CN103627030A - 一种淀粉阻燃母料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阻燃母料，特别涉及一种淀粉阻燃母料及其制备方法。本发明的淀粉阻燃母料，由包括以下重量份的组分制成：淀粉20~50份；增塑剂5~20份；阻燃剂20~60份；阻燃协效剂5~15份；载体树脂5~20份。与现有技术相比，本发明制备的淀粉阻燃母料可以直接添加到生物降解材料中，可以赋予生物降解材料阻燃性，从而大大扩展了生物降解材料的使用范围。

Description

一种淀粉阻燃母料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种阻燃母料，特别涉及一种淀粉阻燃母料及其制备方法。

背景技术

塑料已成为工业生产和人民生活中一种不可或缺的材料。与此同时，随着石油化工塑料的大量应用，废弃塑料制品亦与日俱增。由于当今通用塑料大多性能稳定，在自然界中不易为各种环境因素的作用而迅速降解，因此出现了所谓的“白色污染”。目前，用来处理“白色垃圾”的方法很多，比如焚烧、填埋等，但是废弃塑料焚烧时，会对环境造成严重的二次污染。因此，绿色的、环境友好的可降解材料是我们迫切需要的。

可降解塑料，特别是生物可降解塑料是现有研究的一个热点。生物可降解塑料主要应用于工业包装材料、一次性用品、层压材料、卫生用品和一些尖端的军事材料等领域中。生物可降解塑料虽然具有环境友好性，但是与传统的塑料一样，生物可降解塑料的易燃性将会在很大程度上限制了其安全有效的应用。

淀粉基生物降解塑料是当今开发得最多的生物降解塑料。淀粉是一种来源丰富、价格便宜的天然高分子物质，是一种取之不竭的可再生资源，能在多种环境下被生物降解，最终的降解产物二氧化碳和水可通过光合作用进行再循环，不会对环境产生任何污染。虽然相对于传统的塑料，淀粉基生物降解塑料具有良好的环境友好性，但是，与传统塑料一样，淀粉基生物降解塑料的易燃性将会大大限制了其安全有效的使用。

发明内容

本发明目的在于提供一种淀粉阻燃母料，以解决现有技术中的淀粉基生物降解塑料具有易燃性，从而导致其安全有效的使用被大大限制的技术性问题。

本发明的另一目的在于提供一种淀粉阻燃母料的制备方法，以解决现有技术中的淀粉基生物降解塑料具有易燃性，从而导致其安全有效的使用被大大限制的技术性问题。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种淀粉阻燃母料，由包括以下重量份的组分制成：

淀粉        20~50份；

增塑剂        5~20份；

阻燃剂        20~60份；

阻燃协效剂    5~15份；

载体树脂      5~20份。

优选地，淀粉是未经改性的或经过改性的天然淀粉，所述天然淀粉选自玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉或马铃薯淀粉中的一种或几种。

优选地，增塑剂选自甘油、尿素、乙二醇、丙二醇、丁二醇、木糖醇、山梨醇、乙醇胺、甲酰胺、聚乙二醇、硬脂酸甘油酯、己二酸二丁酯或柠檬酸三丁酯中的一种或几种。

优选地，阻燃剂选自氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、聚磷酸铵、三聚氰胺或季戊四醇中的一种或几种。

优选地，阻燃协效剂选自蒙脱土、三氧化二锑、水镁石、二氧化钛或二氧化锰中的一种或几种。

优选地，载体树脂选自聚乳酸、聚乙交酯、聚乙丙交酯、聚己内酯、聚乙烯醇、聚酯酰胺共聚物、聚羟基脂肪酸酯、聚羟基丁酸戊酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚对二氧环己酮、二氧化碳-环氧乙烷共聚物、二氧化碳-环氧丙烷共聚物、聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯或丁二酸-己二酸-丁二醇酯共聚物中的一种或几种。

