本發(fā)明涉及高分子阻燃發(fā)泡材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雜化PAN硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發(fā)泡板及其制備方法。
背景技術(shù)：
高分子發(fā)泡材料是一種由聚合物和包含氣體泡孔組成的特殊材料，與普通聚合物材料相比具有密度低、比強(qiáng)度高、隔音減震、隔熱等優(yōu)勢，在商品包裝、襯墊等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。目前市場上常見的用作包裝的高分子發(fā)泡材料有聚乙烯發(fā)泡材料、聚丙烯發(fā)泡材料、聚苯乙烯發(fā)泡材料、EVA發(fā)泡材料等，其中聚丙烯發(fā)泡材料是一種環(huán)保型發(fā)泡材料，性價(jià)比優(yōu)、可多次回收利用，應(yīng)用前景較好。目前聚丙烯發(fā)泡的難點(diǎn)在于加工溫度超過熔點(diǎn)后，PP的熔體強(qiáng)度極速下降，熔體包裹氣體的能力下降，導(dǎo)致泡孔塌陷，難以制得合格的發(fā)泡制品。除此之外，有機(jī)發(fā)泡材料的易燃性也是使用者不得不注意的問題，對發(fā)泡材料進(jìn)行阻燃改性具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義。
為了提高聚丙烯發(fā)泡材料的阻燃性，許多研究者做了大量的工作，最常見的方法為添加阻燃劑來提高材料的阻燃效果，也有將多種材料協(xié)同作用來提高聚丙烯的阻燃性，其中膨脹型阻燃劑（IFR）具有阻燃效率高、低煙、低毒等優(yōu)點(diǎn)，但是其與PP相容性差、使用量大、易吸潮，通常會(huì)導(dǎo)致聚丙烯的力學(xué)性能大大降低，發(fā)泡過程中也將對熔體產(chǎn)生不良影響，發(fā)泡效果差，從而影響使用性能?！都{米二氧化硅增強(qiáng)增韌膨脹型阻燃共聚聚丙烯性能的研究》一文通過添加納米二氧化硅的方法來改善膨脹型阻燃聚丙烯的力學(xué)性能，納米二氧化硅的添加在一定程度了改善了阻燃劑對聚丙烯產(chǎn)生的不良影響，但是有研究表明，納米二氧化硅的用量對聚丙烯發(fā)泡過程有至關(guān)重要的影響，用量過大時(shí)納米粒子容易團(tuán)聚而導(dǎo)致發(fā)泡率低，但是過低的納米材料不能彌補(bǔ)阻燃劑對體系的不良影響，最終出現(xiàn)了產(chǎn)品要么發(fā)泡效果好，阻燃性差，要么阻燃效果較好，但是發(fā)泡效果差的困境。
氣凝膠特有的納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使其在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)等等領(lǐng)域表現(xiàn)出許多獨(dú)特的性質(zhì)，以SiO2氣凝膠為代表的氣凝膠產(chǎn)品在多個(gè)領(lǐng)域均顯示出巨大的應(yīng)用前景，其具有隔熱、保溫、阻燃等多種效果，若將其應(yīng)用于高分子發(fā)泡材料中，將對材料的發(fā)泡過程有良好的促進(jìn)作用，但是SiO2氣凝膠力學(xué)性能不佳，脆性較大，需要對其做進(jìn)一步的改性處理。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種雜化PAN硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發(fā)泡板及其制備方法，利用雜化PAN硅氣凝膠獨(dú)特的性能和結(jié)構(gòu)對樹脂體進(jìn)行改性處理，達(dá)到增韌補(bǔ)強(qiáng)、阻燃耐候的效果，進(jìn)一步提升聚丙烯發(fā)泡材料的使用性能。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種雜化PAN硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發(fā)泡板，該發(fā)泡材料由以下重量份的原料制得：聚丙烯62-75、馬來酸酐接枝聚丙烯5.5-6.8、聚烯烴彈性體10-13、PVC糊樹脂3-5、空心二氧化鈦微球1-2、石棉絨0.5-0.8、發(fā)泡劑AC 1-4、抗氧劑0.1-0.2、季戊四醇5-8、PAN粉末3-5、正硅酸乙酯3-5、硅烷偶聯(lián)劑0.1-0.2、去離子水5-10、濃度為0.01mol/L的草酸溶液5-8、氨水適量、二甲基亞砜20-30、無水乙醇適量。
