一种聚乙烯改性发泡棉及其制备方法与流程

本发明涉及聚乙烯，具体涉及一种聚乙烯改性发泡棉及其制备方法。

背景技术：

1、聚乙烯发泡棉是非交联闭孔结构，又称epe珍珠棉,是一种新型环保的包装材料；它由低密度聚乙烯经物理发泡产生无数的独立气泡构成；克服了普通发泡胶易碎、变形、恢复性差的缺点；具有隔水防潮、防震、隔音、保温、韧性强、循环再造、环保、抗撞力强等诸多优点，亦具有很好的抗化学性能，是传统包装材料的理想代替品。

2、然而传统的聚乙烯发泡棉在隔热保温领域的应用仍然存在一些问题。一方面，低密度聚乙烯经过物理发泡得到的气泡结构为非交联型闭孔结构，尺寸在微米量级，大于空气分子的平均自由程，因此对气体分子的传热抑制效果不理想。所以，聚乙烯发泡棉的隔热保温效果不理想、热导率较高(室温热导率约为0.041w/m·k)。另外一方面，聚乙烯发泡棉的成分为有机物聚乙烯，使用其作为保温材料，阻燃性能差，只要遇到火源，容易发生燃烧，对人们的生命安全造成巨大的威胁和伤害。如果能够制备具有极低热导率、保温效果好、机械性能佳、具有一定阻燃性、经济耐用的聚乙烯发泡棉材料，将很大程度解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种聚乙烯改性发泡棉及其制备方法，制备方法简单，原料来源广，制得的聚乙烯改性发泡棉具有较好的力学性能，回弹性好，保温和阻燃性能佳，耐温、耐热性能好，经济耐用，具有广阔的应用前景。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明提供一种聚乙烯改性发泡棉的制备方法，将二氧化硅气凝胶表面沉积复合金属氧化物，表面经过硅烷偶联剂改性后，依次与三氯氧磷和dopo反应，加入低密度聚乙烯中，与乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、敏化剂、聚乙烯蜡混合开炼，然后加入发泡剂，塑化，出片，辐射交联，发泡，冷却，制得聚乙烯改性发泡棉。

4、作为本发明的进一步改进，包括以下步骤：

5、s1.二氧化硅气凝胶的制备：将正硅酸烷基酯、乙醇和水混合均匀，调节溶液ph值为碱性，搅拌形成凝胶，加入乙醇老化，干燥，得到二氧化硅气凝胶；

6、s2.复合金属氧化物的沉积：将二氧化硅气凝胶、硝酸镁、硝酸铝溶于水中，滴加碱液，加热沉积晶化，过滤，洗涤，干燥，煅烧，制得复合金属氧化物沉积二氧化硅气凝胶；

7、s3.改性：将复合金属氧化物沉积二氧化硅气凝胶加入乙醇中，加入复合硅烷偶联剂，加热搅拌反应，离心，洗涤，干燥，制得改性气凝胶；

8、s4.与三氯氧磷的反应：将改性气凝胶加入乙腈中，加入催化剂，搅拌混合均匀，加入三氯氧磷，加热回流搅拌反应，离心，洗涤，干燥，制得初级阻燃改性气凝胶；

9、s5.与dopo的反应：将初级阻燃改性气凝胶和dopo加入甲苯中，加热回流搅拌反应，离心，洗涤，干燥，制得阻燃改性气凝胶；

10、s6.聚乙烯改性发泡棉的制备：将低密度聚乙烯开炼融化，加入乙烯-醋酸乙烯共聚物和乙烯-丙烯酸共聚物，搅拌混合均匀，加入敏化剂、硬脂酸丁酯、聚乙烯蜡和阻燃改性气凝胶开炼，然后加入发泡剂，塑化，出片，辐射交联，发泡，冷却，制得聚乙烯改性发泡棉。

11、作为本发明的进一步改进，步骤s1中所述正硅酸烷基酯、乙醇和水的质量比为15-20：110-130：40-60，所述调节溶液ph值为9.5-10.5，所述老化的时间为24-28h。

12、作为本发明的进一步改进，步骤s2中所述二氧化硅气凝胶、硝酸镁、硝酸铝的质量比为100:10-12:12-15，所述碱液为氨水，所述加热沉积晶化的温度为85-95℃，时间为20-40min，所述煅烧的温度为600-700℃，时间为2-4h。

13、作为本发明的进一步改进，步骤s3中所述复合金属氧化物沉积二氧化硅气凝胶、复合硅烷偶联剂的质量比为10:1-2，所述复合硅烷偶联剂为kh560和kh570的混合物，质量比为3-5:10，所述加热搅拌反应的温度为40-50℃，时间为1-3h。

14、作为本发明的进一步改进，步骤s4中所述改性气凝胶、催化剂、三氯氧磷的质量比为10:0.01-0.015:1-2，所述加热回流搅拌反应的时间为1-2h，所述催化剂为ticl4。

