CN101463184B

CN101463184B - 阻燃型聚乳酸树脂及其制备方法

Info

Publication number: CN101463184B
Application number: CN2007101922321A
Authority: CN
Inventors: 黄勇; 杨扬; 王惠; 陈桥; 孙培; 吴刚
Original assignee: Toray Fibers and Textiles Research Laboratories China Co Ltd
Current assignee: Toray Fibers and Textiles Research Laboratories China Co Ltd
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: CN101463184A

Abstract

本发明公开了一种阻燃型聚乳酸树脂，该树脂主要由以下重量份的组分组成：聚乳酸30～45，聚碳酸酯30～45，复合阻燃剂15～32，结晶成核剂2～5，防滴落剂0.5～1。本发明还公开了这种阻燃型聚乳酸树脂的制备方法。本发明的阻燃型聚乳酸组合树脂阻燃效率高，无卤，无腐蚀性，对环境友好，可广泛用于电器通讯组件及包装材料的制造。

Description

阻燃型聚乳酸树脂及其制备方法

技术领域

本发明属于阻燃高分子材料领域，具体涉及一种阻燃型聚乳酸树脂及其制备方法。

背景技术

为了摆脱对有限的石油资源的依赖，大力开发不污染环境的生物由来聚合物，已成为当前研究开发的热点。聚乳酸是一种100％来自于可再生原料的树脂，其单体为乳酸，由可再生资源淀粉(从玉米、小麦和马铃薯中提取)经发酵而成，原料来源十分丰富。由于聚乳酸树脂具有环境保护、循环经济、节约资源，是近年来开发研究最活跃、发展最快的生物由来材料，在工农业、生物医药、包装材料等领域都已经得到了广泛地应用。随着聚乳酸应用范围的进一步拓展，对其性能也有了更高的要求。特别是近来聚乳酸在电器、办公室自动化设备的壳体等领域的应用，更要求聚乳酸具有阻燃性。

聚碳酸酯(Polycarbonate)简称PC，它是聚酯高聚物的一个重要分支，是分子链中含有碳酸酯结构的高分子化合物和以碳酸酯为基质而制得的各种材料的总称。聚碳酸酯(PC)是具有高强度、高韧性、高耐热性、减震及加工性能好、有极好的形状和颜色稳定性的透明树脂。它既可单独使用，也可以掺混物和合金方式使用。

近来，无卤阻燃剂的研究与开发越来越受到人们的重视。有机磷化合物，特别是低聚磷酸酯作为无卤阻燃剂已经应用于多种树脂的阻燃。但是有机磷系阻燃剂热稳定性相对较差，并有析出现象，同时对树脂也有增塑作用的影响。而通过有机阻燃剂与无机物复配，既可改善其耐热性，还能减小因阻燃剂引入而引起的对于树脂加工性能和机械性能的不利影响。故有机阻燃剂与无机物复配已经成为当今研究热点。

目前，有关聚乳酸阻燃方面的专利文献较为少见，专利CN-1856543A公开了一种阻燃性树脂组合物，其通过在聚乳酸(PLA)中配合聚琥珀酸二丁酯(PBS)并添加阻燃剂，进行混炼制得阻燃性聚乳酸树脂，但目前聚琥珀酸二丁酯的生产成本较高。

发明内容

本发明的目的是通过添加聚碳酸酯(PC)改善聚乳酸(PLA)的耐热性及加工性能，同时选择无卤有机阻燃剂与无机介孔材料复配，从而提供一种阻燃效率高、无卤、无腐蚀性、对环境友好、可广泛用于电器通讯组件及包装材料制造的阻燃型聚乳酸树脂。

