一種無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料及其制備方法
【專利摘要】一種無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料及其制備方法。該聚乳酸材料包括聚乳酸粒子、改性天然纖維、芳基磷酸酯。該增強(qiáng)阻燃聚乳酸材料制備方法為：(1)先后將天然纖維進(jìn)行堿處理和硅烷偶聯(lián)劑處理；(2)將一定比例的聚乳酸粒子與改性天然纖維、芳基磷酸酯，通過(guò)轉(zhuǎn)矩流變儀熔融共混，制得由改性天然纖維、芳基磷酸酯增強(qiáng)阻燃的聚乳酸材料。本增強(qiáng)阻燃聚乳酸材料配方簡(jiǎn)單，無(wú)鹵環(huán)保，阻燃性能顯著，同時(shí)拉伸強(qiáng)度和耐熱性能得到提高。
【專利說(shuō)明】一種無(wú)南阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于聚乳酸材料的增強(qiáng)阻燃【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚乳酸(PLA)是由天然植物如馬鈴薯、玉米等發(fā)酵后的乳酸經(jīng)過(guò)聚合得到，是一種可生物降解的聚合物。聚乳酸具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，如良好的力學(xué)性能、透明性等。聚乳酸來(lái)源廣，易加工，可降解的特點(diǎn)使得它在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。然而易燃的缺點(diǎn)限制了聚乳酸在電子電力、機(jī)械交通方面的應(yīng)用，因此必須在保持聚乳酸良好的力學(xué)性能的基礎(chǔ)上提高它的阻燃性能。
[0003]天然纖維，例如紅麻、黃麻、劍麻、芒麻、亞麻、竹纖維、棉纖維等，具有突出的拉伸強(qiáng)度，并且價(jià)格低廉，我國(guó)種植面積很廣，用于增強(qiáng)改性工程塑料是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。Miriam Garci'a 等(Miriam Garci’a , Izaskun Garmendia, Javier Garci,a , Journal ofApplied Polymer Science, 2008, 107, 2994-3004)研究了紅麻對(duì)聚乳酸的增強(qiáng)效果，結(jié)果表明，為改性的紅麻纖維不僅不能提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，甚至?xí)鸬椒醋饔?，原因在于纖維與基體的相容性較差，纖維不能很好在基體中。古典等(古典，付永勝，汪則靈，等.消防科學(xué)與技術(shù)，2010，29(4)，309-321)測(cè)試了磷含量對(duì)聚乳酸材料的阻燃性能的影響，當(dāng)含磷阻燃劑的添加量達(dá)到Swt%是，材料的垂直燃燒能達(dá)到FV-O級(jí)，尤其是TPP的添加量達(dá)到15wt%時(shí)，聚乳酸材料的氧指數(shù)達(dá)到了 38.6。含磷阻燃劑因?yàn)闊o(wú)鹵高效而被廣泛使用，然而普通含磷阻燃劑凝聚相阻燃的機(jī)理并不能改善聚乳酸材料嚴(yán)重的熔滴現(xiàn)象，此外阻燃劑的添加會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料及其制備方法，所述的無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料的組成為聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220。旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，不僅能夠完善材料所需的力學(xué)性能和力學(xué)耐熱性能，而且阻燃性能顯著提高，燃燒產(chǎn)生的熔滴現(xiàn)象減弱。體系無(wú)鹵環(huán)保，加工工藝簡(jiǎn)單。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:
[0006]一種無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料，其特征在于所述的無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料由聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220熔融共混而成，聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220的質(zhì)量比為(70~80): 10:(10~20)，改性紅麻是將紅麻在堿性溶液中浸泡，水洗至中性后烘干，再置于硅烷偶聯(lián)劑的乙醇水溶液中磁力攪拌，抽濾，醇洗，烘干，粉碎。
[0007]所述的無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料，其特征在于，所述的芳基磷酸酯PX-220為白色固體，熔點(diǎn)> 90°C。
[0008] 一種無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料的制備方法，其特征在于，通過(guò)以下步驟制備:
[0009](I)改性紅麻的制備:將紅麻放在堿溶液中浸泡，水洗至中性后烘干；將烘干后的紅麻置于硅烷偶聯(lián)劑的乙醇水溶液中磁力攪拌，抽濾，醇洗，烘干，粉碎；
