CN106243656A - 一种阻燃环保型聚乳酸塑料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于塑料领域，公开了一种阻燃环保型聚乳酸塑料及其制备方法，所述阻燃环保型聚乳酸塑料由以下组分按重量份数制成：聚乳酸100‑120份、玻璃纤维布15‑25份、红麻4‑6份、桑皮纤维4‑6份、季戊四醇3‑5份、聚磷酸铵16‑20份、三聚氰胺4‑5份、聚羟基脂肪酸酯4‑6份、丁腈橡胶2‑4份、硬脂酸钙1‑2份、抗氧剂0.2‑0.4份。本发明的阻燃环保型聚乳酸塑料力学性能好，具有很好的阻燃性能，绿色环保，制备方法操作工艺简单，可实现工业化生产，具有良好的应用前景。

Description

一种阻燃环保型聚乳酸塑料及其制备方法

技术领域

本发明属于塑料领域，涉及一种阻燃环保型聚乳酸塑料，本发明还涉及该阻燃环保型聚乳酸塑料的制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由发酵过程制成乳酸，再通过化学合成转换成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。

由于聚乳酸是一种集生物降解性、生物相容性和生物可吸收性于一体的绿色热塑性聚酯，具有较好的力学强度、弹性模量和热成型性，降解产物能渗入人体代谢，被广泛应用于医疗、药学、农业、服装业等领域，被认为是迄今为止最有市场潜力的可生物降解聚合物，但是聚乳酸材料易燃烧，且燃烧时熔滴现象严重，限制了其在航空、电子产品、汽车内饰件、家具等领域的应用。

普通常用的阻燃添加剂方法就是添加有含卤素的卤化物和三氧化二锑，这些阻燃剂的缺点是燃烧时发烟量大，产生有毒有害、有强烈腐蚀性的卤化物，并造成环境污染。为了达到低烟的目的，大家都致力于低烟低卤阻燃材料的开发。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述提到的现有技术中的不足，提供一种阻燃环保型聚乳酸塑料及其制备方法，该聚乳酸塑料力学性能好，阻燃性能好。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种阻燃环保型聚乳酸塑料，由以下组分按重量份数制成：聚乳酸100-120份、玻璃纤维布15-25份、红麻4-6份、桑皮纤维4-6份、季戊四醇3-5份、聚磷酸铵16-20份、三聚氰胺4-5份、聚羟基脂肪酸酯4-6份、丁腈橡胶2-4份、硬脂酸钙1-2份、抗氧剂0.2-0.4份。

优选的，一种阻燃环保型聚乳酸塑料，由以下组分按重量份数制成：聚乳酸100份、玻璃纤维布15份、红麻4份、桑皮纤维4份、季戊四醇3份、聚磷酸铵16份、三聚氰胺4份、聚羟基脂肪酸酯4份、丁腈橡胶2份、硬脂酸钙1份、抗氧剂0.2份。

优选的，一种阻燃环保型聚乳酸塑料，由以下组分按重量份数制成：聚乳酸120份、玻璃纤维布25份、红麻6份、桑皮纤维6份、季戊四醇5份、聚磷酸铵20份、三聚氰胺5份、聚羟基脂肪酸酯6份、丁腈橡胶4份、硬脂酸钙2份、抗氧剂0.4份。

优选的，一种阻燃环保型聚乳酸塑料，由以下组分按重量份数制成：聚乳酸110份、玻璃纤维布20份、红麻5份、桑皮纤维5份、季戊四醇4份、聚磷酸铵18份、三聚氰胺4.5份、聚羟基脂肪酸酯5份、丁腈橡胶3份、硬脂酸钙1.5份、抗氧剂0.3份。

优选的，一种阻燃环保型聚乳酸塑料，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168的混合物。

本发明的另一目的是提供一种阻燃环保型聚乳酸塑料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)称取玻璃纤维布耳料，清洗至无泥浆、污物等，干燥至无水分，然后将干燥后的玻璃纤维布耳料送入切段机进行切段，分别切成长度为4-5cm的小段料；

(2)将红麻和桑皮纤维用质量分数为10-20％的氢氧化钠溶液处理30min，然后水洗至中性后烘干，备用；

(3)按配比称取步骤(1)所得的玻璃纤维布小段料和步骤(2)处理后的红麻、桑皮纤维，混合均匀后，送入微波干燥机进行微波干燥，微波干燥温度为150-200℃，时间为1-3min；

