本發(fā)明涉及高分子阻燃發(fā)泡材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雜化三聚氰胺-甲醛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(shì)，在商品包裝、襯墊等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。目前市場(chǎng)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)其做進(jìn)一步的改性處理。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種雜化三聚氰胺-甲醛硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發(fā)泡板及其制備方法，利用雜化氣凝膠材料獨(dú)特的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)樹脂熔體進(jìn)行改性處理，獲得了具有良好阻燃效果和力學(xué)性能的發(fā)泡聚丙烯材料。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種雜化三聚氰胺-甲醛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65-80、馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體10-14、乙烯-醋酸乙烯共聚物8-12、聚異氰酸酯4-5、季戊四醇4-8、有機(jī)磷系阻燃劑1-2、發(fā)泡劑AC1-5、抗氧劑0.1-0.2、三聚氰胺2-5、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37-40%的甲醛水溶液2-5、無水碳酸鈉適量、正硅酸乙酯2-3、無水乙醇5-8、硅烷偶聯(lián)劑0.1-0.2、濃度為0.01mol/L的草酸溶液10-12、去離子水15-20。
所述的有機(jī)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。
所述的一種雜化三聚氰胺-甲醛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，制成硅溶膠備用；
（2）將依次將三聚氰胺、甲醛水溶液、去離子水投入反應(yīng)容器中，并加入無水碳酸鈉調(diào)節(jié)體系pH值為8-9，隨后將體系加熱攪拌至三聚氰胺完全溶解后繼續(xù)攪拌反應(yīng)20-30min，最后將體系冷卻至室溫，并加入步驟（1）制備的硅溶膠，混合均勻后體系在50-60℃條件放置30-40h，待凝膠完全后取出凝膠依次經(jīng)水、乙醇清洗置換2-3次，完全除去溶劑及未反應(yīng)物料，最后采用超臨界干燥技術(shù)對(duì)凝膠進(jìn)行處理，在45-50℃，10-15MPa的條件下干燥4-5h，得雜化三聚氰胺-甲醛硅氣凝膠備用；
（3）將步驟（2）制備的雜化三聚氰胺-甲醛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185-205℃，螺桿轉(zhuǎn)速為40-50轉(zhuǎn)/分鐘，模具溫度為165-180℃，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、馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體、乙烯-醋酸乙烯共聚物以及聚異氰酸酯作為樹脂基料，這種樹脂基料改善了傳統(tǒng)聚丙烯親和性差的缺陷，具有良好的韌性和更好的熱穩(wěn)定性，熔體強(qiáng)度得到提高；加入的雜化三聚氰胺-甲醛硅氣凝膠具有獨(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，不僅可以進(jìn)一步改善熔體強(qiáng)度，還能有效的提高樹脂體的耐熱阻燃性能，這種雜化氣凝膠可對(duì)體系中的阻燃劑起到良好的協(xié)效作用，阻燃劑的用量得到有效控制；本發(fā)明制備的聚丙烯發(fā)泡材料環(huán)保性好，發(fā)泡率高，輕質(zhì)保溫，疏水防蝕，經(jīng)濟(jì)耐用，極大地拓寬了傳統(tǒng)聚丙烯發(fā)泡材料的使用范圍。
具體實(shí)施方式
一種雜化三聚氰胺甲醛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、馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體10、乙烯醋酸乙烯共聚物8、聚異氰酸酯4、季戊四醇4、磷酸甲苯二苯酯1、發(fā)泡劑AC 1、抗氧劑0.1、三聚氰胺2、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%的甲醛水溶液2、無水碳酸鈉適量、正硅酸乙酯2、無水乙醇5、硅烷偶聯(lián)劑0.1、濃度為0.01mol/L的草酸溶液10、去離子水15。
該阻燃聚丙烯發(fā)泡板的制備方法包括以下步驟：
（1）先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，制成硅溶膠備用；
（2）將依次將三聚氰胺、甲醛水溶液、去離子水投入反應(yīng)容器中，并加入無水碳酸鈉調(diào)節(jié)體系pH值為8，隨后將體系加熱攪拌至三聚氰胺完全溶解后繼續(xù)攪拌反應(yīng)20min，最后將體系冷卻至室溫，并加入步驟（1）制備的硅溶膠，混合均勻后體系在50℃條件放置30h，待凝膠完全后取出凝膠依次經(jīng)水、乙醇清洗置換2次，完全除去溶劑及未反應(yīng)物料，最后采用超臨界干燥技術(shù)對(duì)凝膠進(jìn)行處理，在45℃，10MPa的條件下干燥4h，得雜化三聚氰胺甲醛硅氣凝膠備用；
（3）將步驟（2）制備的雜化三聚氰胺甲醛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185℃，螺桿轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分鐘，模具溫度為165℃，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(cè)試，測(cè)試結(jié)果為：
泡孔密度：6.25×106個(gè)/cm3；
熔體質(zhì)量流動(dòng)速率：0.70g/10min ；
shore A硬度：76.4；
拉伸強(qiáng)度：17.4MPa；
延伸率：602%；
UL94阻燃等級(jí)：V0；
極限氧指數(shù)：28.3。