一種無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料及其製備方法

2023-05-14 04:42:16 3

一種無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料及其製備方法
【專利摘要】一種無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料及其製備方法。該聚乳酸材料包括聚乳酸粒子、改性天然纖維、芳基磷酸酯。該增強阻燃聚乳酸材料製備方法為：(1)先後將天然纖維進行鹼處理和矽烷偶聯劑處理；(2)將一定比例的聚乳酸粒子與改性天然纖維、芳基磷酸酯，通過轉矩流變儀熔融共混，製得由改性天然纖維、芳基磷酸酯增強阻燃的聚乳酸材料。本增強阻燃聚乳酸材料配方簡單，無滷環保，阻燃性能顯著，同時拉伸強度和耐熱性能得到提高。
【專利說明】一種無南阻燃天然纖維增強聚乳酸材料及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於聚乳酸材料的增強阻燃【技術領域】，具體涉及一種無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料及其製備方法。
【背景技術】
[0002]聚乳酸(PLA)是由天然植物如馬鈴薯、玉米等發酵後的乳酸經過聚合得到，是一種可生物降解的聚合物。聚乳酸具有優異的物理化學性能，如良好的力學性能、透明性等。聚乳酸來源廣，易加工，可降解的特點使得它在工業領域的應用十分廣泛。然而易燃的缺點限制了聚乳酸在電子電力、機械交通方面的應用，因此必須在保持聚乳酸良好的力學性能的基礎上提高它的阻燃性能。
[0003]天然纖維，例如紅麻、黃麻、劍麻、芒麻、亞麻、竹纖維、棉纖維等，具有突出的拉伸強度，並且價格低廉，我國種植面積很廣，用於增強改性工程塑料是一個不錯的選擇。Miriam Garci'a 等(Miriam Garci』a , Izaskun Garmendia, Javier Garci,a , Journal ofApplied Polymer Science, 2008, 107, 2994-3004)研究了紅麻對聚乳酸的增強效果，結果表明，為改性的紅麻纖維不僅不能提高複合材料的力學性能，甚至會起到反作用，原因在於纖維與基體的相容性較差，纖維不能很好在基體中。古典等(古典，付永勝，汪則靈，等.消防科學與技術，2010，29(4)，309-321)測試了磷含量對聚乳酸材料的阻燃性能的影響，當含磷阻燃劑的添加量達到Swt%是，材料的垂直燃燒能達到FV-O級，尤其是TPP的添加量達到15wt%時，聚乳酸材料的氧指數達到了 38.6。含磷阻燃劑因為無滷高效而被廣泛使用，然而普通含磷阻燃劑凝聚相阻燃的機理並不能改善聚乳酸材料嚴重的熔滴現象，此外阻燃劑的添加會導致複合材料的力學性能下降。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在於提供一種無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料及其製備方法，所述的無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料的組成為聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220。旨在克服現有技術的不足，不僅能夠完善材料所需的力學性能和力學耐熱性能，而且阻燃性能顯著提高，燃燒產生的熔滴現象減弱。體系無滷環保，加工工藝簡單。
[0005]實現本發明目的的技術解決方案為:
[0006]一種無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料，其特徵在於所述的無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料由聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220熔融共混而成，聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220的質量比為(70~80): 10:(10~20)，改性紅麻是將紅麻在鹼性溶液中浸泡，水洗至中性後烘乾，再置於矽烷偶聯劑的乙醇水溶液中磁力攪拌，抽濾，醇洗，烘乾，粉碎。
[0007]所述的無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料，其特徵在於，所述的芳基磷酸酯PX-220為白色固體，熔點> 90°C。
[0008] 一種無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料的製備方法，其特徵在於，通過以下步驟製備:
[0009](I)改性紅麻的製備:將紅麻放在鹼溶液中浸泡，水洗至中性後烘乾；將烘乾後的紅麻置於矽烷偶聯劑的乙醇水溶液中磁力攪拌，抽濾，醇洗，烘乾，粉碎；
[0010](2)將聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220按比例充分混合後，通過轉矩流變儀熔融共混製得無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料。
[0011]所述的無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料的製備方法，步驟(1)中鹼處理時NaOH的濃度為20Wt%，鹼處理的時間為24h，矽烷偶聯劑的濃度為10Wt%。
[0012]所述的無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料的製備方法，步驟(1)中粉碎後的改性紅麻長度為5~10_。
[0013]所述的無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料的製備方法，步驟(1)中的矽烷偶聯劑為甲基二甲氧基矽烷、乙烯基二甲氧基矽烷、乙烯基二乙氧基矽烷、苯基二甲氧基矽烷、甲基丙烯醯氧基丙基甲基二甲基矽烷、Y -甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷中的一種。
[0014]所述的無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料的製備方法，其特徵在於，步驟(2)中轉矩流變儀加工條件中溫度為150~190°C，輸出轉速為30~80rpm。
[0015]本發明與現有技術相比，其顯著優點是:
[0016](I)天然纖維在聚乳酸基體中的分散性較差，導致天然纖維/聚乳酸聚合材料的力學性能下降。本發 明對天然纖維紅麻進行改性後，改善了纖維與聚乳酸基體間的相容性，從而提高了聚乳酸複合材料的力學性能。
[0017](2)本發明所使用的芳基磷酸酯PX-220熔點較高，耐熱性好，揮發性小，室溫下為固體，方便加工。芳基磷酸酯PX-220中較高的P含量，對阻燃效果發揮了顯著的作用。
[0018](3)紅麻和芳基磷酸酯PX-220中的多個苯環促進材料成炭，有利於提高材料的UL94等級。
[0019](4)燃燒過程及產物無滷環保。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發明中無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料的拉伸強度。
[0021]圖2是本發明中無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料的燃燒現象。
【具體實施方式】
[0022]本發明的無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料，是由質量百分數為10的改性紅麻、10~20多聚芳基磷酸酯PX-220與70~80聚乳酸通過轉矩流變儀熔融共混製得。為了更好地理解與實施，下面結合比較例和實施例詳細說明本發明無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料的製備過程。
[0023]改性紅麻的製備:將紅麻在鹼溶液浸泡24h，水洗至中性後烘乾；將烘乾後的紅麻置於1wt%乙烯基三甲氧基矽烷的乙醇水溶液(6:4v/v)中磁力攪拌2h (用上述的其他矽烷偶聯劑也可以達到相同的改性效果)，抽濾，醇洗，烘乾，粉碎至5~1mm ;
[0024]對比例:
[0025]稱取50g聚乳酸粒料，加入到轉矩流變儀中，製得聚乳酸材料，按GB/T2406.2-2009標準試驗方法測定，極限氧指數為20.0% ;按GB/T1040-2006標準試驗方法測定拉伸強度為55.4MPa。
[0026]實施例1:(聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220的質量比為80:10:10)
[0027]稱取40g聚乳酸粒料，5g改性紅麻，5g芳基磷酸酯PX-220，充分混合後加入到轉矩流變儀中，製得聚乳酸材料，按GB/T2406.2-2009標準試驗方法測定，極限氧指數為26.5%;按GB/T1040-2006標準試驗方法測定拉伸強度為64.9MPa。
[0028]實施例2:(聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220的質量比為75:10:15)
[0029]稱取37.5g聚乳酸粒料，5g改性紅麻，7.5g芳基磷酸酯PX-220，充分混合後加入到轉矩流變儀中，製得聚乳酸材料，按GB/T2406.2-2009標準試驗方法測定，極限氧指數為
27.0% ;按GB/T1040-2006標準試驗方法測定拉伸強度為52.9MPa。
