CN113234309A - 一种具有阻燃效果的pla增强粉末制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有阻燃效果的PLA增强粉末制备方法，包括以下步骤：步骤一、准备以下组分及各自所占的质量百分比的原料：高刚性PLA 38％‑42％、PBAT 24％‑28％、羟基锡酸锌18％‑20％、硅藻土16％‑20％、氢氧化铝13％‑17％、玻璃纤维粉8％‑12％、阻燃剂5％‑7％、添加剂4％‑6％、聚氨酯树脂稀释液4％‑6％、抗氧化剂2％‑6％、氨基甲酸乙酯0.5％‑0.9％、偶联剂0.1％‑0.3％、余量为去离子水。本发明根据原料性能的不同采用分批次加入的方式可以避免传统一次性加入导致的原料团聚以及难混合均匀的现象发生，进而提高生产效率，阻燃效果显著，热稳定性强。
Description
技术领域
本发明涉及环保新型材料技术领域，尤其涉及一种具有阻燃效果的PLA增强粉末制备方法。
背景技术
聚乳酸(PLA)是近年发展出来的综合物性最好的生物可降解塑料，对环境完全没有污染，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，符合当今世界对环保的要求。但是，聚乳酸的缺陷，如热变形温度低、冲击强度低、韧性不好、不具有阻燃性且耐热性较差等问题，达不到工程塑料的物性要求，这极大的限制了其应用。在许多场合应用中，防火阻燃为一个至关重要的因素，加入适当的阻燃剂可以提高它的阻燃性能。早期使用的含卤的阻燃剂由于生产过程中，对设备腐蚀性很大，同时产生粉尘和废液污染，并且在使用过程中易析出，产生二噁英等有毒物，污染环境。目前阻燃剂的研究主要集中于含磷、氮、硫等元素的有机物或低聚物的设计合成，以及通过共混或共聚的方法使高分子材料具有阻燃性。
而本发明提出了一种具有阻燃效果的PLA增强粉末及PLA增强粉末的制备方法来针对上述问题开展、解决。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的热变形温度低、冲击强度低、韧性不好、不具有阻燃性且耐热性较差等的缺点，而提出的一种具有阻燃效果的PLA增强粉末制备方法。
一种具有阻燃效果的PLA增强粉末制备方法，包括以下步骤：
步骤一、准备以下组分及各自所占的质量百分比的原料：高刚性PLA 38％-42％、PBAT 24％-28％、羟基锡酸锌18％-20％、硅藻土16％-20％、氢氧化铝13％-17％、玻璃纤维粉8％-12％、阻燃剂5％-7％、添加剂4％-6％、聚氨酯树脂稀释液4％-6％、抗氧化剂2％-6％、氨基甲酸乙酯0.5％-0.9％、偶联剂0.1％-0.3％、余量为去离子水；
步骤二、将步骤一准备的高刚性PLA、PBAT、硅藻土、聚氨酯树脂稀释液、一部分添加剂和一部分去离子水依次加入到密炼机中进行密炼1-2h，再将步骤一准备的羟基锡酸锌和氢氧化铝加入混炼20-40min，待混合均匀即得混合物料A；
步骤三、将混合物料A中加入步骤一准备的玻璃纤维粉、阻燃剂、氨基甲酸乙酯和剩余的去离子水，继续混炼至固体分散均匀，待混合均匀再加入步骤一准备的抗氧化剂、偶联剂和剩余的添加剂，继续混炼，混合均匀得混合物料B；
步骤四、将混合物料B转移至螺旋杆挤出机中挤出成型，然后转移至球磨机粉碎，转速为1200-1400r/min，球磨时间1-2h，过60-100目筛，再放入真空干燥箱中，在60-100℃温度下干燥1-2h，即得PLA增强粉末。
