[发明专利]一种无卤膨胀型阻燃体系阻燃聚乳酸材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚乳酸材料的阻燃和增强技术领域，具体涉及一种无卤膨胀型阻燃体系阻燃聚乳酸材料及其制备方法

背景技术

聚乳酸(PLA)，主要由玉米等天然可再生的植物资源所提出的淀粉原料制成，不仅降低了对石油等资源的依赖，也间接降低了原油炼油等过程中氮氧化物及硫氧化物等污染气体的排放。另外，在使用后，PLA及其产品能被微生物完全降解，对环境的污染很小。不仅如此，聚乳酸本身的力学性能优异，但其阻燃效果较差，燃烧时熔滴严重，能引起二次燃烧，限制了他在防火要求高的领域的应用。因此，在聚乳酸阻燃改性方面，在保持原有优异的力学性能的基础上提高阻燃性能成了关键，其中增强改性上常用的方法是在其中加入纤维素、纳米粘土等。

在阻燃剂中，磷系阻燃剂这些年来发展迅速，是应用非常广泛的绿色阻燃剂，但是应用到聚乳酸中也存在效率不高，影响力学性能等缺陷。在磷系阻燃剂改性聚乳酸的研究中，研究学者应用反应型阻燃技术，通过扩链将磷元素引入聚乳酸主链中，增加聚乳酸的分子量从而保持其原有的力学性能，具有高效、不迁移等优点。但是，此聚合工艺复杂、成本高、应用范围狭窄。除此方法外，磷氮协效膨胀型阻燃剂因其能提高聚合物的热稳定性，降低生烟量等优点已经成为阻燃剂领域的研究热点。最常用的膨胀型阻燃剂体系为聚磷酸铵和季戊四醇，但Rita等人研究发现，聚磷酸铵/季戊四醇体系添加到聚乳酸中，添加量为40％才能达到UL-94V-2级别的阻燃效果。此外，季戊四醇无生物可降解性，更加限制了它在聚乳酸等生物基材料中的使用。酒糟是酿酒的副产业，其中富含的纤维素是近年来常用的添加型增强材料。我国是酿酒大国，每年有超过2000万吨的废弃酒糟产生，其中所含物质具有极高的酸性，很容易腐败变质，对环境造成很大的危害。

目前公开报道的高效无卤阻燃聚乳酸的研究中，还未出现将白酒酒糟作为添加剂应用到阻燃聚乳酸中，因此该体系会对低成本高效阻燃聚乳酸方面的研究有很大的帮助。

发明内容

本发明的目的是提供一种无卤膨胀型阻燃体系阻燃聚乳酸材料及其制备方法，旨在克服现有技术的不足，不仅能够同时满足材料所需的阻燃性能和力学性能，而且热稳定性好，燃烧时生成的碳层稳定致密，可有效抑制熔滴。

实现本发明目的技术解决方案为：

一种无卤膨胀型阻燃体系阻燃聚乳酸材料，所述的聚乳酸材料是由聚乳酸、改性聚磷酸铵和成炭剂熔融共混而成；其中，所述的聚乳酸、改性聚磷酸铵和成炭剂的质量百分比为70：(25～5)：(5～25)。

所述的改性聚磷酸铵为间苯二酚双(二苯基磷酸酯)(简称RDP)改性的聚磷酸铵，通过将间苯二酚双(二苯基磷酸酯)溶于氯仿中，向其中加入聚磷酸铵，超声下反应不少于1h，反应结束后将产物于不高于60℃下烘干，除去多余的溶剂氯仿后制得。

所述的成炭剂为改性白酒酒糟，通过将白酒酒糟于不高于60℃下烘干至恒重，粉碎，过筛后的白酒酒糟再置于去离子水中，搅拌、抽滤、水洗、烘干、过筛，得到经表面预处理的白酒酒糟；最后将间苯二酚双(二苯基磷酸酯)溶于氯仿中，向其中加入经表面预处理的白酒酒糟，超声分散的条件下反应不少于1.5h，反应结束后将产物于不高于60℃下烘干，除去多余的溶剂氯仿后制得。

改性聚磷酸铵中，聚磷酸铵的分子式为(NH₄PO₃)n，聚合度n的值>1500，N元素的含量>14％，其粒径<15um。

改性白酒酒糟中，所述的过筛均为60目标准分样筛，搅拌时间不少于30min，过筛后的白酒酒糟与去离子水的质量比为1:100。

上述无卤膨胀型阻燃体系阻燃聚乳酸材料，包括以下步骤：

将聚乳酸、改性聚磷酸铵和改性白酒酒糟按比例混合均匀，并经熔融共混得所述的聚乳酸材料。

所述的熔融共混的温度为170～190℃，共混时间为5～10min。

本发明与现有技术相比，具有明显的进步：

(1)白酒酒糟本身含有较多水溶性酸等，耐热性能差，分解温度仅为177℃左右，达不到聚乳酸的加工温度。本发明采用的处理方法为水洗，简单易操作，很大程度上提高白酒酒糟的耐热性能和其在聚乳酸材料中的分散性。而且，白酒酒糟在膨胀型阻燃体系中代替传统成炭剂起到碳源的作用。

(2)本发明中所用的表面改性剂为RDP，能有效提高白酒酒糟、聚磷酸铵与聚乳酸基体的相容性，从而提高材料的力学性能。