[0010](2)將聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220按比例充分混合后，通過(guò)轉(zhuǎn)矩流變儀熔融共混制得無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料。
[0011]所述的無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料的制備方法，步驟(1)中堿處理時(shí)NaOH的濃度為20Wt%，堿處理的時(shí)間為24h，硅烷偶聯(lián)劑的濃度為10Wt%。
[0012]所述的無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料的制備方法，步驟(1)中粉碎后的改性紅麻長(zhǎng)度為5~10_。
[0013]所述的無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料的制備方法，步驟(1)中的硅烷偶聯(lián)劑為甲基二甲氧基硅烷、乙烯基二甲氧基硅烷、乙烯基二乙氧基硅烷、苯基二甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲基硅烷、Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一種。
[0014]所述的無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中轉(zhuǎn)矩流變儀加工條件中溫度為150~190°C，輸出轉(zhuǎn)速為30~80rpm。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是:
[0016](I)天然纖維在聚乳酸基體中的分散性較差，導(dǎo)致天然纖維/聚乳酸聚合材料的力學(xué)性能下降。本發(fā) 明對(duì)天然纖維紅麻進(jìn)行改性后，改善了纖維與聚乳酸基體間的相容性，從而提高了聚乳酸復(fù)合材料的力學(xué)性能。
[0017](2)本發(fā)明所使用的芳基磷酸酯PX-220熔點(diǎn)較高，耐熱性好，揮發(fā)性小，室溫下為固體，方便加工。芳基磷酸酯PX-220中較高的P含量，對(duì)阻燃效果發(fā)揮了顯著的作用。
[0018](3)紅麻和芳基磷酸酯PX-220中的多個(gè)苯環(huán)促進(jìn)材料成炭，有利于提高材料的UL94等級(jí)。
[0019](4)燃燒過(guò)程及產(chǎn)物無(wú)鹵環(huán)保。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明中無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料的拉伸強(qiáng)度。
[0021]圖2是本發(fā)明中無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料的燃燒現(xiàn)象。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明的無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料，是由質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10的改性紅麻、10~20多聚芳基磷酸酯PX-220與70~80聚乳酸通過(guò)轉(zhuǎn)矩流變儀熔融共混制得。為了更好地理解與實(shí)施，下面結(jié)合比較例和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料的制備過(guò)程。
[0023]改性紅麻的制備:將紅麻在堿溶液浸泡24h，水洗至中性后烘干；將烘干后的紅麻置于1wt%乙烯基三甲氧基硅烷的乙醇水溶液(6:4v/v)中磁力攪拌2h (用上述的其他硅烷偶聯(lián)劑也可以達(dá)到相同的改性效果)，抽濾，醇洗，烘干，粉碎至5~1mm ;
[0024]對(duì)比例:
[0025]稱取50g聚乳酸粒料，加入到轉(zhuǎn)矩流變儀中，制得聚乳酸材料，按GB/T2406.2-2009標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)定，極限氧指數(shù)為20.0% ;按GB/T1040-2006標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)定拉伸強(qiáng)度為55.4MPa。
[0026]實(shí)施例1:(聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220的質(zhì)量比為80:10:10)
[0027]稱取40g聚乳酸粒料，5g改性紅麻，5g芳基磷酸酯PX-220，充分混合后加入到轉(zhuǎn)矩流變儀中，制得聚乳酸材料，按GB/T2406.2-2009標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)定，極限氧指數(shù)為26.5%;按GB/T1040-2006標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)定拉伸強(qiáng)度為64.9MPa。
[0028]實(shí)施例2:(聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220的質(zhì)量比為75:10:15)
[0029]稱取37.5g聚乳酸粒料，5g改性紅麻，7.5g芳基磷酸酯PX-220，充分混合后加入到轉(zhuǎn)矩流變儀中，制得聚乳酸材料，按GB/T2406.2-2009標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)定，極限氧指數(shù)為
