CN106750941A - 一种杂化芳纶纤维硅气凝胶改性的阻燃聚丙烯发泡板及其制备方法 - Google Patents

一种杂化芳纶纤维硅气凝胶改性的阻燃聚丙烯发泡板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种杂化芳纶纤维硅气凝胶改性的阻燃聚丙烯发泡板及其制备方法，该发泡材料中加入的杂化芳纶纤维硅气凝胶填料是芳纶浆粕溶液与硅溶胶体系混合制备得到，最终制成一种具有多孔网络结构的高韧性、高耐热、阻燃的气凝胶态化合物，其添加于树脂体系中可有效的增进熔体强度，达到补强、阻燃、形核等效果，减少传统阻燃剂的用量，还能有效的提高体系的气孔率，促进树脂发泡，再结合二硫化钼、二乙基次膦酸铝等传统的阻燃抑烟材料，最终制得了具有优异阻燃效果的轻质发泡聚丙烯复合材料，其气孔均匀，抗压耐热，耐磨耐蚀，经济耐用，极具应用前景。

Description

一种杂化芳纶纤维硅气凝胶改性的阻燃聚丙烯发泡板及其制 备方法
技术领域
本发明涉及高分子阻燃发泡材料技术领域，尤其涉及一种杂化芳纶纤维硅气凝胶改性的阻燃聚丙烯发泡板及其制备方法。
背景技术
高分子发泡材料是一种由聚合物和包含气体泡孔组成的特殊材料，与普通聚合物材料相比具有密度低、比强度高、隔音减震、隔热等优势，在商品包装、衬垫等领域被广泛应用。目前市场上常见的用作包装的高分子发泡材料有聚乙烯发泡材料、聚丙烯发泡材料、聚苯乙烯发泡材料、EVA发泡材料等，其中聚丙烯发泡材料是一种环保型发泡材料，性价比优、可多次回收利用，应用前景较好。目前聚丙烯发泡的难点在于加工温度超过熔点后，PP的熔体强度极速下降，熔体包裹气体的能力下降，导致泡孔塌陷，难以制得合格的发泡制品。除此之外，有机发泡材料的易燃性也是使用者不得不注意的问题，对发泡材料进行阻燃改性具有重要的实际应用意义。
为了提高聚丙烯发泡材料的阻燃性，许多研究者做了大量的工作，最常见的方法为添加阻燃剂来提高材料的阻燃效果，也有将多种材料协同作用来提高聚丙烯的阻燃性，其中膨胀型阻燃剂（IFR）具有阻燃效率高、低烟、低毒等优点，但是其与PP相容性差、使用量大、易吸潮，通常会导致聚丙烯的力学性能大大降低，发泡过程中也将对熔体产生不良影响，发泡效果差，从而影响使用性能。《纳米二氧化硅增强增韧膨胀型阻燃共聚聚丙烯性能的研究》一文通过添加纳米二氧化硅的方法来改善膨胀型阻燃聚丙烯的力学性能，纳米二氧化硅的添加在一定程度了改善了阻燃剂对聚丙烯产生的不良影响，但是有研究表明，纳米二氧化硅的用量对聚丙烯发泡过程有至关重要的影响，用量过大时纳米粒子容易团聚而导致发泡率低，但是过低的纳米材料不能弥补阻燃剂对体系的不良影响，最终出现了产品要么发泡效果好，阻燃性差，要么阻燃效果较好，但是发泡效果差的困境。
气凝胶特有的纳米多孔网络结构使其在光学、热学、电学、声学等等领域表现出许多独特的性质，以SiO2气凝胶为代表的气凝胶产品在多个领域均显示出巨大的应用前景，其具有隔热、保温、阻燃等多种效果，若将其应用于高分子发泡材料中，将对材料的发泡过程有良好的促进作用，但是SiO2气凝胶力学性能不佳，脆性较大，需要对其做进一步的改性处理。
发明内容
本发明为了弥补已有技术的缺陷，提供一种杂化芳纶纤维硅气凝胶改性的阻燃聚丙烯发泡板及其制备方法，利用杂化气凝胶独特的结构和性能特点，对树脂熔体达到增强、阻燃、促发泡等改性效果，最终获得综合性能优异的发泡聚丙烯材料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种杂化芳纶纤维硅气凝胶改性的阻燃聚丙烯发泡板，该发泡材料由以下重量份的原料制得：聚丙烯50-60、聚甲基丙烯酸甲酯微球4-5、马来酸酐接枝聚丙烯5-6、聚烯烃弹性体10-15、芳纶浆粕1-3、发泡剂AC1-5、抗氧剂0.1-0.2、二乙基次膦酸铝1-1.5、二硫化钼0.4-0.5、硅烷偶联剂0.1-0.2、正硅酸乙酯5-6、季戊四醇4-5、去离子水4-5、浓度为0.01mol/L的草酸溶液5-8、N，N-二甲基乙酰胺15-20、水合氯化锂1-1.5、氨水适量、无水乙醇适量。
