一种无卤阻燃增强EPP缓冲泡沫材料及其制备方法与流程

本发明属于聚丙烯发泡材料，具体为一种无卤阻燃增强epp缓冲泡沫材料及其制备方法。

背景技术：

1、发泡聚丙烯（epp）是一种以聚丙烯树脂为基材，通过物理发泡工艺制成的闭孔式泡沫塑料，具有质量轻、力学性能优异、耐冲击、隔热、耐温等特点，广泛应用于汽车工业、包装领域、建筑隔热等行业。然而，聚丙烯属于易燃材料，其极限氧指数较低，在受到外部热源作用时容易发生燃烧，并伴随熔滴现象，限制了epp泡沫材料在防火性能要求较高领域中的应用。目前，提高epp阻燃性能的核心是添加阻燃剂，其中，卤系阻燃剂阻燃效果显著，但在阻燃过程中会产生大量烟雾和有毒腐蚀性气体，对环境和人体健康造成潜在危害。无卤阻燃剂以磷系化合物和金属氢氧化物为主，燃烧时不挥发、不产生腐蚀性气体，已成为当前研究的重要方向。

2、中国专利申请cn113150443a公开了一种无卤阻燃聚丙烯发泡复合材料及其制备方法，以聚丙烯、密胺树脂、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、季戊四醇多聚磷酸酯三聚氰胺盐为原料，混合后，经熔融共混、挤出造粒，得到未发泡复合材料；再将复合材料与发泡剂混合后注塑得到复合材料，所得复合材料阻燃效率高、泡孔密度小且均匀、高强高韧，但阻燃剂含量较高可能会影响材料轻量化。中国专利申请cn122060259a公开了一种轻质隔热阻燃epp复合材料及其制备方法，通过不同发泡倍率epp粒子复配，结合有机胶-无机填料均匀包覆阻燃改性，有效解决了现有epp材料与改性体系界面结合力弱、轻量化、隔热、阻燃等核心性能难以协同兼顾的技术瓶颈，实现了材料轻质、隔热、阻燃、环保多功能一体化，但对于材料力学增强效果不足的问题仍未得到有效解决。

3、因此，开发一种阻燃性能优异、力学强度高且具有良好缓冲性能的无卤阻燃增强epp缓冲泡沫材料是亟需解决的问题。

4、‌ 技术实现要素：

5、（一）解决的技术问题

6、针对现有技术的不足，本发明提供了一种无卤阻燃增强epp缓冲泡沫材料及其制备方法，提高了泡沫材料的阻燃性能、力学强度、缓冲性能。

7、（二）技术方案

8、为了实现上述目的，本发明公开了一种无卤阻燃增强epp缓冲泡沫材料，所述无卤阻燃增强epp缓冲泡沫材料的制备方法包括如下步骤：

9、步骤一、将聚丙烯、抗氧剂、pp-g-mah、改性hnt阻燃剂、poss/pdms弹性微球进行混合，经双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，得到复合粒料；

10、步骤二、将所述复合粒料置于高压反应釜中，通入co2至15-18mpa，进行加热保压处理，处理完成后，经预降温，卸压至常压，冷却至室温，得到无卤阻燃增强epp缓冲泡沫材料。

11、优选地，所述步骤一中聚丙烯为熔体流动速率为3-8g/10min的均聚聚丙烯。

12、优选地，所述步骤一中抗氧剂为四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯。

13、优选地，所述步骤一中pp-g-mah为马来酸酐接枝聚丙烯‌。

14、优选地，所述步骤一中改性hnt阻燃剂，其制备方法包括如下步骤：将hnt加入乙醇溶液中，超声分散30-60min，得到hnt分散液，其中，hnt与乙醇溶液的质量比为1：（20-40）；将正硅酸乙酯和萘基三乙氧基硅烷加至乙醇溶液中，加入盐酸溶液调节ph至2-4，室温预水解1-3h，加入所述hnt分散液，搅拌混合，于60-80℃反应6-12h，再加入植酸溶液，于50-70℃反应1-3h，加入硼酸溶液，于50-70℃继续反应1-2h，洗涤，干燥，得到改性hnt阻燃剂，其中，正硅酸乙酯、萘基三乙氧基硅烷、乙醇溶液、hnt分散液、植酸溶液、硼酸溶液的质量比为（0.2-0.4）：（0.05-0.1）：（4-8）：10：（0.3-0.8）：（0.1-0.3）。

