阻燃性熱塑性澱粉材料、生質復材及其製備方法
2023-05-06 08:12:06
阻燃性熱塑性澱粉材料、生質復材及其製備方法
【專利摘要】本發明提供一種阻燃性熱塑性澱粉材料，包括：（A1）100重量份的澱粉；（A2）5~75重量份的可塑劑；以及（A3）5~30重量份的有機磷系難燃劑，其中上述有機磷系難燃劑具有式I所示的結構，式I其中X是具有3至12個碳的三價脂肪族碳氫基，R1、R2為各自獨立C1~C8的烷基；n為0或1。本發明亦提供一種阻燃性熱塑性澱粉基生質復材及其製備方法。
【專利說明】阻燃性熱塑性澱粉材料、生質復材及其製備方法
【技術領域】[0001]本發明是有關於一種阻燃性熱塑性澱粉(Flame-retardant thermo plasticstarch material )、其生質復材(bio-composite)以及上述生質復材的製備方法。
【背景技術】
[0002]澱粉是植物儲存能量主要形式，存在於穀類、豆類和塊莖中。具有價格便宜且為地球蘊含量豐富的天然素材之一，已廣泛使用在不同工業應用領域如食品、造紙、紡織以及膠粘劑。原澱粉為部份結晶的微米級顆粒，此顆粒由澱粉分子間存在的龐大氫鍵作用力形成擴展的網狀膠束構成龐大聚集，使其難以進行熔融加工，因而無法如同一般可塑性塑料材料使用熱塑加工。過去澱粉常當作塑料的填充劑(Filler)，用於添加於一般塑料來降低成本和增加材料的剛性。
[0003]通過導入多醇(Poly-ol)如甘油(Glycerol)、山梨醇(Sorbitol)、聚氧化乙烯(polyethylene oxide, PEO)等多醇塑化劑,可破壞澱粉的氫鍵,使澱粉分子具分子鏈纏結(Chain Entanglement)以及鏈運動(Chain Motion)達到熱可塑化的特性。此熱塑性澱粉(Thermoplastic Starch)就如同其它合成高分子具流動特性,故可適用於一般熱塑性塑料的成型與擠出加工技術。其相關專利與論文最早在1980年末被揭露，然而純的熱塑性澱粉材料其機械性能不足，使其在終端應用受限。故之後發展共混體系，主要有熱塑性澱粉/可生物降解高分子共混以及熱塑性澱粉/聚烯烴共混。
[0004]臺灣地區每年於用於3C及其外圍產品的外殼塑料材料超過150萬噸，若能發展符合日本生物塑料協會(JBPA)的BiomassPla標章(生物質含量≥25%)的新環保材料,每年將可減少40萬噸石化基材料的消耗。在汽車內裝件、家用電汽產品以及一些高階集成電路測試器產品(如手機機殼、Note-PC)對其材料皆有耐燃的需求。
[0005]由於熱塑性澱粉(Thermoplastic Starch)具有容易燃燒和熔融滴落(Meltdripping)的特性,故發展難燃機能性的澱粉基生質復材技術困難度高,需開發符合經濟效益的耐燃澱粉基熱塑性複合材料，用來取代目前市場主流以耐衝擊性聚苯乙烯(HighImpact Polystyrene)、丙烯臆丁二烯苯乙烯(Acrylonitrile Butadiene Styrene, ABS)>聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)/ABS等石油基工程塑料為材料的汽車內裝件、家用電汽產品以及一些高階集成電路測試器產品的塑件。
[0006]目前針對耐燃澱粉基複合材料體系的研究的專利及學術論文，例如，CN101851353A、JP2007204656A、Ind.Eng.Chem.Res.2009, 48，3150-3157、PolymerDegradation and Stability 88 (2005) 138-145、JP2009062450A、JP200929897A、JP2000103970A等，上述研究所使用的阻然劑包括:氫氧化鋁(ATH)、氫氧化鎂、二氰胺、三聚、氰胺、磷酸胍芳香族磷酸金屬鹽、芳香族、磷酸酯系(例如間苯二酚雙二二甲苯磷酸酯(Resorcinol bis (dixylenyl phosphate))、憐酸三苯酯(TPP)、環憐化合物(9，10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenan-threne-10-oxide,D0P0))、三氮雜苯(triazin)系、芳香族憐酸酯系、氫氧化鋁等化合物的單獨或混合使用。上述技術所使用的阻燃劑具有不耐高溫操作環境而膨脹爆炸或變質、或是加工性不佳等問題，而磷酸酯系雖可耐高溫卻存在無法成型的問題。