优选的，所述步骤一中，准备以下组分及各自所占的质量百分比的原料：高刚性PLA 39％-41％、PBAT 25％-27％、羟基锡酸锌18.5％-19.5％、硅藻土17％-19％、氢氧化铝14％-16％、玻璃纤维粉9％-11％、阻燃剂5.5％-6.5％、添加剂4.5％-5.5％、聚氨酯树脂稀释液4.5％-5.5％、抗氧化剂3％-5％、氨基甲酸乙酯0.6％-0.8％、偶联剂0.15％-0.25％、余量为去离子水。
优选的，所述步骤一中，准备以下组分及各自所占的质量百分比的原料：高刚性PLA 40％、PBAT 26％、羟基锡酸锌19％、硅藻土18％、氢氧化铝15％、玻璃纤维粉10％、阻燃剂6％、添加剂5％、聚氨酯树脂稀释液5％、抗氧化剂4％、氨基甲酸乙酯0.7％、偶联剂0.2％、余量为去离子水。
优选的，所述步骤二中的添加剂与步骤三中的添加剂的体积比为1：1，所述步骤二中的去离子水与步骤三中的去离子水的体积比为(2-3)：1。
优选的，所述玻璃纤维粉的粒度为80～150目，所述硅藻土的比表面积为55～60m2/g。
优选的，所述添加剂为碳酸氢钠、丙酮、聚乙烯醇叔丁醛、石油醚、乙醚或苯中的一种或几种。
优选的，所述高刚性PLA的重均分子量为[(1×105)-(1×106)]g/mol。
优选的，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或复合硅烷偶联剂，所述抗氧化剂为抗氧剂1010。
优选的，所述阻燃剂为溴系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂中的一种。
优选的，所述溴系阻燃剂包括芳香族溴化物阻燃剂和/或脂肪族溴化物阻燃剂，溴系阻燃剂选自溴代苯酚类、四溴邻苯二甲酸酐类、溴代苯乙烯及其聚合物类、含溴高聚物及低聚物类中的一种或几种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过合理配比的高刚性PLA、PBAT为基料，加入羟基锡酸锌、硅藻土和氢氧化铝具有协同阻燃和抑烟的效果，且阻燃剂添加量较少，减少燃烧过程中有害物质的产生，对环境友好，不会产生难闻的气味，另外配合玻璃纤维粉、添加剂、聚氨酯树脂稀释液、氨基甲酸乙酯等加入，一方面提高制得的PLA增强粉末的机械强度，另一方面能够加快分散，且在生产时可以同时操作，提高生产效率。本发明根据原料性能的不同采用分批次加入的方式可以避免传统一次性加入导致的原料团聚以及难混合均匀的现象发生，进而提高生产效率，阻燃效果显著，热稳定性强。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例一
本发明提出的一种具有阻燃效果的PLA增强粉末制备方法，包括以下步骤：
步骤一、准备以下组分及各自所占的质量百分比的原料：高刚性PLA 38％、PBAT24％、羟基锡酸锌18％、硅藻土16％、氢氧化铝13％、玻璃纤维粉8％、阻燃剂5％、添加剂4％、聚氨酯树脂稀释液4％、抗氧化剂2％、氨基甲酸乙酯0.5％、偶联剂0.1％、余量为去离子水；
步骤二、将步骤一准备的高刚性PLA、PBAT、硅藻土、聚氨酯树脂稀释液、一部分添加剂和一部分去离子水依次加入到密炼机中进行密炼1h，再将步骤一准备的羟基锡酸锌和氢氧化铝加入混炼20min，待混合均匀即得混合物料A；
步骤三、将混合物料A中加入步骤一准备的玻璃纤维粉、阻燃剂、氨基甲酸乙酯和剩余的去离子水，继续混炼至固体分散均匀，待混合均匀再加入步骤一准备的抗氧化剂、偶联剂和剩余的添加剂，继续混炼，混合均匀得混合物料B；
步骤四、将混合物料B转移至螺旋杆挤出机中挤出成型，然后转移至球磨机粉碎，转速为1200r/min，球磨时间1h，过60目筛，再放入真空干燥箱中，在60℃温度下干燥1h，即得PLA增强粉末。
实施例二
本发明提出的一种具有阻燃效果的PLA增强粉末制备方法，包括以下步骤：
