CN104086961A - 一种阻燃耐热增强聚乳酸组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃耐热增强聚乳酸组合物及其制备方法。所述阻燃耐热增强聚乳酸组合物按质量百分比由下列组分组成：聚乳酸85％、乙烯基硅树脂0～12％和无卤磷酸酯阻燃剂3～15％。该阻燃耐热聚乳酸组合物由聚乳酸、乙烯基硅树脂和无卤磷酸酯阻燃剂按上述比例混合，在常规加料速度、温度和螺杆转速的条件下，加入双螺杆挤出机，经过挤出、冷却、切粒制备。该阻燃耐热聚乳酸组合物配方简单，无卤，合理调整聚乳酸、乙烯基硅树脂和无卤磷酸酯阻燃剂的配方比例，能使聚乳酸具有阻燃、耐热的效果，且能改善拉伸强度，对人体和环境的危害及污染程度低。

Description

一种阻燃耐热增强聚乳酸组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚乳酸材料，具体涉及一种阻燃耐热增强聚乳酸组合物及其制备方法。
背景技术
聚乳酸是一种生物可降解材料，具有透明性好，强度高，生物相容性好，生物可吸收等特点，是一种理想的绿色高分子材料。由于诸多的良好特性，聚乳酸在纤维、膜材、片材、汽车和电子电器等方面得到了广泛的应用。但是聚乳酸属于易燃材料，其极限氧指数大约在20％左右，且聚乳酸的耐热性较差。应用于聚乳酸阻燃的阻燃剂可以分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和金属化合物阻燃剂等。其中由于卤系阻燃剂在燃烧时会释放出具有毒性和腐蚀性的气体，因此已被限制使用，无卤阻燃剂成了研究人员追求的目标。
无卤阻燃剂一般包括氮系、磷系、氮-磷系等。含磷阻燃剂是一类用量少、阻燃效果较佳的阻燃剂，周延辉等(周延辉等,芳基磷酸酯对PC/PBT合金阻燃性能和酯交换反应的影响.化工新型材料,2012,40(2):117-120)研究了芳基磷酸酯对PC/PBT合金的阻燃性能的影响，研究表明RDP加入量为10％时，其LOI值可达34％，BDP的添加量为10％时，LOI值也能达到31％。但上述阻燃剂为液体而不易加工，因此，固态的磷酸酯阻燃剂PX-220进入了研究人员的视线。
聚乳酸耐热性差的缺陷可以通过添加蒙脱土、黏土、纳米石墨、多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)等填料来改善，余凤湄等(余凤湄等.熔融共混制备聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料及其性能研究.塑料科技，2010,38(9)：32-35.)通过熔融共混法制备了聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料，研究表明蒙脱土的加入可以提高复合材料的起始热分解温度。
随着聚乳酸在电子和汽车等行业应用日益广泛，人们对其安全性的要求越来越高。单一的添加通常不能达到很好的效果，会造成力学性能下降，耐热受影响等问题，而多种添加剂共同使用可以有效的解决这一问题，因此，多种组分复配体系的开发与使用成为了当下阻燃材料研究的热点。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种阻燃耐热增强聚乳酸组合物及其制备方法，通过调整乙烯基硅树脂和无卤磷酸酯阻燃剂的比例，使阻燃耐热增强聚乳酸组合物的阻燃耐热增强效果达到最佳，而能更好的投入生产应用。
实现本发明目的技术解决方案为：
一种阻燃耐热增强聚乳酸组合物，所述阻燃耐热增强聚乳酸组合物按质量百分比由下列组分组成：聚乳酸85％、乙烯基硅树脂0～12％和无卤磷酸酯阻燃剂3～15％。
所述阻燃耐热增强聚乳酸组合物按质量百分比由下列组分组成：聚乳酸粒料85％、乙烯基硅树脂3～6％和无卤磷酸酯阻燃剂9～12％。