[0007]有鑑於此,業界亟需一種具難燃(Flame-retardant, FR)機能性的熱塑性澱粉,一方面可減少可塑劑的用量，一方面可達到具有難燃機能功能性的生質復材材料，以提供良好的成型特性與優良的機械性能以及阻燃特性。
【發明內容】
[0008]本發明的目的之一在於提供一種兼具阻燃特性和良好的成型特性、機械性能的阻燃性熱塑性澱粉材料。
[0009]本發明提供一種阻燃性熱塑性澱粉材料，包括:(Al)IOO重量份的澱粉；(A2)5~75重量份的可塑劑；以及(A3) 5^30重量份的有機磷系難燃劑，其中上述有機磷系難燃劑具有式I所示的結構:
【權利要求】
1.一種阻燃性熱塑性澱粉材料，包括: (Al) 100重量份的澱粉； (A2) 5^75重量份的可塑劑；以及 (A3) 5^30重量份的有機磷系難燃劑，其中所述有機磷系難燃劑具有式I所示的結構:
2.如權利要求1所述的阻燃性熱塑性澱粉材料，其中所述三價脂肪族碳氫基具有式I所示的結構:
3.如權利要求1所述的阻燃性熱塑性澱粉材料，其中所述可塑劑為:水、多醇、或上述的組合。
4.如權利要求1所述的阻燃性熱塑性澱粉材料，其中所述澱粉為:玉米澱粉、木薯澱粉、馬鈴薯澱粉、酯化澱粉、醚化澱粉、或上述的組合。
5.一種阻燃性熱塑性澱粉基生質復材，包括: (A)5^40重量份的如權利要求1所述的阻燃性熱塑性澱粉材料； (B)60-90重量份的熱塑性高分子；以及 (C)3~10重量份的增韌劑。
6.如權利要求5所述的阻燃性熱塑性澱粉基生質復材，其中所述熱塑性高分子為--聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚對苯二甲酸、或上述的組合。
7.如權利要求5所述的阻燃性熱塑性澱粉基生質復材，其中所述增韌劑為具有一核殼結構的橡膠系統，且該橡膠系統的殼層部分為聚甲基丙烯酸甲酯；以及該橡膠系統的核心部分為:丙烯酸橡膠、矽丙烯酸橡膠、或上述的組合。
8.如權利要求5所述的阻燃性熱塑性澱粉基生質復材，是用於汽車內裝件、家用電器、或電子產品。
9.一種阻燃性熱塑性澱粉基生質復材的製備方法，包括: 將(Al) 100重量份的澱粉、(A2) 5^75重量份的可塑劑、以及(A3) 5^30重量份的有機磷系難燃劑混合併進行一捏合塑化製程，以形成一阻燃性熱塑性澱粉(A)，其中該有機磷系難燃劑具有式I所示的結構:
10.如權利要求9所述的阻燃性熱塑性澱粉基生質復材的製備方法，其中所述捏合塑化製程的溫度範圍介於6(noo°c。
11.如權利要求9所述的阻燃性熱塑性澱粉基生質復材的製備方法，其中所述混煉製程的溫度範圍介於17(T260°C。
12.如權利要求9所述的阻燃性熱塑性澱粉基生質復材的製備方法，其中所述可塑劑為:水、多醇、或上述的組合。
13.如權利要求9所述的阻燃性熱塑性澱粉基生質復材的製備方法，其中所述澱粉擇自:玉米澱粉、木薯澱粉、馬鈴薯澱粉、酯化澱粉、醚化澱粉、或上述的組合。
14.如權利要求9所述的阻燃性熱塑性澱粉基生質復材的製備方法，其中所述熱塑性高分子為:聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚對苯二甲酸、或上述的組合。
15.如權利要求9所述的阻燃性熱塑性澱粉基生質復材的製備方法，其中所述增韌劑為具有一核殼結構的橡膠系統，且該橡膠系統的殼層部分為聚甲基丙烯酸甲酯；以及該橡膠系統的核心部分為:丙烯酸橡膠、矽丙烯酸橡膠、或上述的組合。
【文檔編號】C08L3/02GK103509208SQ201210270266
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年7月31日 優先權日:2012年6月27日
【發明者】廖聖茹, 張志仁, 鍾曜竹, 簡福明, 陳建明 申請人:財團法人工業技術研究院