所述的一种杂化芳纶纤维硅气凝胶改性的阻燃聚丙烯发泡板的制备方法包括以下步骤：
（1）先将芳纶浆粕用丙酮抽提3-5h，得表面预处理的芳纶浆粕备用；
（2）将N，N-二甲基乙酰胺投入反应容器中，体系水浴加热至50-60℃，随后加入水合氯化锂，搅拌使其完全溶解后加入芳纶浆粕，以200-300转/分钟的速度搅拌使芳纶浆粕完全溶解，所得溶液备用；
（3）依次将正硅酸乙酯、草酸溶液投入步骤（2）制备的溶液中，在50-60℃水浴条件下恒温高速搅拌反应30-40h，反应结束后滴加氨水，待体系完全凝胶后将所得凝胶浸入无水乙醇中，充分置换洗涤2-3次，随后采用超临界干燥技术对凝胶进行处理，在60-80℃，10-15MPa的条件下干燥2-2.5h，得杂化芳纶纤维硅气凝胶备用；
（4）将步骤（3）制备的杂化芳纶纤维硅气凝胶与硅烷偶联剂混合后球磨处理30-50min，过100目筛，将所得物料与其它剩余原料一起投入高速混合机中混合均匀，随后将混合好的物料送至挤出机中，物料在螺杆料筒中经加热熔融、混炼、挤压、发泡，然后经挤出机挤出、模具定型后即得产品，其中料筒温度为195-215℃，螺杆转速为40-50转/分钟，模具温度为170-180℃，压力为1-5MPa。
本发明制备的聚丙烯发泡材料采用聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯以及聚甲基丙烯酸甲酯微球复合作为树脂基体，这种复合体系具有良好的亲和性，改性填料在其中具有良好的分散性，加入的杂化芳纶纤维硅气凝胶填料是芳纶浆粕溶液与硅溶胶体系混合制备得到，最终制成一种具有多孔网络结构的高韧性、高耐热、阻燃的气凝胶态化合物，其添加于树脂体系中可有效的增进熔体强度，达到补强、阻燃、形核等效果，减少传统阻燃剂的用量，还能有效的提高体系的气孔率，促进树脂发泡，再结合二硫化钼、二乙基次膦酸铝等传统的阻燃抑烟材料，最终制得了具有优异阻燃效果的轻质发泡聚丙烯复合材料，其气孔均匀，抗压耐热，耐磨耐蚀，经济耐用，极具应用前景。
具体实施方式
一种杂化芳纶纤维硅气凝胶改性的阻燃聚丙烯发泡板，该发泡材料由以下重量份的原料制得：聚丙烯50、聚甲基丙烯酸甲酯微球4、马来酸酐接枝聚丙烯5、聚烯烃弹性体10、芳纶浆粕1、发泡剂AC 1、抗氧剂0.1、二乙基次膦酸铝1、二硫化钼0.4、硅烷偶联剂0.1、正硅酸乙酯5、季戊四醇4、去离子水4、浓度为0.01mol/L的草酸溶液5、N，N-二甲基乙酰胺15、水合氯化锂1、氨水适量、无水乙醇适量。
该实施例阻燃聚丙烯发泡板的制备方法包括以下步骤：
（1）先将芳纶浆粕用丙酮抽提3h，得表面预处理的芳纶浆粕备用；
（2）将N，N-二甲基乙酰胺投入反应容器中，体系水浴加热至50℃，随后加入水合氯化锂，搅拌使其完全溶解后加入芳纶浆粕，以200转/分钟的速度搅拌使芳纶浆粕完全溶解，所得溶液备用；
（3）依次将正硅酸乙酯、草酸溶液投入步骤（2）制备的溶液中，在50℃水浴条件下恒温高速搅拌反应30h，反应结束后滴加氨水，待体系完全凝胶后将所得凝胶浸入无水乙醇中，充分置换洗涤2次，随后采用超临界干燥技术对凝胶进行处理，在60℃，10MPa的条件下干燥2h，得杂化芳纶纤维硅气凝胶备用；
（4）将步骤（3）制备的杂化芳纶纤维硅气凝胶与硅烷偶联剂混合后球磨处理30min，过100目筛，将所得物料与其它剩余原料一起投入高速混合机中混合均匀，随后将混合好的物料送至挤出机中，物料在螺杆料筒中经加热熔融、混炼、挤压、发泡，然后经挤出机挤出、模具定型后即得产品，其中料筒温度为195℃，螺杆转速为50转/分钟，模具温度为170℃，压力为1MPa。
将制得发泡板取标准试样，并遵循相关标准进行性能测试，测试结果为：
泡孔密度：9.18×106个/cm3；
熔体质量流动速率：0.62g/10min ；
shore A硬度：81.2；
拉伸强度：20.5MPa；
延伸率：613%；
UL94阻燃等级：V0；
极限氧指数：30.2。