[0030]實施例3:(聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220的質量比為70:10:20)
[0031]稱取35g聚乳酸粒料，5g改性紅麻，1g芳基磷酸酯PX-220，充分混合後加入到轉矩流變儀中，製得聚乳酸材料，按GB/T2406.2-2009標準試驗方法測定，極限氧指數為
28.5% ;按GB/T1040-2006標準試驗方法測定拉伸強度為48.9MPa。
[0032]實施例4:稱取30g聚乳酸粒 料，5g改性紅麻，15g芳基磷酸酯PX-220，充分混合後加入到轉矩流變儀中，製得聚乳酸材料，按GB/T2406.2-2009標準試驗方法測定，極限氧指數為29.0% ;按GB/T1040-2006標準試驗方法測定拉伸強度為23.5MPa。
[0033]如圖1所示，阻燃劑的加入雖然使得聚乳酸材料的拉伸強度下降，而改性紅麻的添加能顯著提高聚乳酸材料的力學性能。如圖2所示，紅麻的加入使得聚乳酸材料成炭明顯，減弱了材料的熔滴現象。天然纖維不僅是一種優異的增強材料，還是一種良好的成炭劑;含磷阻燃劑是一種高效的阻燃劑，二者復配使用，不僅可以提高材料的力學性能和阻燃性能，而且無滷環保，生產成本低，應用前景廣闊。
【權利要求】
1.一種無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料，其特徵在於，所述的無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料由聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220熔融共混而成，所述聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220的質量比為(70~80):10: (10~20)，改性紅麻是將紅麻在鹼性溶液中浸泡，水洗至中性後烘乾，再置於矽烷偶聯劑的乙醇水溶液中磁力攪拌，抽濾，醇洗，烘乾，粉碎。
2.根據權利要求1所述的無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料，其特徵在於，所述的芳基磷酸酯PX-220為白色固體，熔點> 90°C。
3.根據權利要求1所述的無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料，其特徵在於，所述矽烷偶聯劑為甲基二甲氧基矽烷、乙烯基二甲氧基矽烷、乙烯基二乙氧基矽烷、苯基二甲氧基娃烷、甲基丙烯醯氧基丙基甲基二甲基矽烷、Y-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷中的一種。
4.一種無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料的製備方法，其特徵在於，通過以下步驟製備: (1)改性紅麻的製備:將紅麻放在喊溶液中浸泡，水洗至中性後供幹；將供幹後的紅麻置於矽烷偶聯劑的乙醇水溶液中磁力攪拌，抽濾，醇洗，烘乾，粉碎； (2)將聚乳酸、改性紅麻、芳基磷酸酯PX-220按比例充分混合後，通過轉矩流變儀熔融共混製得無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料。
5.根據權利要求4所述的無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料的製備方法，其特徵在於，步驟(1)中鹼處理時NaOH的濃度為20wt%，鹼處理的時間為24h，矽烷偶聯劑的濃度為1wt %。
6.根據權利要求4所述的無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料的製備方法，其特徵在於，步驟(1)中粉碎後的改性紅麻長度為5~10mm。
7.根據權利要求4所述的無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料的製備方法，其特徵在於，步驟(1)中的矽烷偶聯劑為甲基二甲氧基矽烷、乙烯基二甲氧基矽烷、乙烯基二乙氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、甲基丙烯醯氧基丙基甲基二甲基矽烷、Y-甲基丙烯醯氧基丙基二甲氧基矽烷中的一種。
8.根據權利要求4所述的無滷阻燃天然纖維增強聚乳酸材料的製備方法，其特徵在於，步驟(2)中轉矩流變儀加工條件中溫度為150~190°C，輸出轉速為30~80rpm。
【文檔編號】C08K5/523GK104031365SQ201410268846
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月16日 優先權日:2014年6月16日
【發明者】王新龍, 周露, 黃穎, 王通文, 楊媛媛, 廖逢輝, 居亞慶 申請人:南京理工大學