(4)将步骤(3)微波干燥后的混合物料送入纳米研磨机，进行研磨，得混合粉末；

(5)将聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、丁腈橡胶加入反应釜中，加热到100-180℃后继续搅拌30min后，再加入步骤(4)制得的混合粉末、硬脂酸钙、季戊四醇、聚磷酸铵、三聚氰胺、抗氧剂，充分搅拌均匀后，置于双螺杆挤出机中熔融挤出，将挤出料在50±5℃下烘干除去水分，即得所述的阻燃环保型聚乳酸塑料。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明阻燃聚乳酸塑料以聚乳酸为本体，选用玻璃纤维、红麻、桑皮纤维、聚羟基脂肪酸酯和丁腈橡胶来增强聚乳酸可降解塑料，通过控制各成分的比例，使其性能协同互补，提高了聚乳酸塑料的柔韧性、弹性、耐腐蚀性、耐热性等性能，显著提高了聚乳酸的强度，改变了单纯的聚乳酸质脆、易变性的缺点，使制得的聚乳酸材料具有优异的耐热性和成型加工性能。

(2)本发明将红麻、桑皮纤维碱处理后，使它们表面的极性降低，大大改善了红麻、桑皮纤维在聚乳酸基体中的分散效果，以及它们与其他原材料共混后的相容性好，挤出后不会发生析出现象，同时红麻、桑皮纤维既作为成炭剂又能作为加强材料提高聚乳酸塑料的力学性能，在实际上相当于减少了膨胀型阻燃剂的添加量，能够最大程度的降低阻燃剂对聚乳酸本体材料力学性能的影响。

(3)本发明阻燃聚乳酸塑料选用的阻燃剂为无卤阻燃剂，使用和燃烧过程中安全无毒，配方中红麻、桑皮纤维分散到聚乳酸中在起到了提高聚乳酸塑料力学性能的基础上，又与季戊四醇共同作为膨胀性阻燃剂的成炭剂，当聚乳酸塑料在受热温度达到150℃左右时，聚磷酸铵产生能酯化多元醇和脱水的酸，酸与成炭剂进行酯化反应，三聚氰胺催化酯化反应加速进行，反应过程中产生的不燃性气体使以处于熔融状态的聚乳酸机体膨胀发泡，形成多孔泡沫碳层，防止聚乳酸塑料熔滴现象的发生，亦不会产生火焰和可燃性气体，使用安全。

(4)本发明选取废弃的玻璃纤维下脚料为原料，变废为宝，既降低了原料成本，循环经济，又进一步提高了聚乳酸的力学性能，制备方法中，将玻璃纤维和红麻、桑皮纤维现进行微波干燥处理后，再进行纳米研磨，微波干燥处理后，使得小段料变脆，再纳米研磨时，就会减少研磨时间而达到所需要的粒度，同时粒度减小，有利于快速熔融，节省生产时间。

(5)本发明的制备方法操作工艺简单，可实现工业化生产，具有良好的应用前景。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

实施例1

一种阻燃环保型聚乳酸塑料，由以下组分按重量份数制成：聚乳酸100份、玻璃纤维布15份、红麻4份、桑皮纤维4份、季戊四醇3份、聚磷酸铵16份、三聚氰胺4份、聚羟基脂肪酸酯4份、丁腈橡胶2份、硬脂酸钙1份、抗氧剂1010 0.1份、抗氧剂168 0.1份。

所述阻燃环保型聚乳酸塑料的制备方法包括以下步骤：

(1)称取玻璃纤维布耳料，清洗至无泥浆、污物等，干燥至无水分，然后将干燥后的玻璃纤维布耳料送入切段机进行切段，分别切成长度为4-5cm的小段料；

(2)将红麻和桑皮纤维用质量分数为10-20％的氢氧化钠溶液处理30min，然后水洗至中性后烘干，备用；

(3)按配比称取步骤(1)所得的玻璃纤维布小段料和步骤(2)处理后的红麻、桑皮纤维，混合均匀后，送入微波干燥机进行微波干燥，微波干燥温度为150-200℃，时间为1-3min；

(4)将步骤(3)微波干燥后的混合物料送入纳米研磨机，进行研磨，得混合粉末；

(5)将聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、丁腈橡胶加入反应釜中，加热到100-180℃后继续搅拌30min后，再加入步骤(4)制得的混合粉末、硬脂酸钙、季戊四醇、聚磷酸铵、三聚氰胺、抗氧剂1010、抗氧剂168，充分搅拌均匀后，置于双螺杆挤出机中熔融挤出，将挤出料在50±5℃下烘干除去水分，即得所述的阻燃环保型聚乳酸塑料。

