CN109880231A - 一种阻燃聚丙烯板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于聚丙烯板领域，具体涉及一种阻燃聚丙烯板的制备方法，包括如下步骤：步骤1，将有机硅原材料加入至甲苯中，室温搅拌至完全溶解，得到甲苯溶解液；步骤2，将蒸馏水加入至恒压滴液漏斗中，恒温缓慢滴加至甲苯溶解液中，并搅拌均匀，静置2‑5h，得到酸性水解液；步骤3，将氨气通入酸性水解液中，直至水解液呈中性，加入硅酸铝催化剂、共聚聚丙烯粉料和均聚聚丙烯粉料搅拌均匀，形成悬浊液；步骤4，将悬浊液搅拌梯度加热反应，经加压和冷却成型，得到阻燃聚丙烯板。本发明解决了现有聚丙烯板韧性、耐低温、耐老化性能较差，且成型收缩率大、阻燃性差的问题，通过有机硅树脂和硅酸铝的联合改性，提升了整体的阻燃性与耐热性。

Description

一种阻燃聚丙烯板的制备方法

技术领域

本发明属于聚丙烯板领域，具体涉及一种阻燃聚丙烯板的制备方法。

背景技术

聚丙烯(Poyropylene，聚丙烯)已经被广泛应用于工业、农业、医疗、卫生等包装和日常生活的各个领域中，是目前世界高分子材料中用量最大、增长速度最快的一类产品，主要是由于其原料来源多、价格低、材料性能优良、电绝缘性和化学稳定性好，同时又具有易于加工成型的优点。虽然聚丙烯优点较多，但也有其不足，主要表现为韧性、耐低温、耐老化性能较差，且成型收缩率大、易燃烧，同时由于其非极性的特点，使其与其它极性聚合物、无机填料的相容性较差，从而限制了作为注塑、纤维、薄膜等制品的原料或专用料的应用。因此，为了拓展聚丙烯的应用领域，必须对聚丙烯进行改性，提高其性能。

按改性中是否发生了化学反应，可将聚丙烯的改性方法分为物理改性和化学改性；按使用功能可分为共混增韧改性、填充增强改性、功能化改性和阻燃改性。聚丙烯的物理改性主要通过加入其它聚合物、填料及相容剂，达到改善材料性能的目的，包括共混改性、无机粒子增强增韧改性和阻燃改性等。聚烯烃共混物研究和应用已得到了学术界与工业界的广泛关注和迅速发展。

聚合物改性的最简单的方法是无机粒子的填充改性。按尺寸大小，无机粒子可分为微米粒子、纳米粒子和晶须粒子三类。无机粒子的填充改性方法不仅能提高聚合物的刚度、硬度、模量、冲击韧性和热变形温度，还能降低成本。由于聚合物复合材料的强度和韧性主要受填料粒子的粒径、形状、以及基体与粒子间的界面粘结强度的影响，因此采用界面增韧剂或弹性体等与无机刚性粒子共同增强增韧聚丙烯，能有效提高材料韧性，同时使材料也具有较高的强度，最终实现聚丙烯增强与增韧。由此通过将无机粒子的超细化、纳米化和表面功能化，使填料转变为功能填料，与弹性体协同增加聚合物的强度与韧性已成为聚合物/无机填料复合材料的研究热点。

微米级无机刚性粒子改善聚丙烯的韧性，可在不降低其拉伸强度和刚性的同时，还能提高材料抗冲性能和热变形温度。纳米材料与技术从20世纪90年代开始兴起，逐渐使无机填料粒子向纳米化和功能化方向发展。纳米粒子填充聚合物必须实现纳米粒子与聚合物在纳米尺度上的均匀分散，才能达到较好的增强、增韧效果。因此，采用纳米粒子改性聚合物，应当进行适当的表面处理，降低粒子的表面能，并增加塑化过程中粒子与基体之间的界面相互作用，提高机械剪切力，最终达到纳米粒子均匀分散的效果。

然而，微纳米粒子在整个改性聚丙烯板内的分散性要求极高，且对产品本身的改性效果存在较大影响，故此，微纳米粒子改性聚丙烯板的工艺要求极苛刻，大大制约了改性PP板的产量。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种阻燃聚丙烯板的制备方法，解决了现有聚丙烯板韧性、耐低温、耐老化性能较差，且成型收缩率大、阻燃性差的问题，通过有机硅树脂和硅酸铝的联合改性，提升了整体的阻燃性与耐热性。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种阻燃聚丙烯板的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将有机硅原材料加入至甲苯中，室温搅拌至完全溶解，得到甲苯溶解液；所述有机硅原材料采用甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷的一种或者几种；

