本發明涉及高分子阻燃發泡材料技術領域，尤其涉及一種雜化鋁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：
本發明為了彌補已有技術的缺陷，提供一種雜化鋁硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發泡板及其制備方法，利用氣凝膠獨特的性能和結構特點，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：
一種雜化鋁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65-72、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攪拌反應2-3h，最后加入硝酸，繼續恒溫攪拌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195-205℃，螺桿轉速為40-50轉/分鐘，模具溫度為175-182℃，壓力為1-5MPa。
本發明制備的聚丙烯發泡材料采用聚丙烯、馬來酸酐接枝聚丙烯、聚烯烴彈性體復合作為樹脂基料，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性能，更易發泡，發泡后產品的韌性更佳，并具有良好的親和性，對不同極性的填料的相容性更佳，有效改善了傳統聚丙烯發泡的缺陷；加入的雜化鋁硅氣凝膠是一種具有獨特的納米多孔結構的化合物，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合吸附，達到均勻穩定的增強改性效果，可顯著的提高熔體的難燃系數，減少傳統阻燃劑的用量；本發明制備的聚丙烯發泡材料強度高、抗沖擊韌性強，環保阻燃，經濟耐用，極具應用前景。
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、馬來酸酐接枝聚丙烯5、聚烯烴彈性體10、納米全硫化橡膠粒子3、發泡劑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攪拌反應2h，最后加入硝酸，繼續恒溫攪拌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195℃，螺桿轉速為50轉/分鐘，模具溫度為175℃，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：0.15×107個/cm3；
熔體質量流動速率：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：28.8。