本发明涉及高分子阻燃发泡材料技术领域，尤其涉及一种杂化三聚氰胺-甲醛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。
技术实现要素：
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种杂化三聚氰胺-甲醛硅气凝胶改性的阻燃聚丙烯发泡板及其制备方法，利用杂化气凝胶材料独特的力学性能和结构特点，对树脂熔体进行改性处理，获得了具有良好阻燃效果和力学性能的发泡聚丙烯材料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种杂化三聚氰胺-甲醛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65-80、马来酸酐接枝聚烯烃弹性体10-14、乙烯-醋酸乙烯共聚物8-12、聚异氰酸酯4-5、季戊四醇4-8、有机磷系阻燃剂1-2、发泡剂AC1-5、抗氧剂0.1-0.2、三聚氰胺2-5、质量分数为37-40%的甲醛水溶液2-5、无水碳酸钠适量、正硅酸乙酯2-3、无水乙醇5-8、硅烷偶联剂0.1-0.2、浓度为0.01mol/L的草酸溶液10-12、去离子水15-20。
所述的有机磷系阻燃剂为磷酸甲苯二苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三异丙基苯酯、双酚A-双(二苯基磷酸酯)、磷酸三甲苯酯、磷酸三(2-氯丙基)酯、环状磷酸酯中的一种或多种的混合。
所述的一种杂化三聚氰胺-甲醛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）先将正硅酸乙酯投入无水乙醇中，搅拌混合均匀后加入草酸水溶液，在50-60℃水浴条件下搅拌反应3-5h，制成硅溶胶备用；
（2）将依次将三聚氰胺、甲醛水溶液、去离子水投入反应容器中，并加入无水碳酸钠调节体系pH值为8-9，随后将体系加热搅拌至三聚氰胺完全溶解后继续搅拌反应20-30min，最后将体系冷却至室温，并加入步骤（1）制备的硅溶胶，混合均匀后体系在50-60℃条件放置30-40h，待凝胶完全后取出凝胶依次经水、乙醇清洗置换2-3次，完全除去溶剂及未反应物料，最后采用超临界干燥技术对凝胶进行处理，在45-50℃，10-15MPa的条件下干燥4-5h，得杂化三聚氰胺-甲醛硅气凝胶备用；
（3）将步骤（2）制备的杂化三聚氰胺-甲醛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185-205℃，螺杆转速为40-50转/分钟，模具温度为165-180℃，压力为1-5MPa。
本发明制备的聚丙烯发泡材料采用聚丙烯、马来酸酐接枝聚烯烃弹性体、乙烯-醋酸乙烯共聚物以及聚异氰酸酯作为树脂基料，这种树脂基料改善了传统聚丙烯亲和性差的缺陷，具有良好的韧性和更好的热稳定性，熔体强度得到提高；加入的杂化三聚氰胺-甲醛硅气凝胶具有独特的纳米多孔结构，在发泡过程中可吸附于树脂熔体中，不仅可以进一步改善熔体强度，还能有效的提高树脂体的耐热阻燃性能，这种杂化气凝胶可对体系中的阻燃剂起到良好的协效作用，阻燃剂的用量得到有效控制；本发明制备的聚丙烯发泡材料环保性好，发泡率高，轻质保温，疏水防蚀，经济耐用，极大地拓宽了传统聚丙烯发泡材料的使用范围。
具体实施方式
一种杂化三聚氰胺甲醛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65、马来酸酐接枝聚烯烃弹性体10、乙烯醋酸乙烯共聚物8、聚异氰酸酯4、季戊四醇4、磷酸甲苯二苯酯1、发泡剂AC 1、抗氧剂0.1、三聚氰胺2、质量分数为37%的甲醛水溶液2、无水碳酸钠适量、正硅酸乙酯2、无水乙醇5、硅烷偶联剂0.1、浓度为0.01mol/L的草酸溶液10、去离子水15。
该阻燃聚丙烯发泡板的制备方法包括以下步骤：
（1）先将正硅酸乙酯投入无水乙醇中，搅拌混合均匀后加入草酸水溶液，在50℃水浴条件下搅拌反应3h，制成硅溶胶备用；
（2）将依次将三聚氰胺、甲醛水溶液、去离子水投入反应容器中，并加入无水碳酸钠调节体系pH值为8，随后将体系加热搅拌至三聚氰胺完全溶解后继续搅拌反应20min，最后将体系冷却至室温，并加入步骤（1）制备的硅溶胶，混合均匀后体系在50℃条件放置30h，待凝胶完全后取出凝胶依次经水、乙醇清洗置换2次，完全除去溶剂及未反应物料，最后采用超临界干燥技术对凝胶进行处理，在45℃，10MPa的条件下干燥4h，得杂化三聚氰胺甲醛硅气凝胶备用；
（3）将步骤（2）制备的杂化三聚氰胺甲醛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185℃，螺杆转速为50转/分钟，模具温度为165℃，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：6.25×106个/cm3；
熔体质量流动速率：0.70g/10min ；
shore A硬度：76.4；
拉伸强度：17.4MPa；
延伸率：602%；
UL94阻燃等级：V0；
极限氧指数：28.3。