一種無鹵阻燃聚乳酸納米復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于聚乳酸阻燃改性技術領域，具體涉及一種無鹵阻燃聚乳酸納米復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]聚乳酸是由乳酸為單體經化學合成或生物合成得到的一類高分子材料，不以石油為基礎，與生物基體有較好的相容性，其制品無毒無刺激性，廢舊以后還可被微生物分解進而吸收，因此是絕對意義上的環保材料。由于聚乳酸具有卓越的機械性能、生物相容性、光學性能、加工性能以及熱穩定性，其被公認為目前可以在一定程度上取代傳統石油基聚合物的生物可降解聚合物。并可能廣泛應用于家電、汽車、家裝材料等眾多領域。但是，由于聚乳酸作為一種脂肪族聚酯，其阻燃性能比較差，且燃燒過程中有明顯的滴落現象，以上不足嚴重制約了其在家電、汽車、電子等領域的應用，因此，有必要對聚乳酸材料進行改性，以提高其阻燃性能。
[0003]聚乳酸的阻燃劑可分為添加型和反應型兩大類，而添加型的阻燃劑由于使用方便，適用性強，在聚乳酸阻燃改性研究中被大量的應用。傳統的添加型阻燃劑包括鹵系、磷系、氮系以及金屬化合物，目前最常用的添加型聚乳酸阻燃劑是膨脹型阻燃劑，其次是無機納米阻燃劑。而鹵系阻燃劑由于阻燃性能優異，最早被用在聚乳酸阻燃改性中，但其發煙量大，且燃燒產生大量有毒的鹵化氫氣體，在很多國家已被禁止。聚乳酸作為一種綠色環保材料，更應避免使用鹵系阻燃劑。因此，有必要探索更為高效且制備工藝簡單的聚乳酸阻燃材料，以使材料在達到一定阻燃級別的同時也能夠降低添加劑對材料力學性能的影響。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是克服現有聚乳酸材料阻燃技術中存在的含鹵阻燃劑危害環境、無機阻燃劑添加量高的缺點，提供一種阻燃效率高、材料力學性能得到較好保持的無鹵阻燃聚乳酸納米復合材料及其制備方法。
[0005]為解決以上技術問題，本發明采取的技術方案是:一種無鹵阻燃聚乳酸納米復合材料，可經擠出加工或密煉加工而成，按重量計，所述無鹵阻燃聚乳酸納米復合材料的原料配方包括:聚乳酸樹脂70?90份、納米有機改性蒙脫土 I?10份、抗氧劑0.01?I份、液體石蠟0.5?5份，其余為含磷阻燃劑、其總重量滿足100%。
[0006]本發明中，所述的含磷阻燃劑為多聚磷酸胺、密胺聚磷酸鹽、季戊四醇二磷酸酯或二乙基次膦酸鋁中的一種或多種。
[0007]本發明中，所述的有機改性蒙脫土為十八烷基三甲基銨鹽改性蒙脫土(DKl)、十八/十六烷基雙羥乙基甲基銨鹽改性蒙脫土(DK2)、十八/十六烷基二甲基芐基氯化按改性蒙脫土(DK3)、雙十八烷基二甲基氯化銨改性蒙脫土(DK4)或十六烷基二甲基氯化銨改性蒙脫土(DKIN)中的一種或多種。
[0008]本發明中所指的有機改性蒙脫土是符合以下指標的: 密度=1.8g/cm3，表觀密度〈0.35g/cm3，平均晶片厚度<25nm，含濕量〈3%。
[0009]本發明中，所指的有機改性蒙脫土選用的插層劑是十八烷基三甲基銨鹽、十八/十六烷基雙羥乙基甲基銨鹽、十八/十六烷基二甲基芐基氯化按、雙十八烷基二甲基氯化銨或十六烷基二甲基氯化銨中的一種或多種。
[0010]本發明中，所述的抗氧劑為亞磷酸三(2，4 一二叔丁基苯基)酯、亞磷酸酯三(2，4一二特丁基苯基)酯、亞磷酸苯二異癸酯、三(壬基代苯基)亞磷酸酯或亞磷酸三(壬基苯酷)、季戊四醇雙亞磷酸酯二(2，4 一二特丁基苯基)酯、多烷基雙酚A亞磷酸酯的雙聚體或三聚體的復合物中一至多種。
[0011]本發明所述的無鹵阻燃聚乳酸納米復合材料可通過如下的塑料加工方法制備而成:
先將聚乳酸樹脂、含磷阻燃劑和納米改性有機蒙脫土分別在60~90°C烘箱中干燥12小時以上，除去水分，再按原料配方量分別稱取聚乳酸、含磷阻燃劑、納米有機改性蒙脫土、抗氧劑和液體石蠟并混合均勻，將混合料送入螺桿擠出機或密煉機中，在150~190°C的加工溫度下熔融共混，再經冷卻、烘干，即得到所述的無鹵阻燃聚乳酸納米復合材料。
[0012]本發明以有機改性蒙脫土作為阻燃協效劑，將其與含磷阻燃劑加入到聚乳酸基體中形成復合材料，該體系能夠保證在添加劑的添加量較低時就可以達到高的阻燃效率，而且復合材料在使用中對環境友好。其可能的阻燃機理是:一方面含磷阻燃劑同時在凝聚相和氣相起阻燃作用。在氣相中有P0.形成，它可以捕獲火焰區域中的H0.和H.并將這類高能量的自由基轉化成穩定的自由基HPO ?和P0.，抑制了自由基連鎖反應，從而有效控制熱分解；凝聚相中，高溫下與02作用，受熱逐步分解成磷酸的非燃性粘稠液態膜，覆蓋于燃燒體表面，隔絕空氣。同時，磷酸脫水生成偏磷酸，偏磷酸聚合生成玻璃體狀聚偏磷酸，能夠催化含羥基化合物進行吸熱、脫水、成碳一系列的反應。最終磷大部分殘留于石墨狀焦炭層中，此焦炭層難燃、隔熱、隔氧，再加上其導熱性能差，阻斷了底層的進一步分解。在此基礎上，再加入少量蒙脫土，聚乳酸分子進入蒙脫土片層結構中，硅酸鹽的片層結構阻止了熱傳遞，提高了聚乳酸的耐熱性能，可有效地解決聚乳酸的熔體滴落問題。同時進一步降低熱釋放速率，減少有焰燃燒時間，顯示兩者之間存在良好的協效阻燃作用。以上阻燃因素共同發揮作用，導致本發明聚乳酸配方體系在保持良好力學性能的同時阻燃性能得到了顯著提尚O
[0013]由于以上技術方案的實施，本發明與現有技術相比具有如下優點:
本發明采用的有機改性蒙脫土作為阻燃協效劑一方面能夠與含磷阻燃劑產生協同阻燃效應，提高復合材料的阻燃性能，另一方面由于本發明采用的納米阻燃協效劑添加量少，粒徑小而均勻，因此在材料加工過程中可以均勻分散在聚合物基體中，對物料的加工性能影響更小，使得聚乳酸復合材料在具備優良的阻燃性能的同時力學性能也能夠得到更好的保持。
【具體實施方式】
[0014]下面結合具體的實施例對本發明做進一步詳細的說明，但不限于這些實施例。
[0015]實施例1
將聚乳酸樹脂、聚磷酸銨、有機改性蒙脫土 DKl在60°C烘箱中干燥12小時，以除去水