CN107236264A - 一种插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料的制备方法 - Google Patents

一种插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料的制备方法，该复合材料包含聚丁二酸丁二醇酯、改性高岭土、膨胀型阻燃剂。其制备步骤是：将高岭土与尿素按一定比例混合，利用机械力研磨法将其研磨一定时间制备插层改性高岭土，按所占复合材料质量百分比，将75wt％的聚丁二酸丁二醇酯、18wt％～25wt％的膨胀型阻燃剂(APP:Mel＝5:1)、0wt％～7wt％的改性高岭土混合均匀，通过熔融共混、挤出、造粒、烘干即得到具有优异阻燃性能及抗熔滴性能的改性高岭土聚丁二酸丁二醇酯复合材料，其氧指可达到40.1％，通过了UL‑94的V‑0等级，并且其力学性能也有一定提高。可以广泛应用于可以用于餐饮用具、日用杂品、医用高分子材料等方面。

Description

一种插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料的 制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性高岭土阻燃聚丁二酸丁二醇酯的制备方法
技术背景
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)是一种完全可生物降解的脂肪族聚酯，由于优异的综合性能而受到广泛关注，成为可广泛推广应用的通用型生物降解塑料研究热点材料之一，其合成原料来源既可以是石油资源，也可以通过生物资源发酵得到。聚丁二酸丁二醇酯具有良好的加工性能，可以通过注塑、吹塑、吸塑、层压、发泡、纺丝等工艺做成各种制品。聚丁二酸丁二醇酯具有良好的生物可降解性，其可以广泛应用于可以用于餐饮用具、日用杂品、医用高分子材料等方面，也可以作为玩具、家电、日化、食品、药品的包装材料。
但是纯PBS成本较高，而且具有易燃性，其LOI仅仅达到21.9％，并且在燃烧过程中易产生熔融滴落现象，极易引起火灾，使得PBS产业化及其应用领域受到限制。
Weizhao Hu等[Journal of Thermal Analysis and Calorimetry,2014,117(1):27-38.]通过将乙基纤维素包覆后的聚磷酸铵(MAPP)与PBS复配共混，得到阻燃PBS树脂，对其阻燃性能进行了研究。结果发现添加微胶囊APP的PBS树脂比添加未改性APP的PBS树脂阻燃性能有明显提高，添加15％MAPP的PBS树脂的LOI值达到35.5％，并且达到没有熔滴的V-0等级，添加15％未改性APP的PBS树脂仅达到V-1等级，并且燃烧过程中产生熔滴。但是阻燃剂的加入会明显降低树脂的力学性能，拉伸强度从27.56±0.53MPa下降到20.79±0.31MPa。无机粘土分散在PBS中，可以提高材料的热稳定性以及力学性能。由于高岭土表面与PBS基体的极性不同，高岭土在PBS中的分散成为需要解决的主要问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种新型阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料及其制备方法，以期有效提高聚丁二酸丁二醇酯的阻燃性能，拓展其应用范围，同时上述阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料具备良好的物理性能。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
提供一种插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯，其含有以下重量百分比含量的组分：
PBS树脂 75％
膨胀型阻燃剂 18～25％
改性高岭土协效阻燃剂 0～7％
作为优选，该阻燃材料包括如下质量分数的物质：
PBS树脂 75％
膨胀型阻燃剂 20％
改性高岭土协效阻燃剂 5％
上述一种插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
①将所需原料在60℃的烘箱中干燥12h。
②按照比例称取聚丁二酸丁二醇酯、膨胀阻燃剂、改性高岭土协效剂，在高速混合机中混合10～20分钟。
③将②所得的混合物于双螺杆挤出机中熔融共混、挤出，造粒、干燥、压片，即得到插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料。挤出机工作参数为：温度170～180℃，转速为44rpm。
本发明制备的插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料具有以下特点：插层改性高岭土协效阻燃剂的加入，即提高了阻燃体系的阻燃效率，又降低了膨胀阻燃剂的添加量，并且减缓了体系力学性能的下降，因此，该阻燃聚聚丁二酸丁二醇酯复合材料不但具有优异的阻燃性能，而且力学性能良好、成本低廉，且材料在受热或燃烧过程中不会释放任何有害物质，符合国家阻燃塑料标准。
附图说明
图1为实施例5所制备的插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料的在700℃马弗炉中燃烧处理10min后得到的碳层SEM照片。
图2为本发明实施例1，实施例2，实施例3，实施例4，实施例5和实施例6所制备的插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料的热重分析图；
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明做进一步说明。
实施例1：
称取PBS树脂75g，聚磷酸铵20.8g，三聚氰胺4.2g，置于60℃烘箱中干燥12h。然后在高速混合机中混合10～20分钟，将所得的混合物于双螺杆挤出机中熔融共混、挤出，控制温度180℃，转速44rpm，即得到改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料。
对其标准样条进行极限氧指数测试、UL-94垂直燃烧测试以及力学性能测试。
实施例2：
称取PBS树脂75g，聚磷酸铵20.4g，三聚氰胺4.1g，尿素插层高岭土0.5g置于60℃烘箱中干燥12h。然后在高速混合机中混合10～20分钟，将所得的混合物于双螺杆挤出机中熔融共混、挤出，控制温度180℃，转速44rpm，即得到改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料。
对其标准样条进行极限氧指数测试、UL-94垂直燃烧测试以及力学性能测试。
实施例3：
称取PBS树脂75g，聚磷酸铵19.6g，三聚氰胺3.9g，尿素插层高岭土1.5g置于60℃烘箱中干燥12h。然后在高速混合机中混合10～20分钟，将所得的混合物于双螺杆挤出机中熔融共混、挤出，控制温度180℃，转速44rpm，即得到改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料。
对其标准样条进行极限氧指数测试、UL-94垂直燃烧测试以及力学性能测试。
实施例4：
称取PBS树脂75g，聚磷酸铵18.3g，三聚氰胺3.7g，尿素插层高岭土3g置于60℃烘箱中干燥12h。然后在高速混合机中混合10～20分钟，将所得的混合物于双螺杆挤出机中熔融共混、挤出，控制温度180℃，转速44rpm，即得到改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料。
对其标准样条进行极限氧指数测试、UL-94垂直燃烧测试以及力学性能测试。
实施例5：
称取PBS树脂75g，聚磷酸铵16.7g，三聚氰胺3.3g，尿素插层高岭土5g置于60℃烘箱中干燥12h。然后在高速混合机中混合10～20分钟，将所得的混合物于双螺杆挤出机中熔融共混、挤出，控制温度180℃，转速44rpm，即得到插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料。
对其标准样条进行极限氧指数测试、UL-94垂直燃烧测试以及力学性能测试。
如图1所示为实施例5所制备的插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料在700℃马弗炉中燃烧10min后得到的碳层SEM照片。由图可知，膨胀碳层表面连续而致密，完整且没有缺陷，这种结构可以为材料提供较好的隔热隔氧的作用，提高材料的阻燃性能。
实施例6：
称取PBS树脂75g，聚磷酸铵15g，三聚氰胺3g，尿素插层高岭土7g置于60℃烘箱中干燥12h。然后在高速混合机中混合10～20分钟，将所得的混合物于双螺杆挤出机中熔融共混、挤出，控制温度180℃，转速44rpm，即得到改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料。
对其标准样条进行极限氧指数测试、UL-94垂直燃烧测试以及力学性能测试。
图2所示为实施例1，实施例2，实施例3，实施例4，实施例5和实施例6所制备的插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料的热重分析图，由图可知阻燃剂以及协效阻燃剂的加入促进了PBS树脂的热降解，导致其分解温度提前，但是提高了复合材料的高温热稳定性以及700℃的成碳率。
表1为根据不同配方得到的阻燃PBS树脂复合材料的燃烧和力学测试结果：
由表1可知，尿素插层改性高岭土与膨胀型阻燃剂的复配可以显著提高聚丁二酸丁二醇酯的阻燃性能以及抗滴落性，尿素插层改性高岭土加入量为5wt％时，使体系的阻燃性能达到最优，同时减缓了体系力学性能的下降。

