一种阻燃隔热聚丙烯复合蜂巢板及其制备方法与流程

本发明涉及高分子材料，具体涉及一种阻燃隔热聚丙烯复合蜂巢板及其制备方法。

背景技术：

1、聚丙烯材料具有密度低、耐化学腐蚀、耐疲劳性能较好、加工成型性能优良等特点，被广泛应用于建筑装饰、交通运输、包装及复合板材等领域。与传统实心聚丙烯板材相比，蜂巢结构板材通过在板材内部形成规则的蜂窝孔结构，在降低板材整体质量的同时能够提高材料的比强度和比刚度，因此在轻量化隔热板材领域具有较好的应用前景。然而，聚丙烯属于易燃热塑性材料，其极限氧指数较低，受热后容易发生熔融、软化并持续燃烧，且燃烧过程中可能伴随熔滴现象，限制了其在对阻燃性能要求较高的领域中的应用。现有技术通常通过向聚丙烯基体中添加阻燃剂改善其阻燃性能，但阻燃剂与聚丙烯分散不均从而影响蜂巢板的成型质量和使用性能。

2、现有聚丙烯蜂巢板主要利用蜂窝孔结构降低材料重量并提高结构刚度，但蜂窝孔内部存在大量相互连通的空腔，虽然能够在一定程度上降低热传导，但其隔热性能仍受到蜂窝孔尺寸、孔壁厚度、孔隙结构以及板材表层结构等因素影响。当蜂窝孔结构与表层之间的结合不充分或者蜂窝孔侧边处于开放状态时，板材边缘容易形成热量传递通道，同时还可能造成灰尘、水分或其他介质进入蜂窝孔内部，影响板材长期使用过程中的隔热性能。

3、针对此方面的技术缺陷，现提出一种解决方案。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种阻燃隔热聚丙烯复合蜂巢板及其制备方法，解决了现有技术中聚丙烯蜂巢板阻燃和隔热性能需要进一步加强的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种阻燃隔热聚丙烯复合蜂巢板的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、将阻燃隔热聚丙烯复合粒子送入单螺杆挤出机熔融，熔体经蜂窝挤出模头挤出蜂窝芯坯体，经真空定型装置真空定型、冷却固化，得到阻燃隔热聚丙烯蜂巢芯板；

4、s2、将聚丙烯粒子送入单螺杆挤出机熔融，经平模头分别挤出成型，冷却定型，得到上表层片材和下表层片材；

5、s3、将阻燃隔热聚丙烯蜂巢芯板置于上表层片材与下表层片材之间进行热压复合，室温下静置，裁切，封边，得到阻燃隔热聚丙烯复合蜂巢板；

6、其中，阻燃隔热聚丙烯复合粒子的制备方法包括以下步骤：

7、步骤（1）n,n-二甲基甲酰胺、环氧改性二氧化硅和3-丁烯-1-醇混合，反应结束，过滤，洗涤，干燥，得到中间体i；

8、步骤（2）将中间体i和催化剂加入到丙酮中，加热反应，反应完成后，减压抽滤，洗涤，干燥，得到中间体ii；

9、步骤（3）将中间体ii和改性水滑石加入到无水乙醇中，加热反应，反应结束，冷却至室温，减压抽滤收集固体，洗涤，真空干燥，得到中间体iii；

10、步骤（4）在氮气氛围下，聚丙烯加热并保温，加入中间体iii和bpo，搅拌，加热并保温，冷却，乙酸乙酯提取，干燥，得到改性聚丙烯；

11、将改性聚丙烯加热熔融，加入抗氧剂、润滑剂、马来酸酐接枝聚丙烯和阻燃剂，搅拌均匀，挤出造粒，干燥，得到阻燃隔热聚丙烯复合粒子。

12、优选地，阻燃隔热聚丙烯复合粒子熔融指数为2.2-5g/10min；聚丙烯粒子熔融指数为2-5.8g/10min。

13、优选地，所述步骤（3）中，改性水滑石的制备方法如下：

14、水滑石高温煅烧，得到中间物；在氮气氛围下，中间物加入到混合溶液中，加热反应，反应结束，过滤，洗涤，加入到蒸馏水中，得到插层水滑石浆液；加入氨基硅烷，超声分散，加热反应，反应结束，过滤，洗涤，干燥，得到改性水滑石。