15、优选地，所述改性hnt阻燃剂的制备方法中，hnt为埃洛石纳米管，长度为0.2-2μm，外径为60-70nm，内径为15-45nm。

16、优选地，所述改性hnt阻燃剂的制备方法中，乙醇溶液为乙醇水溶液，乙醇与水的体积比为（3-5）:1。

17、优选地，所述改性hnt阻燃剂的制备方法中，盐酸溶液为浓度为0.1-0.3mol/l的盐酸水溶液。

18、优选地，所述改性hnt阻燃剂的制备方法中，植酸溶液为浓度为40-60%的植酸水溶液。

19、优选地，所述改性hnt阻燃剂的制备方法中，硼酸溶液为浓度为5-10%的硼酸水溶液。

20、优选地，所述改性hnt阻燃剂的制备方法中，洗涤采用无水乙醇和去离子水交替洗涤3-5次。

21、优选地，所述改性hnt阻燃剂的制备方法中，干燥为60-80℃干燥12-24h。

22、优选地，所述步骤一中poss/pdms弹性微球，其制备方法包括如下步骤：将乙烯基封端聚二甲基硅氧烷、八乙烯基笼型聚倍半硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷加入环己烷中，于室温条件下搅拌1-2h，得到油相混合液，其中，乙烯基封端聚二甲基硅氧烷、八乙烯基笼型聚倍半硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷、环己烷的质量比为80：（2-8）：（5-10）：（80-100）；将聚乙烯醇加入去离子水中，于80-95℃搅拌溶解，冷却至室温，得到水相分散液，其中，聚乙烯醇、去离子水的质量比为（1-5）：100；将所述油相混合液加入所述水相分散液中，于10000-15000r/min条件下高速剪切乳化5-15min后，加入铂催化剂，形成预乳液，其中，油相混合液、水相分散液、铂催化剂的质量比为1：（3-8）：（0.01-0.1）；将所述预乳液于60-80℃条件下反应4-8h，经离心分离、洗涤、干燥后，得到poss/pdms弹性微球。

23、优选地，所述poss/pdms弹性微球的制备方法中，poss为笼型聚倍半硅氧烷。

24、优选地，所述poss/pdms弹性微球的制备方法中，pdms为聚二甲基硅氧烷。

25、优选地，所述poss/pdms弹性微球的制备方法中，聚乙烯醇为聚乙烯醇1799。

26、优选地，所述poss/pdms弹性微球的制备方法中，铂催化剂为铂(0)-1,3-二乙烯-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。

27、优选地，所述poss/pdms弹性微球的制备方法中，洗涤采用无水乙醇洗涤3-5次。

28、优选地，所述poss/pdms弹性微球的制备方法中，干燥为60-80℃干燥12-24h。

29、优选地，所述poss/pdms弹性微球的制备方法中，poss/pdms弹性微球的粒径为3-10μm。

30、优选地，所述步骤一中熔融共混过程中，双螺杆挤出机的主机转速为30-50r/min，喂料转速为10-30r/min，熔融共混的温度为170-185℃，时间为1-5min。

31、优选地，所述步骤一中聚丙烯、抗氧剂、pp-g-mah、改性hnt阻燃剂、poss/pdms弹性微球的质量比为100：（0.1-0.5）：（1-5）：（5-8）：（5-10）。

