[发明专利]用于聚乳酸的阻燃剂、阻燃聚乳酸材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于聚乳酸的阻燃剂、阻燃聚乳酸材料及其制备方法，主要包括以下步骤：提供改性木质素，所述改性木质素的制备方法包括以下步骤：将木质素、乳酸和生物质炭磺酸混合并挤出成型，得到所述改性木质素；将第一反应物与磷酸和所述改性木质素混合，升温至90～110℃反应至产生气泡，再于220～240℃反应1～3小时，得到所述用于聚乳酸的阻燃剂，所述第一反应物为尿素和/或三聚氰胺。由于该用于聚乳酸的阻燃剂中含有与聚乳酸分子相似的结构，因此与聚乳酸之间的相容性非常好，而含有成炭性非常好的木质素结构使得其阻燃效果更佳，在赋予聚乳酸阻燃性能的同时，不会影响聚乳酸的机械强度。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，特别是涉及一种用于聚乳酸的阻燃剂、阻燃聚乳酸材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生。聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。聚乳酸的用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和非织造物等，主要用于服装、建筑、农业、林业、造纸和医疗卫生等领域。但其极易燃烧且耐热性差的缺点限制了其进一步应用，于是耐热阻燃聚乳酸材料制备的研究应运而生。目前主要通过向聚乳酸树脂中添加各种膨胀阻燃剂和各种成核剂来提高其耐热阻燃性能，但是传统膨胀阻燃剂和成核剂与聚乳酸相容性差，降低了聚乳酸材料的物理机械性能。

发明内容

基于此，有必要提供一种与聚乳酸相容性较好的用于聚乳酸的阻燃剂。

一种用于聚乳酸的阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

提供改性木质素，所述改性木质素的制备方法包括以下步骤：将木质素、乳酸和生物质炭磺酸混合并挤出成型，得到所述改性木质素；

将第一反应物与磷酸和所述改性木质素混合，升温至90～110℃反应至产生气泡，再于220～240℃反应1～3小时，得到所述用于聚乳酸的阻燃剂，所述第一反应物为尿素和/或三聚氰胺。

本发明通过乳酸在生物质炭磺酸的催化作用下对木质素进行改性得到改性木质素，然后使改性木质素与磷酸及尿素或三聚氰胺反应，生成用于聚乳酸的阻燃剂，其具体反应原理如图1～2所示。由于该用于聚乳酸的阻燃剂中含有与聚乳酸分子相似的结构，因此与聚乳酸之间的相容性非常好，而含有成炭性非常好的木质素结构则使得其阻燃效果更佳，在赋予聚乳酸阻燃性能的同时，还不会影响聚乳酸的机械强度。同时，该用于聚乳酸的阻燃剂中含有大量苯环结构，在赋予聚乳酸阻燃性能的同时，也能提高聚乳酸的机械强度和耐热性，达到成核剂的作用。此外，该用于聚乳酸的阻燃剂的主要原料木质素，属于造纸工业废弃物，将其回收用于制备用于聚乳酸的阻燃剂，大幅降低了阻燃剂的成本，也节省了额外添加成核剂的成本。

在其中一个实施例中，所述乳酸的质量为所述木质素的质量的15％～35％，所述生物质炭磺酸的质量为所述木质素的质量的0.2％～0.8％。

在其中一个实施例中，所述第一反应物与所述磷酸和所述改性木质素的质量比为1:(0.8～1.2):(0.2～1)。

在其中一个实施例中，所述第一反应物与所述磷酸和所述改性木质素的质量比为1:(0.9～1.1):(0.5～0.8)。

在其中一个实施例中，挤出温度从加料段至机头依次为80～90℃、90～100℃、100～110℃、110～120℃、110～120℃、110～120℃和110～120℃，螺杆转速为5rpm～25rpm。

在其中一个实施例中，所述木质素为酸木质素。

本发明还提供了一种用于聚乳酸的阻燃剂，根据上述制备方法制备得到。

本发明还提供了一种阻燃聚乳酸材料，主要由以下原料制备得到：聚乳酸和上述用于聚乳酸的阻燃剂。

在其中一个实施例中，所述聚乳酸和所述用于聚乳酸的阻燃剂的质量比为1:(0.1～0.3)。