15、优选地，所述氨基硅烷包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、甲基(γ-氨丙基)二乙氧基硅烷和γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的任一种。

16、优选地，所述步骤（1）中，环氧改性二氧化硅的制备方法如下：

17、二氧化硅、无水乙醇和环氧硅烷偶联剂混合均匀，加热反应，反应结束后，离心，干燥，得到环氧改性二氧化硅。

18、优选地，所述步骤（1）中，n,n-二甲基甲酰胺、环氧改性二氧化硅和3-丁烯-1-醇的质量比为(2000-4000):(40-60):(80-100)；反应温度为60-75℃，反应时间为30-34h。

19、优选地，所述步骤（2）中，中间体i、催化剂和丙酮的质量比为(100-140):(0.4-0.6):(1000-1600)；反应温度为56-58℃，反应时间为5-7h；其中催化剂为异丙醇铝。

20、优选地，所述步骤（3）中，中间体ii和改性水滑石的摩尔比为1:1；反应温度为60-70℃，反应时间为6-10h。

21、优选地，所述步骤（4）中，聚丙烯、中间体iii、bpo和乙酸乙酯的质量比(220-340):(20-40):(0.3-0.5):(2000-3200)。

22、优选地，所述步骤（4）中，改性聚丙烯、抗氧剂、润滑剂、马来酸酐接枝聚丙烯和阻燃剂的质量比为(80-100):(0.2-0.8):(0.4-1):(4-10):(12-16)。

23、优选地，所述步骤（4）中，熔融温度为170-180℃。

24、优选地，s1中单螺杆挤出机中各区温度分别为：第一区170-180℃、第二区180-200℃、第三区200-210℃；模头温度211-215℃。

25、优选地，s2中单螺杆挤出机中各区温度分别为：第一区180-190℃、第二区200-210℃、第三区210-220℃；模头温度221-225℃。

26、优选地，s3中热压定型的温度为160-165℃，压力为0.3-0.5mpa。

27、优选地，步骤（4）中第一次加热温度为60-70℃，保温时间为1-2h；第二次加热温度为85-95℃，保温时间为20-30min。

28、优选地，二氧化硅、无水乙醇和环氧硅烷偶联剂的质量比为(55-75):(1000-1600):(30-50)；反应温度为60-80℃，反应的时间为5-7h。

29、优选地，环氧硅烷偶联剂为环氧丙氧辛基三甲氧基硅烷、环氧丙氧丁基三甲氧基硅烷和环氧丙氧丙基甲基二甲氧基硅烷中的任一种。

30、优选地，二氧化硅为微米尺寸。

31、优选地，真空干燥条件为：-0.08mpa、45-50℃温度下干燥4-6h。

32、优选地，高温煅烧条件为：400-440℃煅烧4-6h。

33、优选地，混合溶液中双甲氧基苯甲酸、无水乙醇和去离子水的质量比为(40-50):(180-280):(18-24)。

34、优选地，中间物、混合溶液和蒸馏水的质量比为(6-8):(30-40):(20-30)；反应条件为70-75℃温度下反应6-8h。

35、优选地，超声条件为：20-40khz频率下超声6-10min。

36、优选地，插层水滑石浆液和氨基硅烷的质量比为(140-180):(12-16)；反应条件为50-60℃温度下反应2.5-4.5h。

37、优选地，阻燃剂为硼酸锌。

38、优选地，抗氧剂为抗氧剂168。

39、优选地，润滑剂为硬脂酸钙。

40、优选地，一种采用所述的阻燃隔热聚丙烯复合蜂巢板的制备方法制备得到的阻燃隔热聚丙烯复合蜂巢板。

41、本发明中，环氧改性二氧化硅中的环氧基与3-丁烯-1-醇的羟基发生开环反应，得到中间体i；中间体i中的羟基经催化剂异丙醇铝选择性氧化羟基，得到含有醛基和碳碳不饱和双键的中间体ii；中间体ii中的醛基与改性水滑石中的氨基进行反应，得到亚胺基（-c=n-）；中间体iii含有的碳碳不饱和双键在引发剂的作用下与聚丙烯进行固相接枝反应，得到改性聚丙烯。

