本發明涉及高分子阻燃發泡材料技術領域，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泡板及其制備方法。
背景技術：
高分子發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泡材料有聚乙烯發泡材料、聚丙烯發泡材料、聚苯乙烯發泡材料、EVA發泡材料等，其中聚丙烯發泡材料是一種環保型發泡材料，性價比優、可多次回收利用，應用前景較好。目前聚丙烯發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，難以制得合格的發泡制品。除此之外，有機發泡材料的易燃性也是使用者不得不注意的問題，對發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，發泡過程中也將對熔體產生不良影響，發泡效果差，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，最終出現了產品要么發泡效果好，阻燃性差，要么阻燃效果較好，但是發泡效果差的困境。
氣凝膠特有的納米多孔網絡結構使其在光學、熱學、電學、聲學等等領域表現出許多獨特的性質，以SiO2氣凝膠為代表的氣凝膠產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泡材料中，將對材料的發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。
技術實現要素：
本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，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泡板及其制備方法，利用雜化氣凝膠材料獨特的力學性能和結構特點，對樹脂熔體進行改性處理，獲得了具有良好阻燃效果和力學性能的發泡聚丙烯材料。
本發明是通過以下技術方案實現的：
一種雜化三聚氰胺-甲醛硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發泡板，該發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、有機磷系阻燃劑1-2、發泡劑AC1-5、抗氧劑0.1-0.2、三聚氰胺2-5、質量分數為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、去離子水投入反應容器中，并加入無水碳酸鈉調節體系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攪拌反應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水、乙醇清洗置換2-3次，完全除去溶劑及未反應物料，最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加熱熔融、混煉、擠壓、發泡，然后經擠出機擠出、模具定型后即得產品，其中料筒溫度為185-205℃，螺桿轉速為40-50轉/分鐘，模具溫度為165-180℃，壓力為1-5MPa。
本發明制備的聚丙烯發泡材料采用聚丙烯、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聚丙烯親和性差的缺陷，具有良好的韌性和更好的熱穩定性，熔體強度得到提高；加入的雜化三聚氰胺-甲醛硅氣凝膠具有獨特的納米多孔結構，在發泡過程中可吸附于樹脂熔體中，不僅可以進一步改善熔體強度，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體系中的阻燃劑起到良好的協效作用，阻燃劑的用量得到有效控制；本發明制備的聚丙烯發泡材料環保性好，發泡率高，輕質保溫，疏水防蝕，經濟耐用，極大地拓寬了傳統聚丙烯發泡材料的使用范圍。
具體實施方式
一種雜化三聚氰胺甲醛硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發泡板，該發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、發泡劑AC 1、抗氧劑0.1、三聚氰胺2、質量分數為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、去離子水投入反應容器中，并加入無水碳酸鈉調節體系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攪拌反應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水、乙醇清洗置換2次，完全除去溶劑及未反應物料，最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加熱熔融、混煉、擠壓、發泡，然后經擠出機擠出、模具定型后即得產品，其中料筒溫度為185℃，螺桿轉速為50轉/分鐘，模具溫度為165℃，壓力為1MPa。
將制得發泡板取標準試樣，并遵循相關標準進行性能測試，測試結果為：
泡孔密度：6.25×106個/cm3；
熔體質量流動速率：0.70g/10min ；
shore A硬度：76.4；
拉伸強度：17.4MPa；
延伸率：602%；
UL94阻燃等級：V0；
極限氧指數：28.3。