一種雜化稀土矽氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發泡板及其製備方法與流程

2023-04-23 12:01:41 2

本發明涉及高分子阻燃發泡材料技術領域，尤其涉及一種雜化稀土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：

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種雜化稀土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，達到高效改性熔體強度、阻燃、抗菌、促發泡等功效，顯著的改善了傳統聚丙烯發泡材料的缺陷。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種雜化稀土矽氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發泡板，其特徵在於，該發泡材料由以下重量份的原料製得：聚丙烯72-85、馬來酸酐接枝聚丙烯5-6、聚烯烴彈性體10-14、發泡劑ac2-3、抗氧劑0.1-0.2、季戊四醇5-8、有機磷系阻燃劑1-1.5、矽烷偶聯劑0.1-0.2、稀土可溶性鹽0.4-0.5、殼聚糖季銨鹽0.5-1、正矽酸乙酯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）先將稀土可溶性鹽、殼聚糖季銨鹽投入去離子水中，攪拌反應2-3h，所得溶液備用；

（2）將正矽酸乙酯投入無水乙醇中，攪拌混合均勻後加入草酸水溶液，在50-60℃水浴條件下攪拌反應3-5h，製成矽溶膠，隨後加入步驟（1）製備的溶液，混合均勻後在攪拌狀態下滴加氨水，滴加時間控制在10-15min，滴加完畢體系送入50-60℃烘箱中凝膠30-35h，隨後取出凝膠，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的原料，最後採用超臨界乾燥技術對凝膠進行處理，在45-50℃，10-15mpa的條件下乾燥2-3h，得雜化稀土矽氣凝膠備用

（3）將步驟（2）製備的雜化稀土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190-210℃，螺杆轉速為40-50轉/分鐘，模具溫度為170-180℃，壓力為1-5mpa。

本發明製備的聚丙烯發泡材料採用聚丙烯、馬來酸酐接枝聚丙烯、聚烯烴彈性體複合作為樹脂基料，其具有良好的力學性能和相容性，更易與改性材料結合，提高改性效率；加入的雜化稀土矽氣凝膠是將經稀土鹽配位處理後的殼聚糖季銨鹽與矽溶膠雜化後得到，其不僅具有氣凝膠獨特的納米多孔結構，還具有單純矽氣凝膠不具有的抗菌效果，同時具有良好的阻燃效果，是一種兼具補強、阻燃、抗菌功效於一體的改性填料，其填充於樹脂體系中後可有效的改善體系的機械加工性能和力學性能，並能減少傳統阻燃劑的使用，更為環保節能，最終製備得到具有高發泡倍率的高強度阻燃發泡聚丙烯材料，極具應用前景。

具體實施方式

一種雜化稀土矽氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發泡板，其特徵在於，該發泡材料由以下重量份的原料製得：聚丙烯72、馬來酸酐接枝聚丙烯5、聚烯烴彈性體10、發泡劑ac2、抗氧劑0.1、季戊四醇5、磷酸甲苯二苯酯1、矽烷偶聯劑0.1、氯化鑭0.4、殼聚糖季銨鹽0.5、正矽酸乙酯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。

該實施例阻燃發泡聚丙烯發泡板的製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2h，所得溶液備用；

（2）將正矽酸乙酯投入無水乙醇中，攪拌混合均勻後加入草酸水溶液，在50℃水浴條件下攪拌反應5h，製成矽溶膠，隨後加入步驟（1）製備的溶液，混合均勻後在攪拌狀態下滴加氨水，滴加時間控制在10min，滴加完畢體系送入60℃烘箱中凝膠30h，隨後取出凝膠，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的原料，最後採用超臨界乾燥技術對凝膠進行處理，在45℃，15mpa的條件下乾燥3h，得雜化稀土矽氣凝膠備用

（3）將步驟（2）製備的雜化稀土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190℃，螺杆轉速為50轉/分鐘，模具溫度為170℃，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：7.01×106個/cm3；

熔體質量流動速率：0.75g/10min；

shorea硬度：71.8；

拉伸強度：16.2mpa；

延伸率：543%；

ul94阻燃等級：v0；

極限氧指數：29.2。