42、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

43、1.本发明中采用的二氧化硅本身就是一种无机耐热粒子，对其进行环氧改性后得到的环氧改性二氧化硅与聚丙烯的相容性更好，利于其分散性，均匀分散于聚丙烯基体中，不会因无机粒子团聚产生结构缺陷，同时提高基体材料的耐热性。水滑石经改性处理后得到的改性水滑石增加了反应活性位点，通过醛胺缩合生成席夫碱结构（-c=n-），并后续通过化学键连接在聚丙烯中，保障分散稳定性，避免因团聚造成的力学与耐热缺陷。同时，在高温燃烧时，水滑石还会分解释放不燃性气体，稀释聚丙烯热解产生的可燃产物浓度，延缓燃烧蔓延速率，同时分解得到的镁铝氧化物作为无机骨架，支撑炭层维持完整结构。硼酸锌是一种阻燃剂，兼具成炭促进与玻璃相构建，在受热升温过程中会逐步分解生成熔融态的b2o3，既可以促进基体脱水碳化，加速致密炭层的形成，又能够填充炭层中的孔隙缺陷，与二氧化硅在高温下反应生成稳定性更高的硼硅酸盐玻璃态连续相，进一步阻隔氧气、可燃热解气体的传递，同时阻挡热量向未燃烧区域传导；其与席夫碱构建的富氮炭层、二氧化硅和镁铝氧化物提供的无机骨架相互配合，三者协效形成兼具结构强度和阻隔功能的复合炭层，既能够避免炭层开裂坍塌，又能强化整体阻燃隔热效果。

44、2.本发明中，通过引发剂bpo的作用，将中间体iii接枝在聚丙烯上，可以有效改善无机粒子与聚丙烯基体的界面相容性，抑制无机粒子团聚，避免传统物理共混阻燃剂易迁移、团聚的缺陷。席夫碱结构（-c=n-）中的氮原子可与硼酸锌中的锌形成配位，锚定硼酸锌，让硼酸锌能够在基体材料中实现更均匀的分散，避免硼酸锌颗粒发生团聚，保障其在受热过程中能够稳定、逐步分解发挥作用，同时拉近硼酸锌与二氧化硅、席夫碱成炭位点的空间距离，强化三者间的协效作用，更有利于致密稳定复合阻隔炭层的快速形成，进而更好地保护蜂窝多孔结构的完整，让其隔热性能可以持续发挥作用，进一步提升整体材料的阻燃隔热稳定性。无机粒子组分均匀分散在聚丙烯中，不仅充分发挥多元组分协效阻燃成炭的作用，还可以构建分布均匀的无机粒子网络结构。马来酸酐接枝聚丙烯还可以增强基体与无机粒子的界面结合力，在提升体系熔体强度的同时，避免无机粒子引入导致复合材料力学性能下降，为蜂窝结构完整成型与长期使用的结构稳定性提供保障；同时也能在燃烧过程中辅助支撑复合炭层结构，进一步强化炭层的阻隔防护效果，让完整的蜂窝多孔结构得以持续发挥隔热作用。

45、3.本发明中，阻燃隔热聚丙烯复合粒子熔融指数为2.2-5g/10min，聚丙烯粒子熔融指数为2-5.8g/10min，芯层与表层熔体黏度接近，且在160-165℃热压复合时，表层片材与蜂窝孔壁接触面能够充分熔合，芯层孔壁因无机粒子网络结构和马来酸酐接枝聚丙烯带来的界面增强而具有足够的热抗蠕变能力，不会发生屈曲塌陷，热压后蜂窝孔隙结构保持完整；通过炭层在蜂窝孔壁表面形成致密保护壳，抑制火焰沿孔壁蔓延和熔融滴落。即使受热，孔壁仍能保持一定结构完整性，使内部空腔继续发挥隔热作用。