步骤2，将蒸馏水加入至恒压滴液漏斗中，恒温缓慢滴加至甲苯溶解液中，并搅拌均匀，静置2-5h，得到酸性水解液；

步骤3，将氨气通入酸性水解液中，直至水解液呈中性，加入硅酸铝催化剂、共聚聚丙烯粉料和均聚聚丙烯粉料搅拌均匀，形成悬浊液；

步骤4，将悬浊液搅拌梯度加热反应，经加压和冷却成型，得到阻燃聚丙烯板。

作为优选，所述步骤1中的有机硅原材料在甲苯中的浓度为20-100g/L，室温搅拌的搅拌速度为300-600r/min。

作为优选，所述步骤2中的蒸馏水加入量是有机硅原材料质量的10-15％，所述恒温缓慢滴加的滴加速度为1-6mL/min，温度为2-6℃。

作为优选，所述步骤2中的搅拌均匀的搅拌速度为1000-2000r/min，所述静置的温度为2-5℃。

作为优选，所述步骤3中的氨气的通入速度为2-5mL/min，通入时的搅拌速度为800-1500r/min。

作为优选，所述步骤3中的硅酸铝催化剂加入量是有机硅原材料质量的50-60％，所述共聚聚丙烯的加入量是有机硅原材料的200-700％，所述均聚聚丙烯的加入量是有机硅原材料的200-700％，所述搅拌均匀的搅拌速度为1000-2000r/min，温度为10-25℃；所述硅酸铝催化剂以硬质粘土熟料为原料，经电阻或电弧炉熔融、喷吹成纤工艺生产而成。

作为优选，所述步骤4中的搅拌梯度加热反应采用三梯度反应体系，所述搅拌梯度加热反应产生的尾气均回收处理。

进一步的优选，所述三梯度反应体系的程序如下：

搅拌速度	温度	时间
			1000-2000r/min	90-100℃	30-60min
500-800r/min	120-150℃	240-300min
			200-400r/min	190-200℃	120-180min

作为优选，所述步骤4中的加压的压力为0.3-0.8MPa，温度为200-250℃。

硅酸铝催化剂本身以硬质粘土熟料为原料，经电阻或电弧炉熔融、喷吹成纤工艺生产而成。硅酸铝本身具有良好的热稳定性，常用作防火材料，在该体系中，能够作为阻燃涂料，提高整体的耐温性和阻燃性能，同时，硅酸铝催化剂可以采用微米级的硅酸铝材料，确保其具备刚性纳米粒子的特性，起到微米级无机刚性粒子作为改性剂的特性。

有机硅树脂是高度交联的网状结构的聚有机硅氧烷，通常是用甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷的各种混合物，在甲苯存在下，在较低温度下加水分解，得到酸性水解物。水解的初始产物是环状的、线型的和交联聚合物的混合物。初始水解物在硅酸铝催化剂和温度的作用下能够进行进一步的缩聚反应，形成高度交联的网状结构。

以甲基三氯硅烷为例，步骤1将甲基三氯硅烷溶解在甲苯中，，形成甲基三氯硅烷的甲苯溶解液；步骤2，将蒸馏水恒温且缓慢滴加至甲基三氯硅烷的甲苯溶解液中搅拌均匀，确保蒸馏水快速分散至甲苯溶解液内，同时甲苯中的甲基三氯硅烷与蒸馏水发生水解反应，形成初始水解结构，得到酸性水解液，水解液中含有蒸馏水、氯化氢和甲苯，经过静置反应，甲苯与蒸馏水形成一定的分层结构，而氯化氢分别溶解在蒸馏水和甲苯内；步骤3将氨气通入酸性水解液中，通过氨气与氯化氢的反应，形成氯化铵，直至将酸性水解液转化为中性水解液，将硅酸铝催化剂、共聚聚丙烯粉料和均聚聚丙烯粉料加入至中性水解液中，形成良好的分散体系，得到悬浊液，硅酸铝催化剂、共聚聚丙烯粉料和均聚聚丙烯粉料均以分散颗粒的形式存在中性水解液中；步骤4将悬浊液梯度反应，通过梯度反应将蒸馏水、氯化铵和甲苯去除，同时利用硅酸铝的催化作用将水解物聚合形成高度交联的立体网状结构，不仅将共聚聚丙烯粉料和均聚聚丙烯粉料分散至立体网状结构内，而且硅酸铝催化剂能够固定在立体网状结构内，形成良好的固定效果；随着温度的升高，共聚聚丙烯粉料和均聚聚丙烯粉料逐步熔化，形成液态，而硅酸铝催化剂和立体网状结构的有机硅均在此温度下保持固态，此时有机硅作为骨架结构，将内外均熔化的共聚聚丙烯粉料和均聚聚丙烯粉料形成内外连接结构，将立体网状结构的网孔封闭，确保硅酸铝催化剂的稳定固化，而且有机硅树脂的热稳定性和耐候性，硅酸铝催化剂的热稳定性和抗压结构，能够提升聚丙烯本身的不足，降低了成型收缩率。

