本發(fā)明涉及高分子阻燃發(fā)泡材料技術領域，尤其涉及一種雜化納米羥基錫酸鋅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：
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、襯墊等領域被廣泛應用。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，通常會導致聚丙烯的力學性能大大降低，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。《納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)泡過程有至關重要的影響，用量過大時納米粒子容易團聚而導致發(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)絡結構使其在光學、熱學、電學、聲學等等領域表現(xiàn)出許多獨特的性質，以SiO2氣凝膠為代表的氣凝膠產(chǎn)品在多個領域均顯示出巨大的應用前景，其具有隔熱、保溫、阻燃等多種效果，若將其應用于高分子發(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氣凝膠力學性能不佳，脆性較大，需要對其做進一步的改性處理。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了彌補已有技術的缺陷，提供一種雜化納米羥基錫酸鋅硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發(fā)泡板及其制備方法，利用雜化氣凝膠獨特的結構特點和性能，對聚丙烯進行改性處理，最終獲得具有良好阻燃性能和發(fā)泡效果的復合材料。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
一種雜化納米羥基錫酸鋅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70-80、馬來酸酐接枝聚丙烯5-8、茂金屬丙烯-乙烯彈性體12-15、發(fā)泡劑AC 1-5、抗氧劑0.1-0.2、全氟聚醚0.1-0.2、硅烷偶聯(lián)劑0.1-0.2、季戊四醇5-8、正硅酸乙酯3-5、0.01mol/L的草酸水溶液、納米羥基錫酸鋅1-2、無水乙醇適量。
所述的一種雜化納米羥基錫酸鋅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）先取3-5重量份的乙醇，加入納米羥基錫酸鋅，超聲分散處理，制成納米羥基錫酸鋅溶膠備用；
（2）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3-5h，制成硅溶膠，隨后加入步驟（1）制備的納米羥基錫酸鋅溶膠，攪拌混合均勻后體系在50-60℃烘箱中凝膠20-25h，隨后取出凝膠，投入無水乙醇中清洗置換2-3次，隨后采用超臨界干燥技術對凝膠進行處理，在45-50℃，10-15MPa的條件下干燥1-2h，得雜化納米羥基錫酸鋅硅氣凝膠備用；
（3）將步驟（2）制備的雜化納米羥基錫酸鋅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192-204℃，螺桿轉速為40-50轉/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、馬來酸酐接枝聚丙烯以及茂金屬丙烯-乙烯彈性體作為樹脂基料，這種樹脂基料改善了傳統(tǒng)聚丙烯親和性差的缺陷，具有更優(yōu)的力學性能和熱穩(wěn)定性，發(fā)泡性能得到改善；加入的雜化納米羥基錫酸鋅硅氣凝膠是一種具有獨特的納米多孔結構的化合物，是一種兼具阻燃和增強效果的改性填料，同時對樹脂體系無不良影響，其在發(fā)泡過程中可吸附于樹脂熔體中，提高了熔體強度，提高發(fā)泡率，從而避免了傳統(tǒng)阻燃劑對體系的不良影響；本發(fā)明制備的聚丙烯發(fā)泡材料是一種堅韌抗壓、耐熱阻燃、輕質環(huán)保的新型阻燃材料，其有效的改善了傳統(tǒng)聚丙烯發(fā)泡材料的缺陷，在多個領域表現(xiàn)出極大地應用前景。
具體實施方式
一種雜化納米羥基錫酸鋅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70、馬來酸酐接枝聚丙烯5、茂金屬丙烯乙烯彈性體12、發(fā)泡劑AC 1、抗氧劑0.1、全氟聚醚0.1、硅烷偶聯(lián)劑0.1、季戊四醇5、正硅酸乙酯3、0.01mol/L的草酸水溶液、納米羥基錫酸鋅1、無水乙醇適量。
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）先取3重量份的乙醇，加入納米羥基錫酸鋅，超聲分散處理，制成納米羥基錫酸鋅溶膠備用；
（2）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3h，制成硅溶膠，隨后加入步驟（1）制備的納米羥基錫酸鋅溶膠，攪拌混合均勻后體系在50℃烘箱中凝膠20h，隨后取出凝膠，投入無水乙醇中清洗置換2次，隨后采用超臨界干燥技術對凝膠進行處理，在45℃，10MPa的條件下干燥1h，得雜化納米羥基錫酸鋅硅氣凝膠備用；
（3）將步驟（2）制備的雜化納米羥基錫酸鋅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192℃，螺桿轉速為50轉/分鐘，模具溫度為165℃，壓力為1MPa。
將制得發(fā)泡板取標準試樣，并遵循相關標準進行性能測試，測試結果為：
泡孔密度：3.12×106個/cm3；
熔體質量流動速率：0.58g/10min ；
shore A硬度：74.2；
拉伸強度：15.2MPa；
延伸率：532%；
UL94阻燃等級：V0；
極限氧指數(shù)：29.3。