实施例2

一种阻燃环保型聚乳酸塑料，由以下组分按重量份数制成：聚乳酸120份、玻璃纤维布25份、红麻6份、桑皮纤维6份、季戊四醇5份、聚磷酸铵20份、三聚氰胺5份、聚羟基脂肪酸酯6份、丁腈橡胶4份、硬脂酸钙2份、抗氧剂1010 0.1份、抗氧剂168 0.3份。

所述阻燃环保型聚乳酸塑料的制备方法包括以下步骤：

(1)称取玻璃纤维布耳料，清洗至无泥浆、污物等，干燥至无水分，然后将干燥后的玻璃纤维布耳料送入切段机进行切段，分别切成长度为4-5cm的小段料；

(2)将红麻和桑皮纤维用质量分数为10-20％的氢氧化钠溶液处理30min，然后水洗至中性后烘干，备用；

(3)按配比称取步骤(1)所得的玻璃纤维布小段料和步骤(2)处理后的红麻、桑皮纤维，混合均匀后，送入微波干燥机进行微波干燥，微波干燥温度为150-200℃，时间为1-3min；

(4)将步骤(3)微波干燥后的混合物料送入纳米研磨机，进行研磨，得混合粉末；

(5)将聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、丁腈橡胶加入反应釜中，加热到100-180℃后继续搅拌30min后，再加入步骤(4)制得的混合粉末、硬脂酸钙、季戊四醇、聚磷酸铵、三聚氰胺、抗氧剂1010、抗氧剂168，充分搅拌均匀后，置于双螺杆挤出机中熔融挤出，将挤出料在50±5℃下烘干除去水分，即得所述的阻燃环保型聚乳酸塑料。

实施例3

一种阻燃环保型聚乳酸塑料，由以下组分按重量份数制成：聚乳酸110份、玻璃纤维布20份、红麻5份、桑皮纤维5份、季戊四醇4份、聚磷酸铵18份、三聚氰胺4.5份、聚羟基脂肪酸酯5份、丁腈橡胶3份、硬脂酸钙1.5份、抗氧剂1010 0.2份、抗氧剂168 0.1份。

所述阻燃环保型聚乳酸塑料的制备方法包括以下步骤：

(1)称取玻璃纤维布耳料，清洗至无泥浆、污物等，干燥至无水分，然后将干燥后的玻璃纤维布耳料送入切段机进行切段，分别切成长度为4-5cm的小段料；

(2)将红麻和桑皮纤维用质量分数为10-20％的氢氧化钠溶液处理30min，然后水洗至中性后烘干，备用；

(3)按配比称取步骤(1)所得的玻璃纤维布小段料和步骤(2)处理后的红麻、桑皮纤维，混合均匀后，送入微波干燥机进行微波干燥，微波干燥温度为150-200℃，时间为1-3min；

(4)将步骤(3)微波干燥后的混合物料送入纳米研磨机，进行研磨，得混合粉末；

(5)将聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、丁腈橡胶加入反应釜中，加热到100-180℃后继续搅拌30min后，再加入步骤(4)制得的混合粉末、硬脂酸钙、季戊四醇、聚磷酸铵、三聚氰胺、抗氧剂1010、抗氧剂168，充分搅拌均匀后，置于双螺杆挤出机中熔融挤出，将挤出料在50±5℃下烘干除去水分，即得所述的阻燃环保型聚乳酸塑料。

实施例4

一种阻燃环保型聚乳酸塑料，由以下组分按重量份数制成：聚乳酸120份、玻璃纤维布25份、红麻4份、桑皮纤维6份、季戊四醇4份、聚磷酸铵18份、三聚氰胺5份、聚羟基脂肪酸酯4份、丁腈橡胶4份、硬脂酸钙2份、抗氧剂1010 0.3份、抗氧剂168 0.1份。

所述阻燃环保型聚乳酸塑料的制备方法包括以下步骤：

(1)称取玻璃纤维布耳料，清洗至无泥浆、污物等，干燥至无水分，然后将干燥后的玻璃纤维布耳料送入切段机进行切段，分别切成长度为4-5cm的小段料；

(2)将红麻和桑皮纤维用质量分数为10-20％的氢氧化钠溶液处理30min，然后水洗至中性后烘干，备用；

(3)按配比称取步骤(1)所得的玻璃纤维布小段料和步骤(2)处理后的红麻、桑皮纤维，混合均匀后，送入微波干燥机进行微波干燥，微波干燥温度为150-200℃，时间为1-3min；