从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：

1.本发明解决了现有聚丙烯板韧性、耐低温、耐老化性能较差，且成型收缩率大、阻燃性差的问题，通过有机硅树脂和硅酸铝的联合改性，提升了整体的阻燃性与耐热性。

2.本发明解决了现有微纳米粒子改性工艺的苛刻性，通过立体网络结构的多孔稳固性将微纳米结构的硅酸铝物理改性，有效的提升了整体稳固性，同时共聚聚丙烯和均聚聚丙烯的内外向同性，将微纳米纤维结构的硅酸铝和呈立体网络骨架结构的有机硅树脂形成全包覆。

3.本发明将硅酸铝作为无机微纳米粒子改性剂，能够良好的耐温阻燃性能，同时将硅酸铝作为有机硅树脂的催化剂，提升有机硅树脂的立体网络结构，将共聚聚丙烯和均聚聚丙烯分布在立体网络结构内外。

具体实施方式

结合实施例详细说明本发明，但不对本发明的权利要求做任何限定。

实施例1

一种阻燃聚丙烯板的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将有机硅原材料加入至甲苯中，室温搅拌至完全溶解，得到甲苯溶解液；所述有机硅原材料采用甲基三氯硅烷；

步骤2，将蒸馏水加入至恒压滴液漏斗中，恒温缓慢滴加至甲苯溶解液中，并搅拌均匀，静置2h，得到酸性水解液；

步骤3，将氨气通入酸性水解液中，直至水解液呈中性，加入硅酸铝催化剂、共聚聚丙烯粉料和均聚聚丙烯粉料搅拌均匀，形成悬浊液；

步骤4，将悬浊液搅拌梯度加热反应，经加压和冷却成型，得到阻燃聚丙烯板。

所述步骤1中的有机硅原材料在甲苯中的浓度为20g/L，室温搅拌的搅拌速度为300r/min。

所述步骤2中的蒸馏水加入量是有机硅原材料质量的10％，所述恒温缓慢滴加的滴加速度为1mL/min，温度为2℃，搅拌均匀的搅拌速度为1000r/min，所述静置的温度为2℃。

所述步骤3中的氨气的通入速度为2mL/min，通入时的搅拌速度为800r/min，所述步骤3中的硅酸铝催化剂加入量是有机硅原材料质量的50％，所述共聚聚丙烯的加入量是有机硅原材料的200％，所述均聚聚丙烯的加入量是有机硅原材料的200％，所述搅拌均匀的搅拌速度为1000r/min，温度为10℃，所述硅酸铝催化剂以硬质粘土熟料为原料，经电阻或电弧炉熔融、喷吹成纤工艺生产而成。

所述步骤4中的搅拌梯度加热反应采用三梯度反应体系，所述搅拌梯度加热反应产生的尾气均回收处理；所述三梯度反应体系的程序如下：

所述步骤4中的加压的压力为0.3MPa，温度为200℃。

实施例2

一种阻燃聚丙烯板的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将有机硅原材料加入至甲苯中，室温搅拌至完全溶解，得到甲苯溶解液；所述有机硅原材料采用二甲基二氯硅烷；