一种淀粉阻燃母料的制备方法，包括以下步骤：

按照配方称取淀粉、增塑剂、阻燃剂、阻燃协效剂和载体树脂，进行初混，然后再进行熔融共混，最后通过造粒机造粒，即可制得淀粉阻燃母料。

优选地，初混时间为5~10min；熔融共混的温度为80~180℃，熔融共混的时间为3~15min。

优选地，初混所使用的设备为高混机；熔融共混所使用的设备选自挤出机、密炼机或开炼机的其中一种。

优选地，挤出机转速为150~300rpm，螺杆长径比L/D为18~25；密炼机转速为20~50rpm；开炼机转速为10~30rpm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明制备的淀粉阻燃母料可以直接添加到生物降解材料中，可以赋予生物降解材料阻燃性，从而大大扩展了生物降解材料的使用范围；

2、本发明的工艺简单，使用方便，又可以避免加工过程中的粉尘污染；

3、通过添加环境友好的无卤阻燃剂制备的淀粉阻燃母料不会污染环境；

4、将本发明制备的淀粉阻燃母料添加到生物降解材料中，可以降低生物降解材料的成本。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本发明的实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质性的改进和调整。

实施例1

将3kg玉米淀粉、4.5kg阻燃剂氢氧化镁、0.9kg阻燃协效剂蒙脱土、1.2kg复合增塑剂（甘油:山梨醇=1:1）、载体树脂聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯（PBAT）1.2kg顺序加入到高混机中混合7min，然后称取50g混合料加入到140℃的密炼机中密炼5min，密炼机转速为30rpm，最后通过造粒机造粒得淀粉阻燃母料。

实施例2

将3kg马铃薯淀粉、4kg阻燃剂氢氧化铝、0.8kg阻燃协效剂三氧化二锑、1.2kg复合增塑剂（甘油:山梨醇=1:1）、载体树脂PBAT 1.2kg顺序加入到高混机中混合7min，然后称取100g混合料加入到140℃的开炼机中混炼5min，开炼机转速为20rpm，最后通过造粒机造粒得淀粉阻燃母料。

实施例3

将3kg玉米淀粉、3.5kg阻燃剂聚磷酸铵、0.7kg阻燃协效剂水镁石、1.2kg复合增塑剂（尿素:甲酰胺=1:1）、载体树脂PBAT 1.2kg顺序加入到高混机中混合7min，然后加入挤出机中共混挤出，挤出温度为140℃，螺杆转速为250rpm，最后通过造粒机造粒得淀粉阻燃母料。

实施例4

将3kg马铃薯淀粉、3kg阻燃剂三聚氰胺、0.6kg阻燃协效剂二氧化钛、1.2kg复合增塑剂（尿素:甲酰胺=1:1）、载体树脂PBAT 1.2kg顺序加入到高混机中混合7min，然后称取50g混合料加入到140℃的密炼机中密炼5min，密炼机转速为30rpm，最后通过造粒机造粒得淀粉阻燃母料。

实施例5

将3kg玉米淀粉、4kg阻燃剂（氢氧化镁：氢氧化铝=1:1）、0.8kg阻燃协效剂蒙脱土、1.2kg复合增塑剂（甘油:山梨醇=1:1）、载体树脂PBAT 1.2kg顺序加入到高混机中混合9min，然后称取100g混合料加入到140℃的开炼机中混炼5min，开炼机转速为20rpm，最后通过造粒机造粒得淀粉阻燃母料。

实施例6

将3kg马铃薯淀粉、4kg阻燃剂（聚磷酸铵：三聚氰胺=3:1）、0.8kg阻燃协效剂蒙脱土、1.2kg复合增塑剂（尿素:甲酰胺=1:1）、载体树脂PBAT 1.2kg顺序加入到高混机中混合6min，然后加入挤出机中共混挤出，挤出温度为140℃，螺杆转速为250rpm，最后通过造粒机造粒得淀粉阻燃母料。