27.0% ;按GB/T1040-2006標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)定拉伸強(qiáng)度為52.9MPa。
[0030]實(shí)施例3:(聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220的質(zhì)量比為70:10:20)
[0031]稱取35g聚乳酸粒料，5g改性紅麻，1g芳基磷酸酯PX-220，充分混合后加入到轉(zhuǎn)矩流變儀中，制得聚乳酸材料，按GB/T2406.2-2009標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)定，極限氧指數(shù)為
28.5% ;按GB/T1040-2006標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)定拉伸強(qiáng)度為48.9MPa。
[0032]實(shí)施例4:稱取30g聚乳酸粒 料，5g改性紅麻，15g芳基磷酸酯PX-220，充分混合后加入到轉(zhuǎn)矩流變儀中，制得聚乳酸材料，按GB/T2406.2-2009標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)定，極限氧指數(shù)為29.0% ;按GB/T1040-2006標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)定拉伸強(qiáng)度為23.5MPa。
[0033]如圖1所示，阻燃劑的加入雖然使得聚乳酸材料的拉伸強(qiáng)度下降，而改性紅麻的添加能顯著提高聚乳酸材料的力學(xué)性能。如圖2所示，紅麻的加入使得聚乳酸材料成炭明顯，減弱了材料的熔滴現(xiàn)象。天然纖維不僅是一種優(yōu)異的增強(qiáng)材料，還是一種良好的成炭劑;含磷阻燃劑是一種高效的阻燃劑，二者復(fù)配使用，不僅可以提高材料的力學(xué)性能和阻燃性能，而且無(wú)鹵環(huán)保，生產(chǎn)成本低，應(yīng)用前景廣闊。
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料，其特征在于，所述的無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料由聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220熔融共混而成，所述聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220的質(zhì)量比為(70~80):10: (10~20)，改性紅麻是將紅麻在堿性溶液中浸泡，水洗至中性后烘干，再置于硅烷偶聯(lián)劑的乙醇水溶液中磁力攪拌，抽濾，醇洗，烘干，粉碎。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料，其特征在于，所述的芳基磷酸酯PX-220為白色固體，熔點(diǎn)> 90°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料，其特征在于，所述硅烷偶聯(lián)劑為甲基二甲氧基硅烷、乙烯基二甲氧基硅烷、乙烯基二乙氧基硅烷、苯基二甲氧基娃烷、甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一種。
4.一種無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料的制備方法，其特征在于，通過(guò)以下步驟制備: (1)改性紅麻的制備:將紅麻放在喊溶液中浸泡，水洗至中性后供干；將供干后的紅麻置于硅烷偶聯(lián)劑的乙醇水溶液中磁力攪拌，抽濾，醇洗，烘干，粉碎； (2)將聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220按比例充分混合后，通過(guò)轉(zhuǎn)矩流變儀熔融共混制得無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中堿處理時(shí)NaOH的濃度為20wt%，堿處理的時(shí)間為24h，硅烷偶聯(lián)劑的濃度為1wt %。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中粉碎后的改性紅麻長(zhǎng)度為5~10mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中的硅烷偶聯(lián)劑為甲基二甲氧基硅烷、乙烯基二甲氧基硅烷、乙烯基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧基丙基二甲氧基硅烷中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)鹵阻燃天然纖維增強(qiáng)聚乳酸材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中轉(zhuǎn)矩流變儀加工條件中溫度為150~190°C，輸出轉(zhuǎn)速為30~80rpm。
【文檔編號(hào)】C08K5/523GK104031365SQ201410268846
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】王新龍, 周露, 黃穎, 王通文, 楊媛媛, 廖逢輝, 居亞慶 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)