步骤2，将蒸馏水加入至恒压滴液漏斗中，恒温缓慢滴加至甲苯溶解液中，并搅拌均匀，静置5h，得到酸性水解液；

步骤3，将氨气通入酸性水解液中，直至水解液呈中性，加入硅酸铝催化剂、共聚聚丙烯粉料和均聚聚丙烯粉料搅拌均匀，形成悬浊液；

步骤4，将悬浊液搅拌梯度加热反应，经加压和冷却成型，得到阻燃聚丙烯板。

所述步骤1中的有机硅原材料在甲苯中的浓度为100g/L，室温搅拌的搅拌速度为600r/min。

所述步骤2中的蒸馏水加入量是有机硅原材料质量的15％，所述恒温缓慢滴加的滴加速度为6mL/min，温度为2-6℃，所述搅拌均匀的搅拌速度为2000r/min，所述静置的温度为5℃。

所述步骤3中的氨气的通入速度为5mL/min，通入时的搅拌速度为1500r/min，所述硅酸铝催化剂加入量是有机硅原材料质量的60％，所述共聚聚丙烯的加入量是有机硅原材料的700％，所述均聚聚丙烯的加入量是有机硅原材料的700％，所述搅拌均匀的搅拌速度为2000r/min，温度为25℃，所述硅酸铝催化剂以硬质粘土熟料为原料，经电阻或电弧炉熔融、喷吹成纤工艺生产而成。

所述步骤4中的搅拌梯度加热反应采用三梯度反应体系，所述搅拌梯度加热反应产生的尾气均回收处理；所述三梯度反应体系的程序如下：

所述步骤4中的加压的压力为0.8MPa，温度为250℃。

实施例3

一种阻燃聚丙烯板的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将有机硅原材料加入至甲苯中，室温搅拌至完全溶解，得到甲苯溶解液；所述有机硅原材料采用苯基三氯硅烷；

步骤2，将蒸馏水加入至恒压滴液漏斗中，恒温缓慢滴加至甲苯溶解液中，并搅拌均匀，静置3h，得到酸性水解液；

步骤3，将氨气通入酸性水解液中，直至水解液呈中性，加入硅酸铝催化剂、共聚聚丙烯粉料和均聚聚丙烯粉料搅拌均匀，形成悬浊液；

步骤4，将悬浊液搅拌梯度加热反应，经加压和冷却成型，得到阻燃聚丙烯板。

所述步骤1中的有机硅原材料在甲苯中的浓度为60g/L，室温搅拌的搅拌速度为400r/min。

所述步骤2中的蒸馏水加入量是有机硅原材料质量的13％，所述恒温缓慢滴加的滴加速度为3mL/min，温度为4℃，所述搅拌均匀的搅拌速度为1500r/min，所述静置的温度为3℃。

所述步骤3中的氨气的通入速度为3mL/min，通入时的搅拌速度为1000r/min，所述硅酸铝催化剂加入量是有机硅原材料质量的55％，所述共聚聚丙烯的加入量是有机硅原材料的450％，所述均聚聚丙烯的加入量是有机硅原材料的450％，所述搅拌均匀的搅拌速度为1500r/min，温度为15℃，所述硅酸铝催化剂以硬质粘土熟料为原料，经电阻或电弧炉熔融、喷吹成纤工艺生产而成。

所述步骤4中的搅拌梯度加热反应采用三梯度反应体系，所述搅拌梯度加热反应产生的尾气均回收处理；所述三梯度反应体系的程序如下：

所述步骤4中的加压的压力为0.5MPa，温度为230℃。

实施例4

一种阻燃聚丙烯板的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将有机硅原材料加入至甲苯中，室温搅拌至完全溶解，得到甲苯溶解液；所述有机硅原材料采用甲基苯基二氯硅烷；

步骤2，将蒸馏水加入至恒压滴液漏斗中，恒温缓慢滴加至甲苯溶解液中，并搅拌均匀，静置3h，得到酸性水解液；

步骤3，将氨气通入酸性水解液中，直至水解液呈中性，加入硅酸铝催化剂、共聚聚丙烯粉料和均聚聚丙烯粉料搅拌均匀，形成悬浊液；

步骤4，将悬浊液搅拌梯度加热反应，经加压和冷却成型，得到阻燃聚丙烯板。

所述步骤1中的有机硅原材料在甲苯中的浓度为80g/L，室温搅拌的搅拌速度为500r/min。

所述步骤2中的蒸馏水加入量是有机硅原材料质量的12％，所述恒温缓慢滴加的滴加速度为5mL/min，温度为5℃，所述搅拌均匀的搅拌速度为1800r/min，所述静置的温度为4℃。