实施例7

将2kg改性玉米淀粉（购自上海镜泊食品有限公司，牌号Q/CYK05-2009）、6kg阻燃剂氢氧化镁、0.5g阻燃协效剂三氧化二锑、2kg复合增塑剂（聚乙二醇:乙醇胺=1:1）、载体树脂聚乳酸（PLA）0.5kg顺序加入到高混机中混合5min，然后称取50g混合料加入到170℃的密炼机中密炼5min，密炼机转速为20rpm，最后通过造粒机造粒得淀粉阻燃母料。

实施例8

将3.5kg改性玉米淀粉（购自上海镜泊食品有限公司，牌号Q/CYK05-2009）、4kg阻燃剂氢氧化铝、1kg阻燃协效剂水镁石、1.2kg复合增塑剂（硬脂酸甘油酯:木糖醇=1:1）、载体树脂聚羟基脂肪酸酯（PHA）1.2kg顺序加入到高混机中混合10min，然后称取100g混合料加入到160℃的开炼机中混炼5min，开炼机转速为10rpm，最后通过造粒机造粒得淀粉阻燃母料。

实施例9

将5kg改性玉米淀粉（购自上海镜泊食品有限公司，牌号Q/CYK05-2009）、2kg阻燃剂季戊四醇、1.5kg阻燃协效剂二氧化锰、0.5kg复合增塑剂（柠檬酸三丁酯:丙二醇=1:1）、载体树脂聚丁二酸丁二醇酯（PBS）2kg顺序加入到高混机中混合8min，然后加入挤出机中共混挤出，挤出温度为120℃，螺杆转速为250rpm，最后通过造粒机造粒得淀粉阻燃母料。

应用例1

将实施例1制备的淀粉阻燃母料与PBAT加入到140℃的密炼机中密炼5min，密炼机转速为30rpm，其中，淀粉阻燃母料40g，PBAT 10g。然后将混合物在平板硫化机上压制成型，平板硫化机温度设定为140℃，最大压力为10MPa，保压时间为3min。具体操作为：0MPa预压3min；10MPa热压3min；10MPa冷压5min。

应用例2

将实施例2制备的淀粉阻燃母料与PBAT加入到140℃的开炼机中混炼5min，开炼机转速为20rpm，其中淀粉阻燃母料70g，PBAT 30g。然后将混合物在平板硫化机上压制成型，平板硫化机温度设定为140℃，最大压力为10MPa，保压时间为3min。具体操作为：0MPa预压3min；10MPa热压3min；10MPa冷压5min。

应用例3

将实施例3制备的淀粉阻燃母料与PBAT加入挤出机中共混挤出，挤出温度为140℃，螺杆转速为250rpm，其中淀粉阻燃母料3kg，PBAT 2kg。然后将混合物在平板硫化机上压制成型，平板硫化机温度设定为140℃，最大压力为10MPa，保压时间为3min。具体操作为：0MPa预压3min；10MPa热压3min；10MPa冷压5min。

应用例4

将实施例4制备的淀粉阻燃母料与PBAT加入到140℃的密炼机中密炼5min，密炼机转速为30rpm，其中淀粉阻燃母料25g，PBAT 25g。然后将混合物在平板硫化机上压制成型，平板硫化机温度设定为140℃，最大压力为10MPa，保压时间为3min。具体操作为：0MPa预压3min；10MPa热压3min；10MPa冷压5min。

应用例5

将实施例5制备的淀粉阻燃母料与PBAT加入到140℃的开炼机中混炼5min，开炼机转速为20rpm，其中淀粉阻燃母料50g，PBAT 50g。然后将混合物在平板硫化机上压制成型，平板硫化机温度设定为140℃，最大压力为10MPa，保压时间为3min。具体操作为：0MPa预压3min；10MPa热压3min；10MPa冷压5min。