步骤一、准备以下组分及各自所占的质量百分比的原料：高刚性PLA 39％、PBAT25％、羟基锡酸锌18.5％、硅藻土17％、氢氧化铝14％、玻璃纤维粉9％、阻燃剂5.5％、添加剂4.5％、聚氨酯树脂稀释液4.5％、抗氧化剂3％、氨基甲酸乙酯0.6％、偶联剂0.15％、余量为去离子水；
步骤二、将步骤一准备的高刚性PLA、PBAT、硅藻土、聚氨酯树脂稀释液、一部分添加剂和一部分去离子水依次加入到密炼机中进行密炼1.2h，再将步骤一准备的羟基锡酸锌和氢氧化铝加入混炼25min，待混合均匀即得混合物料A；
步骤三、将混合物料A中加入步骤一准备的玻璃纤维粉、阻燃剂、氨基甲酸乙酯和剩余的去离子水，继续混炼至固体分散均匀，待混合均匀再加入步骤一准备的抗氧化剂、偶联剂和剩余的添加剂，继续混炼，混合均匀得混合物料B；
步骤四、将混合物料B转移至螺旋杆挤出机中挤出成型，然后转移至球磨机粉碎，转速为1250r/min，球磨时间1.2h，过70目筛，再放入真空干燥箱中，在70℃温度下干燥1.2h，即得PLA增强粉末。
实施例三
本发明提出的一种具有阻燃效果的PLA增强粉末制备方法，包括以下步骤：
步骤一、准备以下组分及各自所占的质量百分比的原料：高刚性PLA 40％、PBAT26％、羟基锡酸锌19％、硅藻土18％、氢氧化铝15％、玻璃纤维粉10％、阻燃剂6％、添加剂5％、聚氨酯树脂稀释液5％、抗氧化剂4％、氨基甲酸乙酯0.7％、偶联剂0.2％、余量为去离子水；
步骤二、将步骤一准备的高刚性PLA、PBAT、硅藻土、聚氨酯树脂稀释液、一部分添加剂和一部分去离子水依次加入到密炼机中进行密炼1.5h，再将步骤一准备的羟基锡酸锌和氢氧化铝加入混炼30min，待混合均匀即得混合物料A；
步骤三、将混合物料A中加入步骤一准备的玻璃纤维粉、阻燃剂、氨基甲酸乙酯和剩余的去离子水，继续混炼至固体分散均匀，待混合均匀再加入步骤一准备的抗氧化剂、偶联剂和剩余的添加剂，继续混炼，混合均匀得混合物料B；
步骤四、将混合物料B转移至螺旋杆挤出机中挤出成型，然后转移至球磨机粉碎，转速为1300r/min，球磨时间1.5h，过80目筛，再放入真空干燥箱中，在80℃温度下干燥1.5h，即得PLA增强粉末。
实施例四
本发明提出的一种具有阻燃效果的PLA增强粉末制备方法，包括以下步骤：
步骤一、准备以下组分及各自所占的质量百分比的原料：高刚性PLA 41％、PBAT27％、羟基锡酸锌19.5％、硅藻土19％、氢氧化铝16％、玻璃纤维粉11％、阻燃剂6.5％、添加剂5.5％、聚氨酯树脂稀释液5.5％、抗氧化剂5％、氨基甲酸乙酯0.8％、偶联剂0.25％、余量为去离子水；
步骤二、将步骤一准备的高刚性PLA、PBAT、硅藻土、聚氨酯树脂稀释液、一部分添加剂和一部分去离子水依次加入到密炼机中进行密炼1.8h，再将步骤一准备的羟基锡酸锌和氢氧化铝加入混炼35min，待混合均匀即得混合物料A；
步骤三、将混合物料A中加入步骤一准备的玻璃纤维粉、阻燃剂、氨基甲酸乙酯和剩余的去离子水，继续混炼至固体分散均匀，待混合均匀再加入步骤一准备的抗氧化剂、偶联剂和剩余的添加剂，继续混炼，混合均匀得混合物料B；
步骤四、将混合物料B转移至螺旋杆挤出机中挤出成型，然后转移至球磨机粉碎，转速为1350r/min，球磨时间1.8h，过90目筛，再放入真空干燥箱中，在90℃温度下干燥1.8h，即得PLA增强粉末。
实施例五
本发明提出的一种具有阻燃效果的PLA增强粉末制备方法，包括以下步骤：
步骤一、准备以下组分及各自所占的质量百分比的原料：高刚性PLA 42％、PBAT28％、羟基锡酸锌20％、硅藻土20％、氢氧化铝17％、玻璃纤维粉12％、阻燃剂7％、添加剂6％、聚氨酯树脂稀释液6％、抗氧化剂6％、氨基甲酸乙酯0.9％、偶联剂0.3％、余量为去离子水；