为达到以上目的，本发明的阻燃型聚乳酸树脂主要采用下列各组分：

主料：

(1)、聚乳酸(PLA) 30～45重量份；

(2)、聚碳酸酯(PC) 30～45重量份；

辅料：

(1)、复合阻燃剂 15～32重量份

其中优选：

磷系阻燃剂 15～30重量份；

介孔分子筛(MMS) 1.5～2重量份。

(2)、结晶成核剂 2～5重量份。

(3)、防滴落剂 0.5～1重量份。

本发明中还可加入其它助剂 0.1～10重量份。

由于聚乳酸的耐热性、抗冲击性及注射成型性都较低，为此，本发明选用耐热性及加工性能都较为出色的聚碳酸酯(PC)与聚乳酸(PLA)混合。具体而言，PLA与PC以40∶60～60∶40(重量比)的比例进行混合，优选以50∶50(重量比)的比例进行混合。

为赋予树脂高阻燃性，本发明采用复合阻燃剂。由磷系阻燃剂通过介孔分子筛负载制备。具体而言，介孔分子筛与磷系阻燃剂以1∶7～100(重量比)的比例进行混合，优选介孔分子筛与磷系阻燃剂以1∶9(重量比)的比例进行混合。

本发明采用的磷系阻燃剂选自磷酸三苯酯(TPP)、间亚苯基四苯基双磷酸酯(RDP)、双酚A双(二苯基磷酸酯)(BDP)、磷酸三异丙基苯酯(IPPP)、磷酸三乙酯(TEP)、磷酸三丁酯(TBP)、磷酸三异辛酯(TOP)或磷酸三(甲苯)酯(TTP)等中的一种或几种。

本发明中，介孔分子筛包括MCM-41、MCM-48或SBA-15。优选使用MCM-41，其为球状微粒，平均粒径约为500nm，孔径约为2nm，比表面积约为1500m²/g，孔容积约为0.7-1.2cm³/g。本研究使用的介孔分子筛，是根据已报道的方法(Microporous&Mesoporous Mater.，1999，27：131；Langmuir，2000，16：4648)自行制备。

由于聚乳酸的结晶速率很慢，其注塑成型性较低。结晶成核剂可使聚合物的结晶加速，另外还使聚合物的结晶区域增宽。常用成核剂包括滑石粉、碳酸钙、二氧化硅或蒙脱土等。本发明优选使用滑石粉，其适当添加量基于总的阻燃性树脂组合物，优选添加量为2～5％(重量)。

本发明中，阻燃型聚乳酸树脂进一步优选防滴落剂为粉末状态的聚四氟乙烯。防滴落剂的添加量基于总的阻燃性树脂组合物，优选防滴落剂添加量为0.5～1％(重量)。

本发明阻燃型聚乳酸树脂，可以根据需要添加相容剂、抗氧剂、抗老化剂、光稳定剂、增韧剂、补强剂等其它常用助剂的一种或多种，优选其它助剂添加量为0.1～10％(重量)。

一种阻燃型聚乳酸树脂的制备工艺，包括：

(1)、配制复合阻燃剂

将磷系阻燃剂，在绝对真空度高于0.1MPa的条件下引入充分干燥的介孔分子筛中负载，再用超声波超声分散均匀；即将一种或一种以上的磷系阻燃剂以液态形式混合均匀，再引入充分干燥的介孔分子筛(MMS)中负载，最后超声波超声分散均匀。具体而言，(a)首先将介孔分子筛粒子真空干燥；(b)再通过加热预处理将固态阻燃剂熔融或降低高粘度液态阻燃剂粘度；(c)然后在真空条件下用上述阻燃剂充分浸泡介孔分子筛粒子，使部分阻燃剂进入介孔分子筛的纳米孔道中；(d)最后通过超声波振荡后处理使介孔分子筛在阻燃剂中分散均匀，得到复合阻燃剂。

(2)、固体主辅料复合

将除复合阻燃剂外的其他组分，即干燥的主料与结晶成核剂、防滴落剂、其它助剂等固体辅料在高速混合机中进行预混合，使各组分充分分散均匀；

(3)、熔融挤出

将预混物和复合阻燃剂在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒得成品，其中复合阻燃剂由侧加料口加入。