所述步骤3中的氨气的通入速度为4mL/min，通入时的搅拌速度为1300r/min，所述硅酸铝催化剂加入量是有机硅原材料质量的58％，所述共聚聚丙烯的加入量是有机硅原材料的450％，所述均聚聚丙烯的加入量是有机硅原材料的450％，所述搅拌均匀的搅拌速度为1800r/min，温度为20℃，所述硅酸铝催化剂以硬质粘土熟料为原料，经电阻或电弧炉熔融、喷吹成纤工艺生产而成。

所述步骤4中的搅拌梯度加热反应采用三梯度反应体系，所述搅拌梯度加热反应产生的尾气均回收处理；所述三梯度反应体系的程序如下：

搅拌速度	温度	时间
			1300r/min	100℃	60min
700r/min	140℃	300min
			200r/min	190℃	150min

所述步骤4中的加压的压力为0.7MPa，温度为240℃。

性能检测

对比例采用按照国标制备的聚丙烯板。

综上所述，本发明具有以下优点：

1.本发明解决了现有聚丙烯板韧性、耐低温、耐老化性能较差，且成型收缩率大、阻燃性差的问题，通过有机硅树脂和硅酸铝的联合改性，提升了整体的阻燃性与耐热性。

2.本发明解决了现有微纳米粒子改性工艺的苛刻性，通过立体网络结构的多孔稳固性将微纳米结构的硅酸铝物理改性，有效的提升了整体稳固性，同时共聚聚丙烯和均聚聚丙烯的内外向同性，将微纳米纤维结构的硅酸铝和呈立体网络骨架结构的有机硅树脂形成全包覆。

3.本发明将硅酸铝作为无机微纳米粒子改性剂，能够良好的耐温阻燃性能，同时将硅酸铝作为有机硅树脂的催化剂，提升有机硅树脂的立体网络结构，将共聚聚丙烯和均聚聚丙烯分布在立体网络结构内外。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阻燃聚丙烯板的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，将有机硅原材料加入至甲苯中，室温搅拌至完全溶解，得到甲苯溶解液；所述有机硅原材料采用甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷的一种或者几种；

步骤2，将蒸馏水加入至恒压滴液漏斗中，恒温缓慢滴加至甲苯溶解液中，并搅拌均匀，静置2-5h，得到酸性水解液；

步骤3，将氨气通入酸性水解液中，直至水解液呈中性，加入硅酸铝催化剂、共聚聚丙烯粉料和均聚聚丙烯粉料搅拌均匀，形成悬浊液；

步骤4，将悬浊液搅拌梯度加热反应，经加压和冷却成型，得到阻燃聚丙烯板。

2.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯板的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的有机硅原材料在甲苯中的浓度为20-100g/L，室温搅拌的搅拌速度为300-600r/min。

3.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯板的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的蒸馏水加入量是有机硅原材料质量的10-15％，所述恒温缓慢滴加的滴加速度为1-6mL/min，温度为2-6℃。

4.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯板的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的搅拌均匀的搅拌速度为1000-2000r/min，所述静置的温度为2-5℃。

5.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯板的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的氨气的通入速度为2-5mL/min，通入时的搅拌速度为800-1500r/min。

6.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯板的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的硅酸铝催化剂加入量是有机硅原材料质量的50-60％，所述共聚聚丙烯的加入量是有机硅原材料的200-700％，所述均聚聚丙烯的加入量是有机硅原材料的200-700％，所述搅拌均匀的搅拌速度为1000-2000r/min，温度为10-25℃。

7.根据权利要求6所述的阻燃聚丙烯板的制备方法，其特征在于：所述硅酸铝催化剂以硬质粘土熟料为原料，经电阻或电弧炉熔融、喷吹成纤工艺生产而成。

8.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯板的制备方法，其特征在于：所述步骤4中的搅拌梯度加热反应采用三梯度反应体系，所述搅拌梯度加热反应产生的尾气均回收处理。

9.根据权利要求8所述的阻燃聚丙烯板的制备方法，其特征在于：所述三梯度反应体系的程序如下：

搅拌速度 温度 时间 1000-2000r/min 90-100℃ 30-60min 500-800r/min 120-150℃ 240-300min 200-400r/min 190-200℃ 120-180min

10.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯板的制备方法，其特征在于：所述步骤4中的加压的压力为0.3-0.8MPa，温度为200-250℃。