CN110054890A - 一种具有高阻燃性的生物基pa56复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有高阻燃性的生物基PA56复合材料及其制备方法，该具有高阻燃性的生物基PA56复合材料包含100份生物基PA56树脂、0.3～10.0份PA56寡聚物、5～20份氰尿酸三聚氰胺和0.5～5份层状纳米粉体。寡聚物为一种戊二胺与己二酸形成的低聚物。该生物基PA56复合材料在保持具有较高的阻燃性能的同时，仍然具有良好的机械性能和表面质量。

Description

一种具有高阻燃性的生物基PA56复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，涉及一种具有高阻燃性的生物基PA56复合材料及其制备方法。
背景技术
聚酰胺由于其优异的机械性能和成型性能，常常用于汽车零部件、电器电子设备的零件和其它许多应用中。但是聚酰胺在燃烧过程中有熔滴现象，易引起火灾的传播和扩散，其阻燃性能成为聚酰胺扩大应用的一个至关重要的考虑因素，在一些应用中，要求聚酰胺具有阻燃性，因此需要添加阻燃剂来实现，如添加无卤阻燃剂氰尿酸三聚氰胺。由于聚酰胺具有熔滴的特性，需要添加抗滴落剂如聚四氟乙烯(PTFE)来改善材料的阻燃性能才能在样品厚度为1.6mm时达到V‐0级。但在加入PTFE和阻燃剂后，材料的聚酰胺的阻燃等级虽然达到V‐0，但是材料的力学性能下降，注塑制品的材料表面质量变差。因此，仍然需要寻找合适的阻燃体系，使得样品的厚度在1.6mm达到V‐0级别时，仍然具有良好的机械性能。
因此，本领域迫切需要一种具有高阻燃性且具备良好机械性能的生物基聚酰胺复合材料及其制备方法。
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明提供了一种生物基PA56复合材料及其制备方法，该生物基PA56复合材料在保持具有较高的阻燃性能的同时，仍然具有良好的机械性能和表面质量。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种具有高阻燃性的生物基PA56复合材料，其包括：生物基PA56树脂、PA56寡聚物、层状纳米粉体和氰尿酸三聚氰胺，生物基PA56树脂的生产原料包括戊二胺和己二酸。
在本发明的优选实施例中，PA56寡聚物为戊二胺与己二酸形成的寡聚物(低聚物)，聚合度为3～10。
在本发明的优选实施例中，PA56寡聚物的质量份：0.3～10.0份。
在本发明的优选实施例中，层状纳米粉体优选为有机改性纳米蒙脱土，质量份：0.5～5份。
在本发明的优选实施例中，氰尿酸三聚氰胺质量份：5～20份。
在本发明的优选实施例中，具有高阻燃性的生物基PA56复合材料还可以包括其它加工助剂，其它加工助剂可以选自填料、相容剂、抗氧剂、润滑剂和分散剂中的任意一种或几种。
上述具有高阻燃性的生物基PA56复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
1)至少将生物基PA56树脂、PA56寡聚物、层状纳米粉体和氰尿酸三聚氰胺各原料组分预混，得到预混物；
2)将预混物加入到熔融混炼机中进行熔融混炼，熔融混炼的温度比生物基PA56树脂的熔点高30～50℃，熔融混炼的时间为0.25～5分钟，得到熔融混炼物；
3)将熔融混炼物从熔融混炼机的喷嘴挤出得到线料，线料的温度为230～350℃，之后将线料在水中冷却，冷却后的线料在制粒机中被切割，得到具有高阻燃性的生物基PA56复合材料。
其中，线料不能直接用制粒机进行切割、辊压，因此需要使用冷却水将其冷却至生物基PA56树脂的熔点以下。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种生物基PA56复合材料，其在保持具有较高的阻燃性能的同时，仍然具有良好的机械性能和表面质量。
具体实施方式
本发明提供了一种具有高阻燃性的生物基PA56复合材料及其制备方法。
[生物基PA56树脂]
PA56树脂至少以戊二胺(生物质来源)和己二酸为生产原料。戊二胺通过生物发酵法制成(如由赖氨酸在脱羧酶的作用下发生脱羧反应而生成)并且其包含至少部分符合ASTM D6866标准的可再生来源的有机碳。具体而言，生物基聚酰胺树脂为生物基PA56树脂，相对粘度为2.0～4.0，相对粘度低于2.0，材料机械性能较差，相对粘度高于4.0，材料采用现有设备难于加工成型，生物基PA56树脂的质量份为100份。
[PA56寡聚物]