所述的乙烯基硅树脂的粒径为150-200nm左右，制备方法法如下：在PH为11-13的条件下，乳化剂与乙烯基三甲氧基硅烷在50℃下反应2h，反应完毕后，加入1:1醋酸水溶液进行破乳，提纯得到产物。也可以使用其它硅树脂如甲基苯基硅树脂、甲基硅树脂和苯基硅树脂等：
所述的无卤磷酸酯阻燃剂为低聚芳基磷酸酯PX-220。也可以使用其它高分子磷酸酯如PX-200和RC-200。
本发明所述阻燃耐热增强聚乳酸组合物的制备方法，具体步骤如下：按上述比例将聚乳酸粒料、乙烯基硅树脂和无卤磷酸酯阻燃剂混合，在一区温度为175℃，二区为176℃，三区为177℃，四区为177℃的条件下，经锥形双螺杆挤出机挤出得到一种阻燃耐热增强聚乳酸组合物。
本发明的优点和有益效果在于：
(1)PX-220熔点在100℃左右，在加工温度下易于与基体混合均匀，与RDP和BDP相比，对基体的热变形温度影响不大；
(2)PX-220阻燃效果高，不含卤素，用量少，生烟量低，腐蚀性气体及有毒气体生成量小，对环境和人体损害小；
(3)乙烯基硅树脂的使用，既提高了材料的初始分解温度，又能促进成炭；
(4)调整乙烯基硅树脂和无卤磷酸酯阻燃剂的比例，使阻燃耐热聚乳酸组合物的阻燃耐热综合效果达到最佳，又能提高拉伸强度；
(5)配方、工艺简单，阻燃效率高。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为所制备的乙烯基硅树脂的SEM图。
图2为阻燃耐热增强聚乳酸组合物的拉伸强度图。
具体实施方式
本发明的一种阻燃耐热增强聚乳酸组合物，所述阻燃耐热增强聚乳酸组合物按质量百分比由下列组分组成：聚乳酸85％、乙烯基硅树脂0～12％和无卤磷酸酯阻燃剂3～15％。
所述阻燃耐热增强聚乳酸组合物按质量百分比由下列组分组成：聚乳酸粒料85％、乙烯基硅树脂3～6％和无卤磷酸酯阻燃剂9～12％。
所述的乙烯基硅树脂的粒径为150-200nm左右，制备方法法如下：在PH为11-13的条件下，乳化剂与乙烯基三甲氧基硅烷在50℃下反应2h，反应完毕后，加入1:1醋酸水溶液进行破乳，提纯得到产物。也可以使用其它硅树脂如甲基苯基硅树脂、甲基硅树脂和苯基硅树脂等：
所述的无卤磷酸酯阻燃剂为低聚芳基磷酸酯PX-220。也可以使用其它高分子磷酸酯如PX-200和RC-200。
本发明所述阻燃耐热增强聚乳酸组合物的制备方法，具体步骤如下：按上述比例将聚乳酸粒料、乙烯基硅树脂和无卤磷酸酯阻燃剂混合，在一区温度为175℃，二区为176℃，三区为177℃，四区为177℃的条件下，经锥形双螺杆挤出机挤出得到一种阻燃耐热增强聚乳酸组合物。
为了更好地理解和实施，下面结合比较例和实施例详细说明本发明的阻燃耐热增强聚乳酸组合物的制备过程。
比较例：称取40g聚乳酸粒料，在挤出温度为一区175℃、二区176℃、三区177℃、四区177℃的条件下，加入锥形双螺杆挤出机，经挤出、冷却、造粒制得纯聚乳酸粒子。按GB/T2406-1993标准试验方法测定，极限氧指数为20％。定义质量损失为5wt％时的温度为初始分解温度，材料的初始分解温度为335℃，拉伸强度见图2。
实施例1：称取34g聚乳酸粒料，6g低聚芳基磷酸酯(PX-220),在挤出温度为一区175℃、二区176℃、三区177℃、四区177℃的条件下，加入锥形双螺杆挤出机，经挤出、冷却制得聚乳酸组合物。按GB/T2406-1993标准试验方法测定，极限氧指数为33％。定义质量损失为5wt％时的温度为初始分解温度，材料初始分解温度为334℃，拉伸强度见图2。
实施例2：称取34g聚乳酸粒料，4.8g低聚芳基磷酸酯(PX-220)和1.2g乙烯基硅树脂,在挤出温度为一区175℃、二区176℃、三区177℃、四区177℃的条件下，加入锥形双螺杆挤出机，经挤出、冷却制得聚乳酸组合物。按GB/T2406-1993标准试验方法测定，极限氧指数为32.2％。定义质量损失为5wt％时的温度为初始分解温度，材料初始分解温度为342℃，拉伸强度见图2。
