠粒制备的发泡聚苯乙烯泡沫在颗粒间具有优异的粘合性。此外，与实施例2中的相比，该发泡聚苯乙烯泡沫具有改善的阻燃性。
(实施例4)
实施例2中获得的可发性聚苯乙烯珠粒另外用20kg的液相钾基硅酸钠(具有35％固体含量)涂覆。使用获得的可发性聚苯乙烯珠粒制备的发泡聚苯乙烯泡沫在颗粒间具有优异的粘合性。此外，与实施例2相比，该发泡聚苯乙烯泡沫具有改善的阻燃性。厚度为0.5mm的钢板粘合至发泡聚苯乙烯泡沫的两侧，然后测试该发泡聚苯乙烯泡沫的阻燃性。结果，该发泡聚苯乙烯泡沫通过了2级阻燃材料标准。
(比较例5)
将2.5kg的聚苯乙烯和17kg的苯乙烯溶解在溶剂中，向该溶剂中加入1kg平均粒径为10μm的氢氧化镁粉末，然后向其中另外加入60g的过氧化二异丙苯和20g的过氧化二苯甲酰以形成混合溶液。混合溶液中包括的有机相在50L搅拌罐中的20L去离子水中混合，并且向去离子水中加入200g的戊烷作为悬浮液从而形成混合溶液，然后将该混合溶液加热至80℃。150分钟后，向该加热的混合溶液中加入3.5g的乳化剂(K30/40，由Bayer AG corp.制造)。30分钟后，向其中另外加入1190g的戊烷，由此在135℃下完成聚合反应。从所得的产物中分离出水相以获得可发性聚苯乙烯珠粒。
与一般的发泡聚苯乙烯泡沫相比，使用获得的可发性聚苯乙烯珠粒制备的发泡聚苯乙烯泡沫的阻燃性得到改善，但是不符合3级阻燃材料标准。与一般的发泡聚苯乙烯泡沫相比，其粘合性稍差。
(实施例5)
在比较例5中获得的可发性聚苯乙烯珠粒通过实施例1中的涂覆工艺另外涂覆以获得涂覆的可发性聚苯乙烯珠粒。使用获得的涂覆可发性聚苯乙烯珠粒制备的发泡聚苯乙烯泡沫通过了3级阻燃材料标准。其粘合性与比较例2中的类似。
(实施例6)
除了在另外的涂覆工艺中阻燃剂用碳酸钙替代以外，使用与实施例5中相同的方法获得可发性聚苯乙烯珠粒。使用获得的可发性聚苯乙烯珠粒制备的发泡聚苯乙烯泡沫的阻燃性和粘合性与实施例5中的类似。
(实施例7)
除了在另外的涂覆工艺中氢氧化镁和硅藻土用滑石替代以外，使用与实施例5中相同的方法获得可发性聚苯乙烯珠粒。使用获得的可发性聚苯乙烯珠粒制备的发泡聚苯乙烯泡沫的阻燃性和粘合性与实施例5中的类似。
(实施例8)
除了在另外的涂覆工艺中可发性聚苯乙烯珠粒用硼酸进行另外涂覆以外，使用与实施例5中相同的方法获得可发性聚苯乙烯珠粒。与实施例5相比，使用获得的可发性聚苯乙烯珠粒制备的发泡聚苯乙烯泡沫的阻燃性和粘合性得到改善。