本發(fā)明涉及高分子阻燃發(fā)泡材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雜化鋁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)泡的難點在于加工溫度超過熔點后，PP的熔體強度極速下降，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)泡材料進行阻燃改性具有重要的實際應(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，但是其與PP相容性差、使用量大、易吸潮，通常會導(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，用量過大時納米粒子容易團聚而導(dǎo)致發(fā)泡率低，但是過低的納米材料不能彌補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)出許多獨特的性質(zhì)，以SiO2氣凝膠為代表的氣凝膠產(chǎn)品在多個領(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，需要對其做進一步的改性處理。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種雜化鋁硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發(fā)泡板及其制備方法，利用氣凝膠獨特的性能和結(jié)構(gòu)特點，對樹脂體系進行改性處理，以期獲得高阻燃、高強度的發(fā)泡聚丙烯材料。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種雜化鋁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65-72、馬來酸酐接枝聚丙烯5-6、聚烯烴彈性體10-12.5、納米全硫化橡膠粒子3-5、發(fā)泡劑AC 1-3、抗氧劑0.1-0.2、有機磷系阻燃劑0.5-0.8、季戊四醇5-8、異丙醇鋁0.3-0.5、異丙醇1-2、聚乙烯吡咯烷酮0.05-0.08、硅烷偶聯(lián)劑0.1-0.2、正硅酸乙酯3-5、去離子水100-150、濃硝酸0.04-0.06、0.01mol/L的草酸水溶液10-15、無水乙醇5-8。
所述的有機磷系阻燃劑為磷酸甲苯二苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三異丙基苯酯、雙酚A-雙(二苯基磷酸酯)、磷酸三甲苯酯、磷酸三(2-氯丙基)酯、環(huán)狀磷酸酯中的一種或多種的混合。
所述的一種雜化鋁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）先將聚乙烯吡咯烷酮、去離子水混合，加熱至90-95℃，攪拌混合均勻后溶液恒溫備用；
（2）將異丙醇鋁研細后投入異丙醇中，超聲分散處理30-40min，隨后將所得溶液在攪拌狀態(tài)下滴入步驟（1）制備的溶液中，滴加時間控制在2-3h，滴加完畢后體系恒溫繼續(xù)攪拌反應(yīng)2-3h，最后加入硝酸，繼續(xù)恒溫攪拌3-5h，得鋁溶膠備用；
（3）將正硅酸乙酯投入無水乙醇中，攪拌混合均勻后加入草酸水溶液，在50-60℃水浴條件下攪拌反應(yīng)3-5h，制成硅溶膠，隨后加入步驟（2）制備的鋁溶膠，攪拌混合均勻后體系在50-60℃烘箱中凝膠24-38h，隨后取出凝膠，依次投入去離子水、無水乙醇中清洗置換2-3次，隨后采用超臨界干燥技術(shù)對凝膠進行處理，在45-50℃，10-15MPa的條件下干燥2-3h，得雜化鋁硅氣凝膠備用；
（4）將步驟（3）制備的雜化鋁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中混合均勻，隨后將混合好的物料送至擠出機中，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)擠出機擠出、模具定型后即得產(chǎn)品，其中料筒溫度為195-205℃，螺桿轉(zhuǎn)速為40-50轉(zhuǎn)/分鐘，模具溫度為175-182℃，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、聚烯烴彈性體復(fù)合作為樹脂基料，并加入納米全硫化橡膠粒子作為增韌劑，這種樹脂基料具有良好的力學(xué)性能，更易發(fā)泡，發(fā)泡后產(chǎn)品的韌性更佳，并具有良好的親和性，對不同極性的填料的相容性更佳，有效改善了傳統(tǒng)聚丙烯發(fā)泡的缺陷；加入的雜化鋁硅氣凝膠是一種具有獨特的納米多孔結(jié)構(gòu)的化合物，兼具阻燃和增強效果，其填充于樹脂體系中后可與熔體良好結(jié)合吸附，達到均勻穩(wěn)定的增強改性效果，可顯著的提高熔體的難燃系數(shù)，減少傳統(tǒng)阻燃劑的用量；本發(fā)明制備的聚丙烯發(fā)泡材料強度高、抗沖擊韌性強，環(huán)保阻燃，經(jīng)濟耐用，極具應(yīng)用前景。
具體實施方式
一種雜化鋁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65、馬來酸酐接枝聚丙烯5、聚烯烴彈性體10、納米全硫化橡膠粒子3、發(fā)泡劑AC 1、抗氧劑0.1、磷酸甲苯二苯酯0.5、季戊四醇5、異丙醇鋁0.3、異丙醇1、聚乙烯吡咯烷酮0.05、硅烷偶聯(lián)劑0.1、正硅酸乙酯3、去離子水100、濃硝酸0.04、0.01mol/L的草酸水溶液10、無水乙醇5。
該實施例阻燃聚丙烯發(fā)泡板的制備方法包括以下步驟：
（1）先將聚乙烯吡咯烷酮、去離子水混合，加熱至90℃，攪拌混合均勻后溶液恒溫備用；
（2）將異丙醇鋁研細后投入異丙醇中，超聲分散處理30min，隨后將所得溶液在攪拌狀態(tài)下滴入步驟（1）制備的溶液中，滴加時間控制在2h，滴加完畢后體系恒溫繼續(xù)攪拌反應(yīng)2h，最后加入硝酸，繼續(xù)恒溫攪拌3h，得鋁溶膠備用；
（3）將正硅酸乙酯投入無水乙醇中，攪拌混合均勻后加入草酸水溶液，在50℃水浴條件下攪拌反應(yīng)3h，制成硅溶膠，隨后加入步驟（2）制備的鋁溶膠，攪拌混合均勻后體系在50℃烘箱中凝膠24h，隨后取出凝膠，依次投入去離子水、無水乙醇中清洗置換2次，隨后采用超臨界干燥技術(shù)對凝膠進行處理，在45℃，10MPa的條件下干燥2h，得雜化鋁硅氣凝膠備用；
（4）將步驟（3）制備的雜化鋁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中混合均勻，隨后將混合好的物料送至擠出機中，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)擠出機擠出、模具定型后即得產(chǎn)品，其中料筒溫度為195℃，螺桿轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分鐘，模具溫度為175℃，壓力為1MPa。
將制得發(fā)泡板取標準試樣，并遵循相關(guān)標準進行性能測試，測試結(jié)果為：
泡孔密度：0.15×107個/cm3；
熔體質(zhì)量流動速率：0.72g/10min ；
shore A硬度：70.5；
拉伸強度：19.2MPa；
延伸率：482%；
UL94阻燃等級：V0；
極限氧指數(shù)：28.8。