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PAN硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發泡板及其制備方法。
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，難以制得合格的發泡制品。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，最終出現了產品要么發泡效果好，阻燃性差，要么阻燃效果較好，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，若將其應用于高分子發泡材料中，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：
本發明為了彌補已有技術的缺陷，提供一種雜化PAN硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發泡板及其制備方法，利用雜化PAN硅氣凝膠獨特的性能和結構對樹脂體進行改性處理，達到增韌補強、阻燃耐候的效果，進一步提升聚丙烯發泡材料的使用性能。
本發明是通過以下技術方案實現的：
一種雜化PAN硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發泡板，該發泡材料由以下重量份的原料制得：聚丙烯62-75、馬來酸酐接枝聚丙烯5.5-6.8、聚烯烴彈性體10-13、PVC糊樹脂3-5、空心二氧化鈦微球1-2、石棉絨0.5-0.8、發泡劑AC 1-4、抗氧劑0.1-0.2、季戊四醇5-8、PAN粉末3-5、正硅酸乙酯3-5、硅烷偶聯劑0.1-0.2、去離子水5-10、濃度為0.01mol/L的草酸溶液5-8、氨水適量、二甲基亞砜20-30、無水乙醇適量。
所述的一種雜化PAN硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發泡板的制備方法包括以下步驟：
（1）先將PAN粉末進行干燥處理；
（2）依次將干燥處理后的PAN粉末、二甲基亞砜、去離子水投入反應容器中，密封后在50-60℃烘箱中溶脹10-15h，隨后放入70-80℃水浴中，開啟攪拌裝置，攪拌12-15h，使PAN粉末完全溶解，所得溶液經真空脫泡后備用；
（3）依次將正硅酸乙酯、草酸溶液投入步驟（2）制備的溶液中，在50-60℃水浴條件下恒溫高速攪拌反應20-25h，反應結束后滴加氨水，待體系完全凝膠后將所得凝膠浸入無水乙醇中，充分置換洗滌2-3次，隨后采用超臨界干燥技術對凝膠進行處理，在65-70℃，10-15MPa的條件下干燥2-2.5h，得雜化PAN硅氣凝膠備用；
（4）將步驟（3）制備的雜化PAN硅氣凝膠與硅烷偶聯劑混合后球磨處理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加熱熔融、混煉、擠壓、發泡，然后經擠出機擠出、模具定型后即得產品，其中料筒溫度為190-210℃，螺桿轉速為40-50轉/分鐘，模具溫度為160-180℃，壓力為1-5MPa。
本發明制備的聚丙烯發泡材料采用聚丙烯、馬來酸酐接枝聚丙烯、聚烯烴彈性體以及PVC糊樹脂混合作為樹脂基料，這種樹脂基料改善了傳統聚丙烯親和性差的缺陷，力學性能和發泡性能得到改善，更易發泡；加入的雜化PAN硅氣凝膠具有獨特的納米多孔結構，在發泡過程中可吸附于樹脂熔體中，達到改善熔體強度、阻燃、成炭、形核等多種功效，并可顯著提高發泡體的回彈性，改善產品使用性能；再結合石棉絨、空心二氧化鈦微球等材料，最終制得了具有優異阻燃效果的高彈、輕質、保溫、耐候的發泡聚丙烯復合材料，不使用傳統阻燃劑，更為經濟環保，極具應用前景。
具體實施方式
一種雜化PAN硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發泡板，該發泡材料由以下重量份的原料制得：聚丙烯62、馬來酸酐接枝聚丙烯5.5、聚烯烴彈性體10、PVC糊樹脂3、空心二氧化鈦微球1、石棉絨0.5、發泡劑AC 1、抗氧劑0.1、季戊四醇5、PAN粉末3、正硅酸乙酯3、硅烷偶聯劑0.1、去離子水5、濃度為0.01mol/L的草酸溶液5、氨水適量、二甲基亞砜20、無水乙醇適量。
該實施例阻燃聚丙烯發泡板的制備方法包括以下步驟：
（1）先將PAN粉末進行干燥處理；
（2）依次將干燥處理后的PAN粉末、二甲基亞砜、去離子水投入反應容器中，密封后在50℃烘箱中溶脹10h，隨后放入70℃水浴中，開啟攪拌裝置，攪拌12h，使PAN粉末完全溶解，所得溶液經真空脫泡后備用；
（3）依次將正硅酸乙酯、草酸溶液投入步驟（2）制備的溶液中，在50℃水浴條件下恒溫高速攪拌反應20h，反應結束后滴加氨水，待體系完全凝膠后將所得凝膠浸入無水乙醇中，充分置換洗滌2次，隨后采用超臨界干燥技術對凝膠進行處理，在65℃，10MPa的條件下干燥2h，得雜化PAN硅氣凝膠備用；
（4）將步驟（3）制備的雜化PAN硅氣凝膠與硅烷偶聯劑混合后球磨處理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加熱熔融、混煉、擠壓、發泡，然后經擠出機擠出、模具定型后即得產品，其中料筒溫度為190℃，螺桿轉速為50轉/分鐘，模具溫度為160℃，壓力為1MPa。
將制得發泡板取標準試樣，并遵循相關標準進行性能測試，測試結果為：
泡孔密度：1.05×107個/cm3；
熔體質量流動速率：0.58g/10min ；
shore A硬度：70.5；
拉伸強度：17.2MPa；
延伸率：602%；
UL94阻燃等級：V0
極限氧指數：29.2。