本发明采用的复合阻燃剂，通过并用介孔分子筛粒子，可使阻燃剂更均匀地分散在树脂中。同时阻燃剂和介孔分子筛产生协同效应，大大提高了阻燃效力，从而可减少树脂中阻燃剂的用量而达到同样的阻燃效果；此外介孔分子筛具有提高热稳定性，防止阻燃剂迁移，改善阻燃剂效果的持久性，同时具有增强、补强作用。

本发明的阻燃型聚乳酸组合树脂阻燃效率高，无卤，无腐蚀性，对环境友好，可广泛用于电器通讯组件及包装材料的制造。

附图说明：

图1为本发明阻燃型树脂组合物的制造方法流程图。

具体实施方式

实施例1

1.复合阻燃剂的制备

a)介孔分子筛的干燥：在250℃下，将0.06kg MCM-41(介孔分子筛)在绝对真空度高于0.1MPa的条件下干燥4小时以排除分子筛孔道内的水分和空气小分子；

b)阻燃剂的预处理：将0.27kg固体阻燃剂磷酸三苯酯(TPP)和0.27kg液态阻燃剂间亚苯基四苯基双磷酸酯(RDP)，60℃加热使固体阻燃剂熔融或降低液态阻燃剂粘度；再将熔融后的磷酸三苯酯(TPP)与液态的间亚苯基四苯基双磷酸酯(RDP)混合均匀。

c)介孔分子筛与阻燃剂的复合：在绝对真空度高于0.1MPa的条件下，将b)得到的0.54kg阻燃剂液体混合物引入到已干燥的0.06kgMCM-41(介孔分子筛)中进行混合，使阻燃剂液体与介孔分子筛充分浸泡，浸泡时间为24h；

d)复合阻燃剂的后处理：将c)得到的复合阻燃剂用超声波振荡2h，从而使介孔分子筛在阻燃剂中分散均匀，得到通过MCM-41(介孔分子筛)负载的复合阻燃剂。

2.阻燃型树脂的制备

将1.125kg聚乳酸(PLA)、1.125kg聚碳酸酯(PC)、0.09kg滑石粉、0.03kg稳定剂NOR116及0.03kg聚四氟乙烯(TPFE)在高速混合机中进行预混合，再将预混物与按1制备的0.6kg复合阻燃剂在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为190℃，其中复合阻燃剂由侧加料口进料。

3.阻燃测试评价

树脂粒料充分干燥后，200℃的物料温度下注塑成型，从而制备阻燃型树脂的用于阻燃性评价的样条(125mm*13mm*1.6mm)。

以UL(Underwriters Laboratories)-94(标准见表1)为基准，对该样条实施了20mm垂直燃烧实验。根据试验结果该样品被评价为UL-94标准的V0。

对比例1

按照实施例1相同的工艺，1.125kg聚乳酸(PLA)、1.125kg聚碳酸酯(PC)、0.6kg复合阻燃剂、0.09kg滑石粉、0.03kg稳定剂NOR116及0.03kg聚四氟乙烯(TPFE)，制备得到阻燃型树脂。其中0.6kg复合阻燃剂由0.3kg磷酸三苯酯(TPP)与0.3kg间亚苯基四苯基双磷酸酯(RDP)进行混合制备，未与MCM-41复合。

采用与实施例1相同的方法，注塑成型制备阻燃型树脂的用于阻燃性评价的样条(125mm*13mm*1.6mm)。以UL(Underwriters Laboratories)-94为基准，对该样条实施了20mm垂直燃烧实验。根据试验结果该样品被评价为UL-94标准的V1。

实施例2

按照实施例1相同的工艺，0.924kg聚乳酸(PLA)、1.386kg聚碳酸酯(PC)、0.54kg复合阻燃剂、0.09kg滑石粉、0.03kg抗氧剂1010及0.03kg聚四氟乙烯(TPFE)，制备得到阻燃型树脂。其中0.54kg复合阻燃剂由0.243kg双酚A双(二苯基磷酸酯)(BDP)与0.243kg磷酸三异丙基苯酯(IPPP)进行混合，再与0.054kgMCM-41复合制备。