应用例6

将实施例6制备的淀粉阻燃母料与PBAT加入挤出机中共混挤出，挤出温度为140℃，螺杆转速为250rpm，其中淀粉阻燃母料2.5kg，PBAT 2.5kg。然后将混合物在平板硫化机上压制成型，平板硫化机温度设定为140℃，最大压力为10MPa，保压时间为3min。具体操作为：0MPa预压3min；10MPa热压3min；10MPa冷压5min。

将应用例1~应用例6中压制成型的片材制样，然后测试力学性能和阻燃性能，结果如表1。

表1  阻燃材料的力学性能和阻燃性能

从表1中可看出：将实施例1~实施例6的淀粉阻燃母料添加到PBAT中制备的阻燃材料，拉伸强度达到6.30~7.19MPa，而断裂伸长率则随着PBAT含量的增加而增加，力学性能能够满足使用要求；而阻燃材料的氧指数普遍在28%以上，垂直燃烧阻燃等级为V-0，属难燃材料，说明添加本发明制备的淀粉阻燃母料可以赋予PBAT优良的阻燃性能。

本发明制备的淀粉阻燃母料可以直接添加到生物降解材料中，可以赋予生物降解材料阻燃性，从而大大扩展了生物降解材料的使用范围；且工艺简单，使用方便，又可以避免加工过程中的粉尘污染。将本发明制备的淀粉阻燃母料添加到生物降解材料中，可以降低生物降解材料的成本；且通过添加环境友好的无卤阻燃剂制备的淀粉阻燃母料不会污染环境。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种淀粉阻燃母料，其特征在于，由包括以下重量份的组分制成：

    淀粉            20~50份；

增塑剂          5~20份；

阻燃剂          20~60份；

阻燃协效剂      5~15份；

载体树脂        5~20份。

2.    如权利要求1所述的淀粉阻燃母料，其特征在于，淀粉是未经改性的或经过改性的天然淀粉，所述天然淀粉选自玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉或马铃薯淀粉中的一种或几种。

3.    如权利要求1所述的淀粉阻燃母料，其特征在于，增塑剂选自甘油、尿素、乙二醇、丙二醇、丁二醇、木糖醇、山梨醇、乙醇胺、甲酰胺、聚乙二醇、硬脂酸甘油酯、己二酸二丁酯或柠檬酸三丁酯中的一种或几种。

4.    如权利要求1所述的淀粉阻燃母料，其特征在于，阻燃剂选自氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、聚磷酸铵、三聚氰胺或季戊四醇中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的淀粉阻燃母料，其特征在于，阻燃协效剂选自蒙脱土、三氧化二锑、水镁石、二氧化钛或二氧化锰中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的淀粉阻燃母料，其特征在于，载体树脂选自聚乳酸、聚乙交酯、聚乙丙交酯、聚己内酯、聚乙烯醇、聚酯酰胺共聚物、聚羟基脂肪酸酯、聚羟基丁酸戊酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚对二氧环己酮、二氧化碳-环氧乙烷共聚物、二氧化碳-环氧丙烷共聚物、聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯或丁二酸-己二酸-丁二醇酯共聚物中的一种或几种。

7.如权利要求1~6中任一所述的淀粉阻燃母料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照配方称取淀粉、增塑剂、阻燃剂、阻燃协效剂和载体树脂，进行初混，然后再进行熔融共混，最后通过造粒机造粒，即可制得淀粉阻燃母料。

8.如权利要求7所述的淀粉阻燃母料的制备方法，其特征在于，初混时间为5~10min；熔融共混的温度为80~180℃，熔融共混的时间为3~15min。

9.如权利要求7所述的淀粉阻燃母料的制备方法，其特征在于，初混所使用的设备为高混机；熔融共混所使用的设备选自挤出机、密炼机或开炼机的其中一种。

10.如权利要求9所述的淀粉阻燃母料的制备方法，其特征在于，挤出机转速为150~300rpm，螺杆长径比L/D为18~25；密炼机转速为20~50rpm；开炼机转速为10~30rpm。