32、优选地，所述步骤二中加热保压处理过程中，压力为15-18mpa，加热保压的温度为140-160℃，加热保压的时间为1-3h。

33、优选地，所述步骤二中预降温过程中，预降温的速率为0.5-1.5℃/min，温度为120-140℃。

34、优选地，所述步骤二中卸压过程中，卸压速度为5-8mpa/s。

35、优选地，所述步骤二中无卤阻燃增强epp缓冲泡沫材料的发泡倍率为5-15倍。

36、一种无卤阻燃增强epp缓冲泡沫材料，由所述的无卤阻燃增强epp缓冲泡沫材料的制备方法制备得到。

37、（三）有益的技术效果

38、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

39、（1）本发明在改性hnt阻燃剂制备过程中，采用正硅酸乙酯和萘基三乙氧基硅烷作为硅源，在酸催化条件下，正硅酸乙酯和萘基三乙氧基硅烷首先经水解生成硅醇中间体，随后，硅醇之间发生脱水缩合反应，形成si-o-si键，并通过si-o-si键的连续连接构建三维硅氧网络结构。其中，正硅酸乙酯主要提供硅源，用于形成稳定的硅氧骨架；萘基三乙氧基硅烷一方面参与硅氧网络的构建，另一方面引入具有较高热稳定性的萘基芳香结构，在燃烧过程中，提高炭层结构致密性。加入htn分散液后，由于hnt表面富含羟基，硅醇结构可通过氢键作用吸附于hnt表面，并在后续加热反应过程中进一步发生缩合反应，使硅氧网络在hnt表面生长形成包覆层，提高硅氧网络与hnt之间的界面结合能力，降低hnt纳米管之间的团聚。此外，hnt具有管状纳米结构和较高的比表面积，可作为增强载体，提高材料的结构稳定性。随后引入植酸和硼酸，植酸分子中含有大量磷酸基团，在引入体系后可通过氢键作用、静电作用、配位作用吸附于改性hnt表面，提高含磷组分在体系中的分散稳定性；同时，植酸受热分解产生磷酸、多聚磷酸等酸性物质，可促进聚合物脱水炭化，形成富含磷元素的保护性炭层。硼酸中的羟基结构可通过氢键作用吸附于改性hnt表面，使含硼组分负载于载体中。在燃烧条件下，硼酸进一步转化生成氧化硼，并与硅氧结构以及hnt中的铝氧结构共同形成玻璃态保护层，覆盖于炭层表面，提高炭层的致密性和热稳定性，降低氧气扩散及热量传递。通过构建改性hnt阻燃体系，提高了epp泡沫材料的阻燃性能和结构稳定性。

40、（2）本发明通过引入poss/pdms弹性微球，改善了epp泡沫材料的泡孔结构，提高了力学性能和缓冲性能。在微球制备过程中，环己烷作为油相分散介质，降低体系黏度，促进乙烯基封端聚二甲基硅氧烷、八乙烯基笼型聚倍半硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷的均匀分散。随后，将油相混合液加入含聚乙烯醇的水相分散液中，在高速剪切作用下，油相被破碎形成均匀分散的微米级液滴。聚乙烯醇通过界面保护作用和空间位阻效应稳定液滴结构，降低液滴之间的聚并，提高乳液稳定性。向形成的预乳液中加入铂催化剂后，在加热条件下，聚甲基氢硅氧烷中的si-h键作为交联活性基团，与乙烯基封端聚二甲基硅氧烷和八乙烯基笼型聚倍半硅氧烷中的乙烯基发生硅氢加成反应，使pdms链段与poss结构通过聚甲基氢硅氧烷连接，构建交联弹性网络，使液态油滴逐渐固化形成poss/pdms弹性微球。其中，乙烯基封端聚二甲基硅氧烷主要提供柔性si-o-si链段，使材料具有良好的弹性恢复能力和能量耗散能力；八乙烯基笼型聚倍半硅氧烷具有刚性硅氧笼状结构‌，可作为‌纳米级交联节点‌，提升弹性体网络的‌强度、耐热性及结构稳定性；聚甲基氢硅氧烷作为交联桥接剂，通过si-h结构提高网络交联程度。将所得poss/pdms弹性微球引入聚丙烯基体后，其弹性网络可缓解发泡过程中泡壁受到的应力集中，提高泡壁稳定性，减少泡孔塌陷。同时，弹性微球能够作为异相成核位点，降低能量势垒，减小泡孔尺寸，提高泡孔密度，从而改善泡沫材料的缓冲性能和力学性能。

41、（3）本发明采用co2作为物理发泡剂，避免了传统化学发泡剂产生有害气体的问题，实现了无卤、环保型epp缓冲泡沫材料的制备。通过保压及快速卸压发泡过程，使co2充分溶解于聚丙烯基体中，并利用压力释放过程中气体析出形成泡孔结构。同时，通过阻燃增强填料和弹性微球对泡孔成核及泡壁稳定性的协同调控，提高泡沫材料的阻燃性能、力学性能和缓冲性能。

技术实现思路