一種雜化聚四氟乙烯矽氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發泡板及其製備方法與流程

2023-05-16 07:33:56 3

本發明涉及高分子阻燃發泡材料技術領域，尤其涉及一種雜化聚四氟乙烯矽氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發泡板及其製備方法。

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於加工溫度超過熔點後，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，難以製得合格的發泡製品。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。《納米二氧化矽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矽的方法來改善膨脹型阻燃聚丙烯的力學性能，納米二氧化矽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，納米二氧化矽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，最終出現了產品要麼發泡效果好，阻燃性差，要麼阻燃效果較好，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，若將其應用於高分子發泡材料中，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，提供一種雜化聚四氟乙烯矽氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發泡板及其製備方法，利用雜化氣凝膠獨特的性能和結構特點對樹脂體系進行補強、阻燃改性處理，以期獲得更為環保高效的產品。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種雜化聚四氟乙烯矽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製得：聚丙烯60-80、馬來酸酐接枝聚丙烯5-8、丙烯腈-苯乙烯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物10-20、聚乙二醇硼酸酯3-5、發泡劑AC 1-5、抗氧劑0.1-0.2、聚四氟乙烯超細粉5-8、十二烷基硫酸鈉0.4-0.5、正矽酸乙酯5-10、季戊四醇5-8、去離子水15-20、濃度為0.1mol/L的草酸溶液適量、氨水適量、無水乙醇適量。

所述的一種雜化聚四氟乙烯矽氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發泡板的製備方法包括以下步驟：

（1）先將十二烷基硫酸鈉與去離子水混合，攪拌均勻後加入聚四氟乙烯超細粉，體系攪拌分散均勻後滴加適量的草酸，調節體系pH值為4-5，繼續攪拌混合30-50min，所得乳液備用；

（2）依次將正矽酸乙酯、5-8重量份的無水乙醇、步驟（1）製備的乳液投入反應容器中，在50-60℃水浴條件下恆溫攪拌反應20-25h，反應結束後滴加氨水，待體系完全凝膠後將所得凝膠浸入無水乙醇中，充分置換洗滌2-3次，隨後採用超臨界乾燥技術對凝膠進行處理，在60-80℃，10-15MPa的條件下乾燥1-2h，得雜化聚四氟乙烯矽氣凝膠備用；

（3）將步驟（2）製備的雜化聚四氟乙烯矽氣凝膠與矽烷偶聯劑混合後球磨處理30-50min，過100目篩，將所得物料與其它剩餘原料一起投入高速混合機中混合均勻，隨後將混合好的物料送至擠出機中，物料在螺杆料筒中經加熱熔融、混煉、擠壓、發泡，然後經擠出機擠出、模具定型後即得產品，其中料筒溫度為196-208℃，螺杆轉速為40-50轉/分鐘，模具溫度為175-182℃，壓力為1-5MPa。

本發明製備的發泡材料以聚丙烯、馬來酸酐接枝聚丙烯以及丙烯腈-苯乙烯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物的混合物作為高分子基材，有效的改善了聚丙烯性能，獲得具有良好力學性能和熱穩定性的材料，同時通過在樹脂基材中加入雜化聚四氟乙烯矽氣凝膠來達到阻燃效果，這種雜化聚四氟乙烯矽氣凝膠是在傳統矽氣凝膠中加入了聚四氟乙烯超細粉，最終製成一種具有多孔網絡結構的高強度、高耐熱氣凝膠態化合物，其對樹脂體系的加工過程無不良影響，不僅可增強樹脂熔體的強度，還有效的提高發泡體系的耐熱阻燃性，此外其獨特的納米多孔結構對發泡過程有促進作用，進一步提高發泡率，其生產過程中使用的溶劑也可重複使用，不汙染環境。本發明製備的發泡材料抗折抗壓，環保阻燃、光滑耐腐蝕，輕質抗壓，形狀穩定性好，極具應用前景。

具體實施方式

一種雜化聚四氟乙烯矽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製得：聚丙烯60、馬來酸酐接枝聚丙烯5、丙烯腈苯乙烯甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物10、聚乙二醇硼酸酯3、發泡劑AC 1、抗氧劑0.1、聚四氟乙烯超細粉5、十二烷基硫酸鈉0.4、正矽酸乙酯5、季戊四醇5、去離子水15、濃度為0.1mol/L的草酸溶液適量、氨水適量、無水乙醇適量。

該實施例的阻燃聚丙烯發泡板的製備方法包括以下步驟：

（1）先將十二烷基硫酸鈉與去離子水混合，攪拌均勻後加入聚四氟乙烯超細粉，體系攪拌分散均勻後滴加適量的草酸，調節體系pH值為4，繼續攪拌混合30min，所得乳液備用；

（2）依次將正矽酸乙酯、5重量份的無水乙醇、步驟（1）製備的乳液投入反應容器中，在50℃水浴條件下恆溫攪拌反應20h，反應結束後滴加氨水，待體系完全凝膠後將所得凝膠浸入無水乙醇中，充分置換洗滌2次，隨後採用超臨界乾燥技術對凝膠進行處理，在60℃，10MPa的條件下乾燥1h，得雜化聚四氟乙烯矽氣凝膠備用；

（3）將步驟（2）製備的雜化聚四氟乙烯矽氣凝膠與矽烷偶聯劑混合後球磨處理30min，過100目篩，將所得物料與其它剩餘原料一起投入高速混合機中混合均勻，隨後將混合好的物料送至擠出機中，物料在螺杆料筒中經加熱熔融、混煉、擠壓、發泡，然後經擠出機擠出、模具定型後即得產品，其中料筒溫度為196℃，螺杆轉速為50轉/分鐘，模具溫度為175℃，壓力為1MPa。

將製得發泡板取標準試樣，並遵循相關標準進行性能測試，測試結果為：

泡孔密度：0.88×107個/cm3；

熔體質量流動速率：0.64g/10min ；

shore A硬度：72.4；

拉伸強度：16.5MPa；

延伸率：512%；

UL94阻燃等級：V0；

極限氧指數：30.5。