本發(fā)明涉及高分子阻燃發(fā)泡材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雜化稀土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)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種雜化稀土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(dú)特的性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，達(dá)到高效改性熔體強(qiáng)度、阻燃、抗菌、促發(fā)泡等功效，顯著的改善了傳統(tǒng)聚丙烯發(fā)泡材料的缺陷。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種雜化稀土硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發(fā)泡板，其特征在于，該發(fā)泡材料由以下重量份的原料制得：聚丙烯72-85、馬來酸酐接枝聚丙烯5-6、聚烯烴彈性體10-14、發(fā)泡劑ac2-3、抗氧劑0.1-0.2、季戊四醇5-8、有機(jī)磷系阻燃劑1-1.5、硅烷偶聯(lián)劑0.1-0.2、稀土可溶性鹽0.4-0.5、殼聚糖季銨鹽0.5-1、正硅酸乙酯3-5、0.01mol/l的草酸水溶液10-15、去離子水5-6、無水乙醇適量5-8、氨水0.1-0.2。
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。
所述的稀土可溶性鹽為鑭、鐠、鈰中的一種氯化物。
所述的一種雜化稀土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）先將稀土可溶性鹽、殼聚糖季銨鹽投入去離子水中，攪拌反應(yīng)2-3h，所得溶液備用；
（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(yīng)3-5h，制成硅溶膠，隨后加入步驟（1）制備的溶液，混合均勻后在攪拌狀態(tài)下滴加氨水，滴加時(shí)間控制在10-15min，滴加完畢體系送入50-60℃烘箱中凝膠30-35h，隨后取出凝膠，用無水乙醇清洗置換2-3次，完全除去凝膠中的去離子水以及未反應(yīng)的原料，最后采用超臨界干燥技術(shù)對凝膠進(jìn)行處理，在45-50℃，10-15mpa的條件下干燥2-3h，得雜化稀土硅氣凝膠備用
（3）將步驟（2）制備的雜化稀土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170-180℃，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、聚烯烴彈性體復(fù)合作為樹脂基料，其具有良好的力學(xué)性能和相容性，更易與改性材料結(jié)合，提高改性效率；加入的雜化稀土硅氣凝膠是將經(jīng)稀土鹽配位處理后的殼聚糖季銨鹽與硅溶膠雜化后得到，其不僅具有氣凝膠獨(dú)特的納米多孔結(jié)構(gòu)，還具有單純硅氣凝膠不具有的抗菌效果，同時(shí)具有良好的阻燃效果，是一種兼具補(bǔ)強(qiáng)、阻燃、抗菌功效于一體的改性填料，其填充于樹脂體系中后可有效的改善體系的機(jī)械加工性能和力學(xué)性能，并能減少傳統(tǒng)阻燃劑的使用，更為環(huán)保節(jié)能，最終制備得到具有高發(fā)泡倍率的高強(qiáng)度阻燃發(fā)泡聚丙烯材料，極具應(yīng)用前景。
具體實(shí)施方式
一種雜化稀土硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發(fā)泡板，其特征在于，該發(fā)泡材料由以下重量份的原料制得：聚丙烯72、馬來酸酐接枝聚丙烯5、聚烯烴彈性體10、發(fā)泡劑ac2、抗氧劑0.1、季戊四醇5、磷酸甲苯二苯酯1、硅烷偶聯(lián)劑0.1、氯化鑭0.4、殼聚糖季銨鹽0.5、正硅酸乙酯3、0.01mol/l的草酸水溶液10、去離子水5、無水乙醇適量5、氨水0.1。
該實(shí)施例阻燃發(fā)泡聚丙烯發(fā)泡板的制備方法包括以下步驟：
（1）先將氯化鑭、殼聚糖季銨鹽投入去離子水中，攪拌反應(yīng)2h，所得溶液備用；
（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(yīng)5h，制成硅溶膠，隨后加入步驟（1）制備的溶液，混合均勻后在攪拌狀態(tài)下滴加氨水，滴加時(shí)間控制在10min，滴加完畢體系送入60℃烘箱中凝膠30h，隨后取出凝膠，用無水乙醇清洗置換2次，完全除去凝膠中的去離子水以及未反應(yīng)的原料，最后采用超臨界干燥技術(shù)對凝膠進(jìn)行處理，在45℃，15mpa的條件下干燥3h，得雜化稀土硅氣凝膠備用
（3）將步驟（2）制備的雜化稀土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170℃，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：7.01×106個(gè)/cm3；
熔體質(zhì)量流動速率：0.75g/10min；
shorea硬度：71.8；
拉伸強(qiáng)度：16.2mpa；
延伸率：543%；
ul94阻燃等級：v0；
極限氧指數(shù)：29.2。