CN115286907B - 一种可降解耐热阻燃塑料母料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可降解耐热阻燃塑料母料及其制备方法，该塑料母料包括下述质量份的原料：聚乳酸45‑70份、淀粉30‑60份、无机填料8‑15份、增塑剂(DEHP)2‑5份、复合阻燃剂5‑10份、纳米氧化银1‑2份、聚萘甲醛磺酸盐1‑3份；其中复合阻燃剂由硅灰石‑三氧化二锑复合颗粒与二乙基次磷酸铝组成。本发明的塑料母料不仅具有很好的可降解性，能够实现环境友好的要求，而且具有优良的机械性能和阻燃效果。

Description

一种可降解耐热阻燃塑料母料及其制备方法
技术领域
本发明涉及可降解塑料技术领域，尤其涉及一种可降解耐热阻燃塑料母料及其制备方法。
背景技术
随着日益增长的环保意识和能源紧缺，生物可降解材料的研究、开发及应用愈来愈引起人们的重视。聚乳酸(PLA)是一种具有良好生物相容性，可生物降解的聚酯类高分子材料，具有优良的机械性能。其原料乳酸可来源于木薯、甘蔗、甜高梁等粮食作物。由聚乳酸制备的各种薄膜、片材、纤维在纺织、包装、农业、日常生活用品等领域有着潜在的应用前景，被称为最有前景的绿色塑料。然而聚乳酸的极限氧指数(LOI)为21％，燃烧时只形成一层刚刚可见的碳化层，并且有滴落现象。为了克服这些缺陷，使其更好地满足在纺织、汽车和包装等领域的应用，需要对聚乳酸进行阻燃改性。
近年来，有关聚乳酸阻燃改性一般多采用添加型阻燃剂，主要使用的是卤系、磷系、氮系阻燃剂以及多种阻燃剂的复配体系。而采用无卤阻燃体系阻燃聚乳酸符合环保的要求。因此，有必要开发一种采用无卤阻燃体系，且阻燃效果好、机械性能优良的聚乳酸材料。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种可降解耐热阻燃塑料母料及其制备方法。
本发明提出的一种可降解耐热阻燃塑料母料，包括下述质量份的原料：聚乳酸45-70份、淀粉30-60份、无机填料8-15份、增塑剂2-5份、复合阻燃剂5-10份、纳米氧化银1-2份、聚萘甲醛磺酸盐1-3份；
所述复合阻燃剂由硅灰石-三氧化二锑复合颗粒与二乙基次磷酸铝按质量比为1:(2-4)组成。
优选地，所述硅灰石-三氧化二锑复合颗粒的制备方法包括：将硅灰石加入水中分散均匀，得到硅灰石分散液，然后加入聚乙二醇、三氯化锑盐酸溶液和氨水溶液反应，反应完毕后过滤、洗涤、烘干，即得。
优选地，所述聚乙二醇的用量为硅灰石质量的0.5-2.0％；所述三氯化锑的用量为硅灰石质量的25-50％；所述硅灰石分散液的固含量为10-20％；所述三氯化锑盐酸溶液的浓度为0.1-0.15mol/L；所述氨水溶液的浓度为0.15-0.2mol/L；所述氨水溶液与三氯化锑盐酸溶液的体积比为1:(1-2)。
优选地，所述反应的温度为30-50℃，时间为15-20min。
优选地，所述淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、大米淀粉、马铃薯淀粉中的至少一种。
优选地，所述无机填料为重质碳酸钙、滑石粉、钙粉中的至少一种；所述增塑剂为DEHP增塑剂。
优选地，所述聚萘甲醛磺酸盐为聚萘甲醛磺酸钠盐、聚萘甲醛磺酸钾盐、聚萘甲醛磺酸铵盐中的至少一种。
一种所述的可降解耐热阻燃塑料母料的制备方法，包括：按质量份称取原料，充分混合后加入双螺杆挤压机中，挤出造粒，即得。
优选地，所述混合的时间为20-60min。
优选地，所述双螺杆挤压机的转速为30-60r/min，螺杆长径比为15-25，造粒出料口模的内径为1-4mm；所述挤出造粒的温度为180-210℃。
优选地，称取原料前，对原料进行干燥处理，干燥温度为50-70℃，干燥时间为4-12h。
本发明的有益效果如下：