(4)将步骤(3)微波干燥后的混合物料送入纳米研磨机，进行研磨，得混合粉末；

(5)将聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、丁腈橡胶加入反应釜中，加热到100-180℃后继续搅拌30min后，再加入步骤(4)制得的混合粉末、硬脂酸钙、季戊四醇、聚磷酸铵、三聚氰胺、抗氧剂1010、抗氧剂168，充分搅拌均匀后，置于双螺杆挤出机中熔融挤出，将挤出料在50±5℃下烘干除去水分，即得所述的阻燃环保型聚乳酸塑料。

性能测试

本发明对实施例1-4所制备的聚乳酸塑料的性能进行了测试，测试标准和测试结果如表1所示。

表1聚乳酸塑料的力学性能测试结果

上述测试结果表明，本发明所制备的聚乳酸塑料在具有很好的阻燃性能的基础上，还具有良好的拉伸强度、断裂伸长率、缺口冲击强度。

本发明对实施例1-4所制备的聚乳酸塑料中卤素含量进行了测试，测试结果如表2所示。

表2聚乳酸塑料中卤素含量测试结果

从表2中数据可以发现，本发明的聚乳酸塑料中未检出卤素元素。

以上所述是本发明的优选实施方式，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明内容并加以实施，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择，或者对上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，通过任何合适的方式进行组合等，这些等效替换及辅助成分的添加、具体技术特征的组合等也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种阻燃环保型聚乳酸塑料，其特征在于，由以下组分按重量份数制成：聚乳酸100-120份、玻璃纤维布15-25份、红麻4-6份、桑皮纤维4-6份、季戊四醇3-5份、聚磷酸铵16-20份、三聚氰胺4-5份、聚羟基脂肪酸酯4-6份、丁腈橡胶2-4份、硬脂酸钙1-2份、抗氧剂0.2-0.4份。

2.如权利要求1所述的一种阻燃环保型聚乳酸塑料，其特征在于，由以下组分按重量份数制成：聚乳酸100份、玻璃纤维布15份、红麻4份、桑皮纤维4份、季戊四醇3份、聚磷酸铵16份、三聚氰胺4份、聚羟基脂肪酸酯4份、丁腈橡胶2份、硬脂酸钙1份、抗氧剂0.2份。

3.如权利要求1所述的一种阻燃环保型聚乳酸塑料，其特征在于，由以下组分按重量份数制成：聚乳酸120份、玻璃纤维布25份、红麻6份、桑皮纤维6份、季戊四醇5份、聚磷酸铵20份、三聚氰胺5份、聚羟基脂肪酸酯6份、丁腈橡胶4份、硬脂酸钙2份、抗氧剂0.4份。

4.如权利要求1所述的一种阻燃环保型聚乳酸塑料，其特征在于，由以下组分按重量份数制成：聚乳酸110份、玻璃纤维布20份、红麻5份、桑皮纤维5份、季戊四醇4份、聚磷酸铵18份、三聚氰胺4.5份、聚羟基脂肪酸酯5份、丁腈橡胶3份、硬脂酸钙1.5份、抗氧剂0.3份。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种阻燃环保型聚乳酸塑料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168的混合物。

6.如权利要求1-4任一项所述的阻燃环保型聚乳酸塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)称取玻璃纤维布耳料，清洗至无泥浆、污物等，干燥至无水分，然后将干燥后的玻璃纤维布耳料送入切段机进行切段，分别切成长度为4-5cm的小段料；

(2)将红麻和桑皮纤维用质量分数为10-20％的氢氧化钠溶液处理30min，然后水洗至中性后烘干，备用；

(3)按配比称取步骤(1)所得的玻璃纤维布小段料和步骤(2)处理后的红麻、桑皮纤维，混合均匀后，送入微波干燥机进行微波干燥，微波干燥温度为150-200℃，时间为1-3min；

(4)将步骤(3)微波干燥后的混合物料送入纳米研磨机，进行研磨，得混合粉末；

(5)将聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、丁腈橡胶加入反应釜中，加热到100-180℃后继续搅拌30min后，再加入步骤(4)制得的混合粉末、硬脂酸钙、季戊四醇、聚磷酸铵、三聚氰胺、抗氧剂，充分搅拌均匀后，置于双螺杆挤出机中熔融挤出，将挤出料在50±5℃下烘干除去水分，即得所述的阻燃环保型聚乳酸塑料。