所述的一種雜化PAN硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發(fā)泡板的制備方法包括以下步驟：
（1）先將PAN粉末進(jìn)行干燥處理；
（2）依次將干燥處理后的PAN粉末、二甲基亞砜、去離子水投入反應(yīng)容器中，密封后在50-60℃烘箱中溶脹10-15h，隨后放入70-80℃水浴中，開啟攪拌裝置，攪拌12-15h，使PAN粉末完全溶解，所得溶液經(jīng)真空脫泡后備用；
（3）依次將正硅酸乙酯、草酸溶液投入步驟（2）制備的溶液中，在50-60℃水浴條件下恒溫高速攪拌反應(yīng)20-25h，反應(yīng)結(jié)束后滴加氨水，待體系完全凝膠后將所得凝膠浸入無水乙醇中，充分置換洗滌2-3次，隨后采用超臨界干燥技術(shù)對凝膠進(jìn)行處理，在65-70℃，10-15MPa的條件下干燥2-2.5h，得雜化PAN硅氣凝膠備用；
（4）將步驟（3）制備的雜化PAN硅氣凝膠與硅烷偶聯(lián)劑混合后球磨處理30-50min，過100目篩，將所得物料與其它剩余原料一起投入高速混合機(jī)中混合均勻，隨后將混合好的物料送至擠出機(jī)中，物料在螺桿料筒中經(jīng)加熱熔融、混煉、擠壓、發(fā)泡，然后經(jīng)擠出機(jī)擠出、模具定型后即得產(chǎn)品，其中料筒溫度為190-210℃，螺桿轉(zhuǎn)速為40-50轉(zhuǎn)/分鐘，模具溫度為160-180℃，壓力為1-5MPa。
本發(fā)明制備的聚丙烯發(fā)泡材料采用聚丙烯、馬來酸酐接枝聚丙烯、聚烯烴彈性體以及PVC糊樹脂混合作為樹脂基料，這種樹脂基料改善了傳統(tǒng)聚丙烯親和性差的缺陷，力學(xué)性能和發(fā)泡性能得到改善，更易發(fā)泡；加入的雜化PAN硅氣凝膠具有獨(dú)特的納米多孔結(jié)構(gòu)，在發(fā)泡過程中可吸附于樹脂熔體中，達(dá)到改善熔體強(qiáng)度、阻燃、成炭、形核等多種功效，并可顯著提高發(fā)泡體的回彈性，改善產(chǎn)品使用性能；再結(jié)合石棉絨、空心二氧化鈦微球等材料，最終制得了具有優(yōu)異阻燃效果的高彈、輕質(zhì)、保溫、耐候的發(fā)泡聚丙烯復(fù)合材料，不使用傳統(tǒng)阻燃劑，更為經(jīng)濟(jì)環(huán)保，極具應(yīng)用前景。
具體實(shí)施方式
一種雜化PAN硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發(fā)泡板，該發(fā)泡材料由以下重量份的原料制得：聚丙烯62、馬來酸酐接枝聚丙烯5.5、聚烯烴彈性體10、PVC糊樹脂3、空心二氧化鈦微球1、石棉絨0.5、發(fā)泡劑AC 1、抗氧劑0.1、季戊四醇5、PAN粉末3、正硅酸乙酯3、硅烷偶聯(lián)劑0.1、去離子水5、濃度為0.01mol/L的草酸溶液5、氨水適量、二甲基亞砜20、無水乙醇適量。
該實(shí)施例阻燃聚丙烯發(fā)泡板的制備方法包括以下步驟：
（1）先將PAN粉末進(jìn)行干燥處理；
（2）依次將干燥處理后的PAN粉末、二甲基亞砜、去離子水投入反應(yīng)容器中，密封后在50℃烘箱中溶脹10h，隨后放入70℃水浴中，開啟攪拌裝置，攪拌12h，使PAN粉末完全溶解，所得溶液經(jīng)真空脫泡后備用；
（3）依次將正硅酸乙酯、草酸溶液投入步驟（2）制備的溶液中，在50℃水浴條件下恒溫高速攪拌反應(yīng)20h，反應(yīng)結(jié)束后滴加氨水，待體系完全凝膠后將所得凝膠浸入無水乙醇中，充分置換洗滌2次，隨后采用超臨界干燥技術(shù)對凝膠進(jìn)行處理，在65℃，10MPa的條件下干燥2h，得雜化PAN硅氣凝膠備用；
（4）將步驟（3）制備的雜化PAN硅氣凝膠與硅烷偶聯(lián)劑混合后球磨處理30min，過100目篩，將所得物料與其它剩余原料一起投入高速混合機(jī)中混合均勻，隨后將混合好的物料送至擠出機(jī)中，物料在螺桿料筒中經(jīng)加熱熔融、混煉、擠壓、發(fā)泡，然后經(jīng)擠出機(jī)擠出、模具定型后即得產(chǎn)品，其中料筒溫度為190℃，螺桿轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分鐘，模具溫度為160℃，壓力為1MPa。
將制得發(fā)泡板取標(biāo)準(zhǔn)試樣，并遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能測試，測試結(jié)果為：
泡孔密度：1.05×107個(gè)/cm3；
熔體質(zhì)量流動(dòng)速率：0.58g/10min ；
shore A硬度：70.5；
拉伸強(qiáng)度：17.2MPa；
延伸率：602%；
UL94阻燃等級(jí)：V0
極限氧指數(shù)：29.2。