Claims (2)

1.一种杂化芳纶纤维硅气凝胶改性的阻燃聚丙烯发泡板，其特征在于，该发泡材料由以下重量份的原料制得：聚丙烯50-60、聚甲基丙烯酸甲酯微球4-5、马来酸酐接枝聚丙烯5-6、聚烯烃弹性体10-15、芳纶浆粕1-3、发泡剂AC1-5、抗氧剂0.1-0.2、二乙基次膦酸铝1-1.5、二硫化钼0.4-0.5、硅烷偶联剂0.1-0.2、正硅酸乙酯5-6、季戊四醇4-5、去离子水4-5、浓度为0.01mol/L的草酸溶液5-8、N，N-二甲基乙酰胺15-20、水合氯化锂1-1.5、氨水适量、无水乙醇适量。
2.如权利要求1所述的一种杂化芳纶纤维硅气凝胶改性的阻燃聚丙烯发泡板的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：
（1）先将芳纶浆粕用丙酮抽提3-5h，得表面预处理的芳纶浆粕备用；
（2）将N，N-二甲基乙酰胺投入反应容器中，体系水浴加热至50-60℃，随后加入水合氯化锂，搅拌使其完全溶解后加入芳纶浆粕，以200-300转/分钟的速度搅拌使芳纶浆粕完全溶解，所得溶液备用；
（3）依次将正硅酸乙酯、草酸溶液投入步骤（2）制备的溶液中，在50-60℃水浴条件下恒温高速搅拌反应30-40h，反应结束后滴加氨水，待体系完全凝胶后将所得凝胶浸入无水乙醇中，充分置换洗涤2-3次，随后采用超临界干燥技术对凝胶进行处理，在60-80℃，10-15MPa的条件下干燥2-2.5h，得杂化芳纶纤维硅气凝胶备用；
（4）将步骤（3）制备的杂化芳纶纤维硅气凝胶与硅烷偶联剂混合后球磨处理30-50min，过100目筛，将所得物料与其它剩余原料一起投入高速混合机中混合均匀，随后将混合好的物料送至挤出机中，物料在螺杆料筒中经加热熔融、混炼、挤压、发泡，然后经挤出机挤出、模具定型后即得产品，其中料筒温度为195-215℃，螺杆转速为40-50转/分钟，模具温度为170-180℃，压力为1-5MPa。
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