Claims (9)

1.一种插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料，所述阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料包含聚丁二酸丁二醇酯，膨胀型阻燃剂和阻燃协效剂，其特征在于，所述的膨胀型阻燃剂包含酸源和气源两种组分，阻燃协效剂为插层改性高岭土。
2.如权利要求1所述的插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料，其特征在于，所述膨胀型阻燃剂的组成为：酸源和气源按5:1的质量比混合即得到膨胀型阻燃剂，总添加量为18～25wt％。
3.如权利要求1所述的插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料，其特征在于，所述插层改性高岭土协效阻燃剂的添加量为0～5wt％。
4.根据权利要求1所述的一种插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料，其特征在于，所述的聚丁二酸丁二醇酯作为体系的碳源。
5.如权利要求1所述的插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料，其特征在于，所述的酸源为聚磷酸铵。
6.如权利要求1所述的插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料，其特征在于，所述的气源为三聚氰胺。
7.如权利要求1所述的插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料，其特征在于，所述的插层改性高岭土协效剂为尿素插层改性高岭土。
8.如权利要求1所述的插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料，其特征在于，所述尿素插层改性高岭土的制备方法为：将尿素和高岭土按1：1的质量比混合均匀，利用机械力插层法在研钵里研磨30min，90℃加热反应48h，过滤，无水乙醇洗涤3次，60℃恒温干燥12h，即得尿素插层改性高岭土。
9.如权利要求1-8所述的一种插层改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
①将所需原料在60℃的烘箱中干燥12h。
②按照比例称取聚丁二酸丁二醇酯、膨胀阻燃剂、改性高岭土协效剂，在高速混合机中混合10～20分钟。
③将②所得的混合物于双螺杆挤出机中熔融共混、挤出，造粒、干燥、压片，即得到改性高岭土协效阻燃聚丁二酸丁二醇酯复合材料。挤出机工作参数为：温度170～180℃，转速为44rpm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107778661A (zh) * 2017-11-17 2018-03-09 广西师范学院 尿素插层改性高岭土填充聚丙烯复合材料及其制备方法
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