本發(fā)明涉及高分子阻燃發(fā)泡材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雜化纖維素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(fā)泡制品。除此之外，有機發(fā)泡材料的易燃性也是使用者不得不注意的問題，對發(fā)泡材料進行阻燃改性具有重要的實際應(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，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(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(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，用量過大時納米粒子容易團聚而導致發(fā)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(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、熱學、電學、聲學等等領(lǐng)域表現(xiàn)出許多獨特的性質(zhì)，以SiO2氣凝膠為代表的氣凝膠產(chǎn)品在多個領(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(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種雜化纖維素硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發(fā)泡板及其制備方法，以期利用氣凝膠獨特的結(jié)構(gòu)特點和性能分散于樹脂體系中，達到阻燃、增強等效果，最終改善發(fā)泡材料的性能。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種雜化纖維素硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發(fā)泡板，該發(fā)泡材料由以下重量份的原料制得：聚丙烯80-100、氧化聚乙烯蠟2-3、馬來酸酐接枝聚丙烯5-8、聚烯烴彈性體12-15、發(fā)泡劑AC1-5、抗氧劑0.1-0.2、納米纖維素晶須10-15、十二烷基硫酸鈉1-2、有機磷系阻燃劑3-5、鎂鋁水滑石4-5、硅烷偶聯(lián)劑0.1-0.2、正硅酸乙酯3-5、季戊四醇5-8、去離子水30-40、硝酸適量、氨水適量、二甲基亞砜50-80、乙醇適量。
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(huán)狀磷酸酯中的一種或多種的混合。
所述的一種雜化纖維素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）先將十二烷基硫酸鈉與去離子水混合，攪拌均勻后加入有機磷系阻燃劑、鎂鋁水滑石，體系攪拌分散均勻后滴加適量的硝酸，調(diào)節(jié)體系pH值為4-5，室溫攪拌反應(yīng)40-50h，反應(yīng)結(jié)束后體系抽濾，所得產(chǎn)物經(jīng)水洗、干燥處理后破碎分散，過200-300目篩，產(chǎn)物備用；
（2）將納米纖維素晶須投入二甲基亞砜中，體系加熱至30-35℃，攪拌分散均勻后加入步驟（1）制備的物料，繼續(xù)攪拌混合40-50min，隨后依次加入正硅酸乙酯、10-15重量份的去離子水以及適量的硝酸，繼續(xù)攪拌混合20-30min后得復合凝膠，接著停止攪拌待體系完全凝膠化后用乙醇充分浸泡洗滌，置換出凝膠中的二甲基亞砜，隨后采用超臨界干燥技術(shù)對凝膠進行處理，在45-50℃，10-15MPa的條件下干燥3-5h，得雜化纖維素硅氣凝膠備用；
（3）將步驟（2）制備的雜化纖維素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(jīng)加熱熔融、混煉、擠壓、發(fā)泡，然后經(jīng)擠出機擠出、模具定型后即得產(chǎn)品，其中料筒溫度為185-210℃，螺桿轉(zhuǎn)速為40-50轉(zhuǎn)/分鐘，模具溫度為160-180℃，壓力為1-5MPa。
本發(fā)明通過在聚丙烯基樹脂材料中加入雜化纖維素硅氣凝膠來實現(xiàn)阻燃效果，這種雜化纖維素硅氣凝膠以納米纖維素晶須、硅膠作為載體，有機磷系阻燃劑與鎂鋁水滑石雜化體作為阻燃劑，制成一種具有多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高強韌氣凝膠態(tài)化合物，其有效的改善了傳統(tǒng)阻燃劑對樹脂體系發(fā)泡的不良影響，氣凝膠材料獨特的輕質(zhì)和多孔結(jié)構(gòu)對發(fā)泡過程有良好的促進作用，同時還能增強聚丙烯熔體的強度，提高發(fā)泡率，且采用纖維素載體生產(chǎn)成本低，溶劑也可重復使用，不污染環(huán)境。此外，這種雜化氣凝膠的阻燃效果也是令人滿意的，其中有機磷系阻燃劑與鎂鋁水滑石有良好的協(xié)效作用，再結(jié)合氣凝膠獨特的納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可有效的抑制局部熱量的傳播，提高成炭性，輔助提高體系的難燃性。
具體實施方式
一種雜化纖維素硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發(fā)泡板，該發(fā)泡材料由以下重量份的原料制得：聚丙烯80、氧化聚乙烯蠟2、馬來酸酐接枝聚丙烯5、聚烯烴彈性體12、發(fā)泡劑AC 1、抗氧劑0.1、納米纖維素晶須10、十二烷基硫酸鈉1、磷酸甲苯二苯酯3、鎂鋁水滑石4、硅烷偶聯(lián)劑0.1、正硅酸乙酯3、季戊四醇5、去離子水30、硝酸適量、氨水適量、二甲基亞砜50、乙醇適量。
該實施例的阻燃聚丙烯發(fā)泡板的制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，攪拌均勻后加入磷酸甲苯二苯酯、鎂鋁水滑石，體系攪拌分散均勻后滴加適量的硝酸，調(diào)節(jié)體系pH值為4，室溫攪拌反應(yīng)40h，反應(yīng)結(jié)束后體系抽濾，所得產(chǎn)物經(jīng)水洗、干燥處理后破碎分散，過200目篩，產(chǎn)物備用；
（2）將納米纖維素晶須投入二甲基亞砜中，體系加熱至30℃，攪拌分散均勻后加入步驟（1）制備的物料，繼續(xù)攪拌混合40min，隨后依次加入正硅酸乙酯、10重量份的去離子水以及適量的硝酸，繼續(xù)攪拌混合20min后得復合凝膠，接著停止攪拌待體系完全凝膠化后用乙醇充分浸泡洗滌，置換出凝膠中的二甲基亞砜，隨后采用超臨界干燥技術(shù)對凝膠進行處理，在45℃，10MPa的條件下干燥3h，得雜化纖維素硅氣凝膠備用；
（3）將步驟（2）制備的雜化纖維素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(jīng)加熱熔融、混煉、擠壓、發(fā)泡，然后經(jīng)擠出機擠出、模具定型后即得產(chǎn)品，其中料筒溫度為185℃，螺桿轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分鐘，模具溫度為160℃，壓力為1MPa。
將制得發(fā)泡板取標準試樣，并遵循相關(guān)標準進行性能測試，測試結(jié)果為：
泡孔密度：0.72×107個/cm3；
熔體質(zhì)量流動速率：0.68g/10min ；
shore A硬度：75.8；
拉伸強度：18.5MPa；
延伸率：582%；
UL94阻燃等級：V0；
極限氧指數(shù)：28.7。