步骤二、将步骤一准备的高刚性PLA、PBAT、硅藻土、聚氨酯树脂稀释液、一部分添加剂和一部分去离子水依次加入到密炼机中进行密炼2h，再将步骤一准备的羟基锡酸锌和氢氧化铝加入混炼40min，待混合均匀即得混合物料A；
步骤三、将混合物料A中加入步骤一准备的玻璃纤维粉、阻燃剂、氨基甲酸乙酯和剩余的去离子水，继续混炼至固体分散均匀，待混合均匀再加入步骤一准备的抗氧化剂、偶联剂和剩余的添加剂，继续混炼，混合均匀得混合物料B；
步骤四、将混合物料B转移至螺旋杆挤出机中挤出成型，然后转移至球磨机粉碎，转速为1400r/min，球磨时间2h，过100目筛，再放入真空干燥箱中，在100℃温度下干燥2h，即得PLA增强粉末。
其中，实施例一至实施例五中，所述步骤二中的添加剂与步骤三中的添加剂的体积比为1：1，所述步骤二中的去离子水与步骤三中的去离子水的体积比为(2-3)：1。所述玻璃纤维粉的粒度为80～150目，所述硅藻土的比表面积为55～60m2/g。所述添加剂为碳酸氢钠、丙酮、聚乙烯醇叔丁醛、石油醚、乙醚或苯中的一种或几种。所述高刚性PLA的重均分子量为[(1×105)-(1×106)]g/mol。所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或复合硅烷偶联剂，所述抗氧化剂为抗氧剂1010。所述阻燃剂为溴系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂中的一种。所述溴系阻燃剂包括芳香族溴化物阻燃剂和/或脂肪族溴化物阻燃剂，溴系阻燃剂选自溴代苯酚类、四溴邻苯二甲酸酐类、溴代苯乙烯及其聚合物类、含溴高聚物及低聚物类中的一种或几种。
对比例
市售PLA材料球磨成粉末。
将上述实施例一至实施例五制备得到的PLA增强粉末与对比例的PLA材料分别称取200g，进行性能检测，检测结果详见如下表1：
表1为本实施例一-实施例五与对比例的检测结果比照表
从表1中结果可知，本发明实施例一至实施例五的制得的PLA增强粉末具有优异的阻燃效果、拉伸强度较高，并且其阻燃性能均达到V-0，燃烧后不会产生熔滴反应，提高产品的使用质量，明显优于市售PLA材料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有阻燃效果的PLA增强粉末制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、准备以下组分及各自所占的质量百分比的原料：高刚性PLA 38％-42％、PBAT24％-28％、羟基锡酸锌18％-20％、硅藻土16％-20％、氢氧化铝13％-17％、玻璃纤维粉8％-12％、阻燃剂5％-7％、添加剂4％-6％、聚氨酯树脂稀释液4％-6％、抗氧化剂2％-6％、氨基甲酸乙酯0.5％-0.9％、偶联剂0.1％-0.3％、余量为去离子水；
步骤二、将步骤一准备的高刚性PLA、PBAT、硅藻土、聚氨酯树脂稀释液、一部分添加剂和一部分去离子水依次加入到密炼机中进行密炼1-2h，再将步骤一准备的羟基锡酸锌和氢氧化铝加入混炼20-40min，待混合均匀即得混合物料A；
步骤三、将混合物料A中加入步骤一准备的玻璃纤维粉、阻燃剂、氨基甲酸乙酯和剩余的去离子水，继续混炼至固体分散均匀，待混合均匀再加入步骤一准备的抗氧化剂、偶联剂和剩余的添加剂，继续混炼，混合均匀得混合物料B；
步骤四、将混合物料B转移至螺旋杆挤出机中挤出成型，然后转移至球磨机粉碎，转速为1200-1400r/min，球磨时间1-2h，过60-100目筛，再放入真空干燥箱中，在60-100℃温度下干燥1-2h，即得PLA增强粉末。