实施例3：称取34g聚乳酸粒料，3.6g低聚芳基磷酸酯(PX-220)和2.4g乙烯基硅树脂,在挤出温度为一区175℃、二区176℃、三区177℃、四区177℃的条件下，加入锥形双螺杆挤出机，经挤出、冷却制得聚乳酸组合物。按GB/T2406-1993标准试验方法测定，极限氧指数为30.5％。定义质量损失为5wt％时的温度为初始分解温度，材料初始分解温度为342℃，拉伸强度见图2。
实施例4：称取34g聚乳酸粒料，2.4g低聚芳基磷酸酯(PX-220)和3.6g乙烯基硅树脂,在挤出温度为一区175℃、二区176℃、三区177℃、四区177℃的条件下，加入锥形双螺杆挤出机，经挤出、冷却制得聚乳酸组合物。按GB/T2406-1993标准试验方法测定，极限氧指数为27％。定义质量损失为5wt％时的温度为初始分解温度，材料初始分解温度为343℃，拉伸强度见图2。
实施例5：称取34g聚乳酸粒料，1.2g低聚芳基磷酸酯(PX-220)和4.8g乙烯基硅树脂,在挤出温度为一区175℃、二区176℃、三区177℃、四区177℃的条件下，加入锥形双螺杆挤出机，经挤出、冷却制得聚乳酸组合物。按GB/T2406-1993标准试验方法测定，极限氧指数为23％。定义质量损失为5wt％时的温度为初始分解温度，材料初始分解温度为342℃，拉伸强度见图2。
实施例6：
上述实施例中的乙烯基硅树脂是通过以下方法得到：将1g乳化剂溶于300ml去离子水中，滴加NaOH溶液，调节水溶液的PH为11-13，以3g/min的速度将15g单体乙烯基三甲氧基硅烷滴入水溶液中，反应温度为50℃，搅拌速率为100r/min，滴加完毕后反应2h，加入1:1醋酸水溶液进行破乳，静置后提纯，得到产物在105℃下干燥2h待称重。其粒径形貌如附图1所示。

Claims (9)

1.一种阻燃耐热增强聚乳酸组合物，其特征在于，所述阻燃耐热增强聚乳酸组合物按质量百分比由下列组分组成：聚乳酸85％、乙烯基硅树脂0～12％和无卤磷酸酯阻燃剂3～15％。
2.根据权利要求1所述的阻燃耐热增强聚乳酸物组合物，其特征在于，所述优选阻燃耐热增强聚乳酸组合物按质量百分比由下列组分组成：聚乳酸粒料85％、乙烯基硅树脂3～6％和无卤磷酸酯阻燃剂9～12％。
3.根据权利要求1所述的阻燃耐热增强聚乳酸组合物，其特征在于，所述的乙烯基硅树脂的粒径为150-200nm左右，制备方法法如下：在pH为11-13的条件下，乳化剂与乙烯基三甲氧基硅烷在50℃下反应至少2h，反应完毕后，加入醋酸水溶液进行破乳，提纯得到产物。
4.根据权利要求1所述的阻燃耐热增强聚乳酸组合物，其特征在于，所述的无卤磷酸酯阻燃剂为低聚芳基磷酸酯PX-220。
5.一种阻燃耐热增强聚乳酸组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按比例将聚乳酸粒料、乙烯基硅树脂和无卤磷酸酯阻燃剂混合，在一区温度为175℃，二区为176℃，三区为177℃，四区为177℃的条件下，经锥形双螺杆挤出机挤出得到一种阻燃耐热增强聚乳酸组合物。
6.根据权利要求5所述的阻燃耐热增强聚乳酸组合物的制备方法，其特征在于，所述阻燃耐热增强聚乳酸组合物按质量百分比由下列组分组成：聚乳酸粒料85％、乙烯基硅树脂0～12％和无卤磷酸酯阻燃剂3～15％。
7.根据权利要求6所述的阻燃耐热增强聚乳酸组合物的制备方法，其特征在于，所述优选阻燃耐热增强聚乳酸组合物按质量百分比由下列组分组成：聚乳酸粒料85％、乙烯基硅树脂3～6％和无卤磷酸酯阻燃剂9～12％。
8.根据权利要求5所述的阻燃耐热增强聚乳酸组合物的制备方法，其特征在于，所述的乙烯基硅树脂的粒径为150-200nm左右，制备方法法如下：在pH为11-13的条件下，乳化剂与乙烯基三甲氧基硅烷在50℃下反应至少2h，反应完毕后，加入醋酸水溶液进行破乳，提纯得到产物。
9.根据权利要求5所述的阻燃耐热增强聚乳酸组合物的制备方法，其特征在于，所述的无卤磷酸酯阻燃剂为低聚芳基磷酸酯PX-220。
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