1、本发明使用聚乳酸与淀粉作为主体，有良好的可生物降解性，制得的塑料母料能被自然界微生物完全降解，转化成二氧化碳与水；
2.在本发明的配方中，聚萘甲醛磺酸盐具有高效的分散作用和活化作用，同时还能改进分子间的留着率，在聚乳酸、淀粉熔融形成可降解体系体系中，聚萘甲醛磺酸盐可以活化聚乳酸、淀粉分子，使其能够均匀混合，能提高可降解塑料的降解性能与力学性能。
3.材料中加入增塑剂与阻燃剂，调控其比例可以调节塑料的增塑性与阻燃性，提高其综合性能；其中阻燃剂由硅灰石-三氧化二锑复合颗粒与二乙基次磷酸铝按合适的配比组成，能够在提高可降解塑料的阻燃性能的同时，保证其具有优良的力学性能。
综上所述，本发明通过对母料的配方进行优化，以聚乳酸与淀粉作为主体，聚萘甲醛磺酸盐起到分散、活化的作用，提高了母料的可降解性能和力学性能；以硅灰石-三氧化二锑复合颗粒与二乙基次磷酸铝按合适的配比作为阻燃剂，具有协效作用，使母料在具有优良的阻燃性能的同时，进一步保证了良好的力学性能，从而得到了一种采用无卤阻燃体系，且阻燃效果好、机械性能优良的聚乳酸材料。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种可降解耐热阻燃塑料母料，包括下述质量份的原料：聚乳酸50份、玉米淀粉35份、重质碳酸钙10份、DEHP增塑剂5份、复合阻燃剂10份、纳米氧化银2份、聚萘甲醛磺酸钠盐2份；
复合阻燃剂由硅灰石-三氧化二锑复合颗粒与二乙基次磷酸铝按质量比为1:3组成，其中硅灰石-三氧化二锑复合颗粒的制备方法为：将硅灰石加入水中分散均匀，得到硅灰石分散液，然后加入聚乙二醇、三氯化锑盐酸溶液和氨水溶液，在40℃下反应，反应完毕后过滤、洗涤、烘干，即得，所述聚乙二醇的用量为硅灰石质量的1.0％；所述三氯化锑的用量为硅灰石质量的40％；所述硅灰石分散液的固含量为15％；所述三氯化锑盐酸溶液的浓度为0.1mol/L；所述氨水溶液的浓度为0.2mol/L；所述氨水溶液与三氯化锑盐酸溶液的体积比为1:1。
上述可降解耐热阻燃塑料母料的制备方法如下：按质量份称取干燥后的原料(干燥温度为60℃，时间为6h)，充分混合30min，然后加入双螺杆挤压机中，挤出造粒，即得，其中双螺杆挤压机的转速为60r/min，螺杆长径比为20，造粒出料口模的内径为3mm，挤出造粒的温度为200℃。
实施例2
一种可降解耐热阻燃塑料母料，包括下述质量份的原料：聚乳酸45份、玉米淀粉45份、重质碳酸钙10份、DEHP增塑剂3份、复合阻燃剂8份、纳米氧化银1份、聚萘甲醛磺酸钠盐1份；
复合阻燃剂由硅灰石-三氧化二锑复合颗粒与二乙基次磷酸铝按质量比为1:2组成，硅灰石-三氧化二锑复合颗粒的制备方法同实施例1。
上述可降解耐热阻燃塑料母料的制备方法如下：按质量份称取干燥后的原料(干燥温度为70℃，时间为4h)，充分混合45min，然后加入双螺杆挤压机中，挤出造粒，即得，其中双螺杆挤压机的转速为50r/min，螺杆长径比为15，造粒出料口模的内径为2mm，挤出造粒的温度为190℃。
实施例3
一种可降解耐热阻燃塑料母料，包括下述质量份的原料：聚乳酸45份、玉米淀粉55份、重质碳酸钙10份、DEHP增塑剂3份、复合阻燃剂6份、纳米氧化银2份、聚萘甲醛磺酸钠盐2份；
复合阻燃剂由硅灰石-三氧化二锑复合颗粒与二乙基次磷酸铝按质量比为1:4组成，硅灰石-三氧化二锑复合颗粒的制备方法同实施例1。
上述可降解耐热阻燃塑料母料的制备方法如下：按质量份称取干燥后的原料(干燥温度为50℃，时间为12h)，充分混合60min，然后加入双螺杆挤压机中，挤出造粒，即得，其中双螺杆挤压机的转速为55r/min，螺杆长径比为25，造粒出料口模的内径为4mm，挤出造粒的温度为205℃。
对比例1