2.根据权利要求1所述的一种具有阻燃效果的PLA增强粉末制备方法，其特征在于，所述步骤一中，准备以下组分及各自所占的质量百分比的原料：高刚性PLA 39％-41％、PBAT25％-27％、羟基锡酸锌18.5％-19.5％、硅藻土17％-19％、氢氧化铝14％-16％、玻璃纤维粉9％-11％、阻燃剂5.5％-6.5％、添加剂4.5％-5.5％、聚氨酯树脂稀释液4.5％-5.5％、抗氧化剂3％-5％、氨基甲酸乙酯0.6％-0.8％、偶联剂0.15％-0.25％、余量为去离子水。
3.根据权利要求1所述的一种具有阻燃效果的PLA增强粉末制备方法，其特征在于，所述步骤一中，准备以下组分及各自所占的质量百分比的原料：高刚性PLA 40％、PBAT 26％、羟基锡酸锌19％、硅藻土18％、氢氧化铝15％、玻璃纤维粉10％、阻燃剂6％、添加剂5％、聚氨酯树脂稀释液5％、抗氧化剂4％、氨基甲酸乙酯0.7％、偶联剂0.2％、余量为去离子水。
4.根据权利要求1所述的一种具有阻燃效果的PLA增强粉末制备方法，其特征在于，所述步骤二中的添加剂与步骤三中的添加剂的体积比为1：1，所述步骤二中的去离子水与步骤三中的去离子水的体积比为(2-3)：1。
5.根据权利要求1所述的一种具有阻燃效果的PLA增强粉末制备方法，其特征在于，所述玻璃纤维粉的粒度为80～150目，所述硅藻土的比表面积为55～60m2/g。
6.根据权利要求1所述的一种具有阻燃效果的PLA增强粉末制备方法，其特征在于，所述添加剂为碳酸氢钠、丙酮、聚乙烯醇叔丁醛、石油醚、乙醚或苯中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种具有阻燃效果的PLA增强粉末制备方法，其特征在于，所述高刚性PLA的重均分子量为[(1×105)-(1×106)]g/mol。
8.根据权利要求1所述的一种具有阻燃效果的PLA增强粉末制备方法，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或复合硅烷偶联剂，所述抗氧化剂为抗氧剂1010。
9.根据权利要求1所述的一种具有阻燃效果的PLA增强粉末制备方法，其特征在于，所述阻燃剂为溴系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂中的一种。
10.根据权利要求9所述的一种具有阻燃效果的PLA增强粉末制备方法，其特征在于，所述溴系阻燃剂包括芳香族溴化物阻燃剂和/或脂肪族溴化物阻燃剂，溴系阻燃剂选自溴代苯酚类、四溴邻苯二甲酸酐类、溴代苯乙烯及其聚合物类、含溴高聚物及低聚物类中的一种或几种。
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| EP2539396A2 (de) * | 2010-02-22 | 2013-01-02 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Kompositzusammensetzung, verfahren zu deren herstellung, formteil und verwendung |
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| CN111944289A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-11-17 | 张文俊 | 可降解垃圾袋用pbat/pla复合材料以及制备方法 |
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