15、作为本发明的进一步改进，步骤s5中所述初级阻燃改性气凝胶和dopo的质量比为10:3-4，所述加热回流搅拌反应2-4h。

16、作为本发明的进一步改进，步骤s6中所述低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、敏化剂、硬脂酸丁酯、聚乙烯蜡、阻燃改性气凝胶、发泡剂的质量比为100:7-9:3-5:1-2:3-5:1-3:7-10:12-17，所述辐射交联为吸收剂量为75-95kgy辐射交联4-7min，所述发泡的温度为180-200℃，时间为7-10min，所述敏化剂为硬脂酸锌和zno的混合物，质量比为1:3-5，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。

17、作为本发明的进一步改进，具体包括以下步骤：

18、s1.二氧化硅气凝胶的制备：将15-20重量份正硅酸烷基酯、110-130重量份乙醇和40-60重量份水混合均匀，调节溶液ph值为9.5-10.5，搅拌形成凝胶，加入100-200重量份乙醇老化24-28h，干燥，球磨1h，得到二氧化硅气凝胶；

19、s2.复合金属氧化物的沉积：将100重量份二氧化硅气凝胶、10-12重量份硝酸镁、12-15重量份硝酸铝溶于水中，滴加氨水至溶液ph值为8.5-9.5，加热至85-95℃，沉积晶化20-40min，过滤，洗涤，干燥，600-700℃煅烧2-4h，制得复合金属氧化物沉积二氧化硅气凝胶；

20、s3.改性：将10重量份复合金属氧化物沉积二氧化硅气凝胶加入乙醇中，加入1-2重量份复合硅烷偶联剂，加热至40-50℃，搅拌反应1-3h，离心，洗涤，干燥，制得改性气凝胶；

21、所述复合硅烷偶联剂为kh560和kh570的混合物，质量比为3-5:10；

22、s4.与三氯氧磷的反应：将10重量份改性气凝胶加入乙腈中，加入0.01-0.015重量份催化剂ticl4，搅拌混合均匀，加入1-2重量份三氯氧磷，加热回流搅拌反应1-2h，离心，洗涤，干燥，制得初级阻燃改性气凝胶；

23、s5.与dopo的反应：将10重量份初级阻燃改性气凝胶和3-4重量份dopo加入甲苯中，加热回流搅拌反应2-4h，离心，洗涤，干燥，制得阻燃改性气凝胶；

24、s6.聚乙烯改性发泡棉的制备：将100重量份低密度聚乙烯加热至110-115℃开炼融化2-4min，加入7-9重量份乙烯-醋酸乙烯共聚物和3-5重量份乙烯-丙烯酸共聚物开炼，搅拌混合1-3min，加入1-2重量份敏化剂、3-5重量份硬脂酸丁酯、1-3重量份聚乙烯蜡和7-10重量份阻燃改性气凝胶开炼1-3min，然后加入12-17重量份发泡剂，经过反复打倒三角的方式使混合物塑化2-4min，出片，在110-115℃平板硫化剂上加压至12-15mpa熔融处理4-6min后，卸压，保持10mpa冷却成型，吸收剂量为75-95kgy辐射交联4-7min，180-200℃发泡7-10min，冷却，制得聚乙烯改性发泡棉；

25、所述敏化剂为硬脂酸锌和zno的混合物，质量比为1:3-5。

26、本发明进一步保护一种上述的制备方法制得的聚乙烯改性发泡棉。

27、本发明具有如下有益效果：

28、本发明制备了一种通过阻燃改性气凝胶和硬脂酸丁酯填充部分聚乙烯改性发泡棉，一方面通过辐射交联，能够细化聚乙烯改性发泡棉的孔结构，提高发泡棉的保温性能，同时，填充的硬脂酸丁酯为较好的相变材料，原位生成复合定型相变材料，进一步增强材料的保温性能，还能提高材料的回弹性，减小永久形变。

29、另一方面，通过添加阻燃改性气凝胶，气凝胶的微孔结构也能提高发泡棉的保温性能，同时，二氧化硅气凝胶表面采用共沉淀的方法沉积的复合氧化镁和氧化铝，氧化镁具有高度耐火绝缘性能，经过高温灼烧可以转变为晶体形式。在更高的温度下氧化镁可以成为镁砂或烧结氧化镁，这些形式进一步增强了其耐火性，氧化铝在高温下分解产生氧化铝烟雾，形成阻燃层，起到隔离空气和燃烧物质的作用。两者协调作用下，提高了材料的阻燃和耐温、耐热性能。

30、但是，制得的复合金属氧化物沉积二氧化硅气凝胶直接添加在聚乙烯发泡棉中的阻燃效果并不十分完美。因此，发明人进行了进一步改性处理，将带有双键的硅烷偶联剂kh570和带有环氧基的硅烷偶联剂kh560对其进行表面改性后，让带有环氧基的部分先与三氯氧磷在催化剂的存在条件下发生反应连接，然后让带有双键的部分与dopo(9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)反应连接，从而使得其带有了磷系阻燃剂，具有高效阻燃性能，能够有效地抑制火焰的蔓延、延缓燃烧速度，并减少火灾事故中有毒烟雾的产生，大大改善了制得的聚乙烯发泡棉的阻燃性能。

31、本发明制得的聚乙烯改性发泡棉的制备方法简单，原料来源广，制得的聚乙烯改性发泡棉具有较好的力学性能，回弹性好，保温和阻燃性能佳，耐温、耐热性能好，经济耐用，具有广阔的应用前景。