采用与实施例1相同的方法，注塑成型制备阻燃型树脂的用于阻燃性评价的样条(125mm*13mm*1.6mm)。以UL(Underwriters Laboratories)-94为基准，对该样条实施了20mm垂直燃烧实验。根据试验结果该样品被评价为UL-94标准的V0。

实施例3

按照实施例1相同的工艺，0.828kg聚乳酸(PLA)、1.242kg聚碳酸酯(PC)、0.75kg复合阻燃剂、0.09kg滑石粉、0.03kg稳定剂NOR116、0.03kg抗氧剂1010及0.03kg聚四氟乙烯(TPFE)，制备得到阻燃型树脂。其中0.75kg复合阻燃剂由0.7031kg间亚苯基四苯基双磷酸酯(RDP)与0.047kg SBA-15复合制备。

实施例4

按照实施例1相同的工艺，1.242kg聚乳酸(PLA)、0.828kg聚碳酸酯(PC)、0.75kg复合阻燃剂、0.09kg滑石粉、0.03kg稳定剂NOR116、0.03kg抗氧剂1010及0.03kg聚四氟乙烯(TPFE)，制备得到阻燃型树脂。其中0.75kg复合阻燃剂由0.3375kg磷酸三苯酯(TPP)与0.3375kg间亚苯基四苯基双磷酸酯(RDP)进行混合，再与0.075kg MCM-41复合制备。

实施例5

按照实施例1相同的工艺，1.171kg聚乳酸(PLA)、0.959kg聚碳酸酯(PC)、0.76kg复合阻燃剂、0.08kg蒙脱土及0.03kg聚四氟乙烯(TPFE)，制备得到阻燃型树脂。其中0.76kg复合阻燃剂由0.3475kg磷酸三(甲苯)酯与0.3475kg间亚苯基四苯基双磷酸酯(RDP)进行混合，再与0.065kg MCM-48复合制备。

表1阻燃测试UL-94标准

试样燃烧行为	V-0	V-1	V-2
				每个试样每次点燃后单个试样最长有焰燃烧时间(t1或t2)	≤10s	≤30s	≤30s
第二次点燃后单个试样最长无焰燃烧时间(t2+t3)	≤30s	≤60s	≤60s
				点燃后最长有焰燃烧总时间(t1+t2)	≤50s	≤250s	≤250s
有无熔滴和熔滴是否引燃棉花	否	否	是
				是否燃烧到固定夹	否	否	否

Claims

1.一种阻燃型聚乳酸树脂，该树脂主要由以下重量份的组分组成：

其中，所述的复合阻燃剂由磷系阻燃剂和介孔分子筛组成，其中介孔分子筛与磷系阻燃剂的质量比为1∶7～100。

2.根据权利要求1所述的树脂，其特征在于所述的介孔分子筛为MCM-41、MCM-48或SBA-15。

3.根据权利要求1所述的树脂，其特征在于所述的磷系阻燃剂选自磷酸三苯酯、间亚苯基四苯基双磷酸酯、双酚A双(二苯基磷酸酯)、磷酸三异丙基苯酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、磷酸三异辛酯或磷酸三(甲苯)酯中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的树脂，其特征在于所述的结晶成核剂为滑石粉、碳酸钙、二氧化硅或蒙脱土。

5.根据权利要求1所述的树脂，其特征在于所述的防滴落剂为聚四氟乙烯。

6.一种权利要求1所述的阻燃型聚乳酸树脂的制备方法，包括如下步骤：

(1)、配制复合阻燃剂

将磷系阻燃剂，在绝对真空度高于0.1MPa的条件下引入充分干燥的介孔分子筛中负载，再用超声波超声分散均匀；

(2)、固体主辅料复合

将复合阻燃剂外的其他组分在高速混合机中进行预混合，使各组分分散均匀；

(3)、熔融挤出

将预混物和复合阻燃剂在双螺杆挤出机上熔融挤出造粒得成品，其中复合阻燃剂由侧加料口加入。