对比例1与实施例1的区别仅为：原料中采用硅灰石代替硅灰石-三氧化二锑复合颗粒。原料配方如下：聚乳酸50份、玉米淀粉35份、重质碳酸钙10份、增塑剂(DEHP)5份、复合阻燃剂10份、纳米氧化银2份、聚萘甲醛磺酸钠盐2份；复合阻燃剂由硅灰石与二乙基次磷酸铝按质量比为1:3组成。
对比例2
对比例2与实施例1的区别仅为：原料中不添加二乙基次磷酸铝。原料配方如下：聚乳酸50份、玉米淀粉35份、重质碳酸钙10份、增塑剂(DEHP)5份、阻燃剂10份、纳米氧化银2份、聚萘甲醛磺酸钠盐2份；阻燃剂为硅灰石-三氧化二锑复合颗粒，硅灰石-三氧化二锑复合颗粒的制备方法同实施例1。
对实施例1-3和对比例1-2得到的塑料母料进行性能测试，结果如表1所示：
表1
拉伸强度和断裂伸长率按GB/T 1040.2—2006测试；极限氧指数按GB/T 2406.2—2009测试,样条尺寸为80mm×10mm×4mm；垂直燃烧性能按GB/T 2408—2008测试,样条尺寸为125mm×13mm×3.2mm；热形变温度按GB/T 1634.2—2019测试，样条尺寸为80mm×10mm×4mm。
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)

1.一种可降解耐热阻燃塑料母料，其特征在于，包括下述质量份的原料：聚乳酸45-70份、淀粉30-60份、无机填料8-15份、增塑剂2-5份、复合阻燃剂5-10份、纳米氧化银1-2份、聚萘甲醛磺酸盐1-3份；
所述复合阻燃剂由硅灰石-三氧化二锑复合颗粒与二乙基次磷酸铝按质量比为1:(2-4)组成。
2.根据权利要求1所述的可降解耐热阻燃塑料母料，其特征在于，所述硅灰石-三氧化二锑复合颗粒的制备方法包括：将硅灰石加入水中分散均匀，得到硅灰石分散液，然后加入聚乙二醇、三氯化锑盐酸溶液和氨水溶液反应，反应完毕后过滤、洗涤、烘干，即得。
3.根据权利要求2所述的可降解耐热阻燃塑料母料，其特征在于，所述聚乙二醇的用量为硅灰石质量的0.5-2.0％；所述三氯化锑的用量为硅灰石质量的25-50％；所述硅灰石分散液的固含量为10-20％；所述三氯化锑盐酸溶液的浓度为0.1-0.15mol/L；所述氨水溶液的浓度为0.15-0.2mol/L；所述氨水溶液与三氯化锑盐酸溶液的体积比为1:(1-2)。
4.根据权利要求2所述的可降解耐热阻燃塑料母料，其特征在于，所述反应的温度为30-50℃，时间为15-20min。
5.根据权利要求1所述的可降解耐热阻燃塑料母料，其特征在于，所述淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、大米淀粉、马铃薯淀粉中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的可降解耐热阻燃塑料母料，其特征在于，所述无机填料为重质碳酸钙、滑石粉、钙粉中的至少一种；所述增塑剂为DEHP增塑剂。
7.根据权利要求1所述的可降解耐热阻燃塑料母料，其特征在于，所述聚萘甲醛磺酸盐为聚萘甲醛磺酸钠盐、聚萘甲醛磺酸钾盐、聚萘甲醛磺酸铵盐中的至少一种。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的可降解耐热阻燃塑料母料的制备方法，其特征在于，包括：按质量份称取原料，充分混合后加入双螺杆挤压机中，挤出造粒，即得。
9.根据权利要求8所述的可降解耐热阻燃塑料母料的制备方法，其特征在于，所述混合的时间为20-60min。
10.根据权利要求8所述的可降解耐热阻燃塑料母料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤压机的转速为30-60r/min，螺杆长径比为15-25，造粒出料口模的内径为1-4mm；所述挤出造粒的温度为180-210℃。
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