PA56寡聚物为戊二胺与己二酸形成的低聚物，其聚合度为3～10，PA56寡聚物的质量份为0.3～10.0份。
[层状纳米粉体]
层状纳米粉体为有机改性纳米蒙脱土，其平均粒径为70～80nm，质量份为0.5～5份。
[氰尿酸三聚氰胺]
氰尿酸三聚氰胺(MCA)：巴斯夫(BASF)(中国)有限公司(MelapurMC25)。
以下结合具体实施例对本发明进行进一步的说明。
<性能表征方法>
实施例采用了以下方法进行性能表征：
1、聚酰胺相对粘度的测定：
按ISO307标准进行测定。
2、聚合度：
根据GPC方法进行测量计算。
3、拉伸强度：
按ISO527‐2方法进行测定。
4、冲击强度：
按ISO180/1A方法进行测定。
5、熔体质量流动速率：
按ISO1133方法在275℃/2.16Kg压力下进行测定。
6、氧指数测试：
按ISO4589‐2方法进行测试。
7、垂直燃烧性能测试：
按照GB/T 2408的方法进行测试。
<生产原料>
以下实施例和比较例的生产原料如下：
生物基PA56树脂：凯赛(金乡)生物材料有限公司，其相对粘度为2.8(98wt％浓硫酸法)；
PA56寡聚物：凯赛(金乡)生物材料有限公司，其聚合度DP＝4；
有机改性纳米蒙脱土(MMT)：江西固康新材料有限公司(GK‐3)；
氰尿酸三聚氰胺：巴斯夫(BASF)(中国)有限公司(MelapurMC25)；
抗滴落剂(聚四氟乙烯PTFE)：明尼苏达矿务及制造业公司(3M)(TF1645)。
实施例和比较例中的生物基PA56复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将聚酰胺树脂(生物基PA56树脂)、PA56寡聚物、有机改性纳米蒙脱土(MMT)、氰尿酸三聚氰胺(MCA)和聚四氟乙烯PTFE(作为抗滴落剂)按照表1的配比进行预先混合，得到预混物；
2)将预混物从熔融混炼机的顶进料口加入，在比生物基PA56树脂的熔点高30℃下进行熔融混炼，熔融混炼的时间为3分钟，本实施例和比较例均采用在双螺杆挤出机(南京科亚化工成套装备有限公司制造，型号为SK‐40)中以480rpm的转速进行捏合得到熔融混炼物；
3)将熔融混炼物从熔融混炼机的喷嘴挤出线料，线料温度为300℃左右，以水作为冷却介质将该线料冷却到生物基PA56树脂的熔点以下，将冷却后的线料在制粒机中切割，得到生物基PA56复合材料，然后对生物基PA56复合材料进行力学性能和燃烧性能的测量，测量结果如表2所示。
其中，双螺杆挤出机是熔融混炼机的一种，在双螺杆挤出机中进行捏合即是混炼过程。
表1添加比例表
表2性能结果表
由表2可知，与比较例相比，MMT和PA56寡聚物能够协同作用，起到防止PA56燃烧过程中滴落的作用，而且实施例中的生物基PA56复合材料具有较高的阻燃性能和力学性能。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有高阻燃性的生物基PA56复合材料，其特征在于，所述具有高阻燃性的生物基PA56复合材料包括：
2.根据权利要求1所述的具有高阻燃性的生物基PA56复合材料，其特征在于，所述生物基PA56树脂的相对粘度为2.0～4.0。
3.根据权利要求1所述的具有高阻燃性的生物基PA56复合材料，其特征在于，所述PA56寡聚物的聚合度为3～10。
4.根据权利要求1所述的具有高阻燃性的生物基PA56复合材料，其特征在于，所述层状纳米粉体包括有机改性纳米蒙脱土。
5.根据权利要求1所述的具有高阻燃性的生物基PA56复合材料，其特征在于，所述具有高阻燃性的生物基PA56复合材料还包括其它加工助剂。
6.根据权利要求5所述的具有高阻燃性的生物基PA56复合材料，其特征在于，所述其它加工助剂选自填料、相容剂、抗氧剂、润滑剂和分散剂中的任意一种或多种。
7.一种制备如权利要求1‐4任一项所述的具有高阻燃性的生物基PA56复合材料的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
1)至少将生物基PA56树脂、PA56寡聚物、层状纳米粉体和氰尿酸三聚氰胺各原料组分预混，得到预混物；
2)将所述预混物加入到熔融混炼机中进行熔融混炼，熔融混炼的温度比生物基PA56树脂的熔点高30～50℃，熔融混炼的时间为0.25～5分钟，得到熔融混炼物；
3)将所述熔融混炼物从熔融混炼机的喷嘴挤出得到线料，线料的温度为230～350℃，之后将线料在水中冷却，冷却后的线料在制粒机中被切割，得到所述具有高阻燃性的生物基PA56复合材料。
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