一種阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料及其製備方法

2023-04-30 18:42:11

專利名稱：一種阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於阻燃複合材料技術領域，具體涉及阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料及其製備方法。
背景技術：
根據《可降解與吸收材料》(趙奕斌編著，化學工業出版社，2003年10月)中介紹生物可降解樹脂可替代石油基高分子以及不利於環境的其他高分子材料，有利於保護環境、節省能源、實現可持續發展。目前廣泛應用的生物可降解樹脂主要有聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯。近年來研究人員為了降低生物可降解材料生產成本，採取了將聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯與天然生物質材料如澱粉、木材、竹纖維原料進行複合的方法製備出了新型的複合材料。與澱粉、木材相比，竹纖維竹纖維與生物可降解樹脂製備新型複合材料具有無可比擬的優點。澱粉非糧用量的急劇增加，已引起人們對糧食供應的擔憂。而木材成材周期較長(約10 20年)，且我國木材資源相對短缺，對木塑材料的發展構成威脅。而竹材生長周期短(約2 3年)，資源相對豐富，不會引起糧食危機，且具有天然抗菌功能。所以利用竹纖維與生物可降解樹脂製備新型複合材料已成為研究熱點。例如，中國專利申請號 201010256903. 8提出的以生物可降解樹脂和竹纖維為原料製備的一種竹纖維填充的全生物降解材料；《複合材料》(Composites =Part A, 2006, 37,80-91)介紹了聚乳酸/竹纖維複合材料和聚丁二酸丁二醇酯/竹纖維複合材料的製備方法，並認為上述材料具有廣泛應用領域，可用於製備兒童玩具、家具，尤其適用於一次性用品。然而，現有生物可降解樹脂如聚乳酸或聚丁二酸丁二醇酯與竹纖維複合所製備的生物可降解樹脂/竹纖維複合材料極易燃燒，燃燒釋放大量熱，火焰傳播速度快，並伴有發煙、添落現象，易引起大面積火災，對人生命安全造成巨大的威脅，從而使其應用領域受到限制。至今未見關於對生物可降解樹脂如聚乳酸或聚丁二酸丁二醇酯與竹纖維複合製備的生物可降解樹脂/竹纖維複合材料進行阻燃方面研究的文獻報導。

發明內容
本發明的目的是提供一種阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料及其製備方法， 以克服生物可降解樹脂/竹纖維複合材料極易燃燒缺點，擴大其應用領域。本發明的阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料，其特徵在於，按重量份數計的組分及含量如下生物可降解樹脂100份，竹纖維25-160 份，無滷磷氮阻燃劑50-70份，界面改性劑1-6份，增塑劑1-5份。
本發明的阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料的製備方法，其特徵在於，按重量份數計將生物可降解樹脂100份、竹纖維25-160份、無商磷氮阻燃劑50-70份、界面改性劑1-6份和增塑劑1-5份放入密煉機中，控制溫度在120-190°C，熔融共混530分鐘。所述生物可降解樹脂選自聚乳酸或聚丁二酸丁二醇酯；所述界面改性劑選自矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑或鋁酸偶聯劑中的一種或多種組合；所述增塑劑選自液體石蠟、甘油或聚乙二醇中的一種或多種組合；所述無商磷氮阻燃劑選自聚磷酸銨、密胺包裹聚磷酸銨、環氧樹脂包裹聚磷酸銨、 矽氧烷包裹聚磷酸銨、聚氨酯包裹聚磷酸銨、三聚氰胺聚磷酸銨或三聚氰胺磷酸銨中的一種或或多種組合。本發明針對現有生物可降解樹脂如聚乳酸或聚丁二酸丁二醇酯與竹纖維複合所製備的生物可降解樹脂/竹纖維複合材料極易燃燒的缺點，採用了無滷磷氮阻燃劑與其它助劑相配合，成功地製備出了阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料，克服了生物可降解樹脂/竹纖維複合材料容易燃燒的缺點，使複合材料的阻燃級別達到UL-94V0標準；與採用無滷無機氫氧化物阻燃如氫氧化鎂、氫氧化鋁的阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料相比，本發明所製備獲得的阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料的阻燃效率高且無毒環保；本發明的製備方法工藝簡單，易於工業化實施，生產成本低。
具體實施例方式下面用實施例進一步具體詳細地說明本發明。實施例1 本實施例阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料由以下原料按重量比例配製而成聚乳酸100份，竹纖維25份，密胺包裹聚磷酸銨 50份，矽烷偶聯劑1份，甘油1份；將上述原料中的聚乳酸、竹纖維、密胺包裹聚磷酸銨加入密煉機中，在170°C和30 轉/分轉速的條件下，添加矽烷偶聯劑與甘油，然後熔融共混5分鐘，即得到阻燃聚乳酸/ 竹纖維複合材料。乾燥後壓板，裁切成130X13X3mm的標準樣條進行檢測，垂直燃燒可以達到 UL-94V-0 級別。實施例2 本實施例阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料由以下原料按重量比例配製而成聚乳酸100份，竹纖維160份，密胺包裹聚磷酸銨 70份，
矽烷偶聯劑6份，甘油5份；將上述原料中的聚乳酸、竹纖維、密胺包裹聚磷酸銨加入密煉機中，在190°C和轉速為100轉/分的條件下，添加矽烷偶聯劑與甘油，然後熔融共混30分鐘，即得到阻燃聚乳酸/竹纖維複合材料。乾燥後壓板，裁切成130X13X3mm的標準樣條進行檢測，垂直燃燒可以達到 UL-94V-0 級別。實施例3 本實施例阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料由以下原料按重量比例配製而
成聚乳酸100份，竹纖維150份，密胺包裹聚磷酸銨60份，矽烷偶聯劑3份，甘油3份；將上述原料中的聚乳酸、竹纖維、密胺包裹聚磷酸銨加入密煉機中，在180°C和轉速為60轉/分的條件下，添加矽烷偶聯劑和甘油，然後熔融共混15分鐘，即得到阻燃聚乳酸/竹纖維複合材料。乾燥後壓板，裁切成130X13X3mm的標準樣條進行檢測，垂直燃燒可以達到 UL-94V-0 級別。如果將上述實施例中的密胺包裹聚磷酸銨替換為聚磷酸銨、密胺包裹聚磷酸銨、 環氧樹脂包裹聚磷酸銨、矽氧烷包裹聚磷酸銨、聚氨酯包裹聚磷酸銨、三聚氰胺聚磷酸銨或 /和三聚氰胺磷酸銨中的一種或多種組合；將矽烷偶聯劑劑替換為矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑或/和鋁酸偶聯劑中的一種或多種組合；將甘油替換為液體石蠟、甘油或/和聚乙二醇中的一種或多種組合，也可得到與上述實施例中相似的阻燃結果。實施例4 本實施例阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料由以下原料按重量比例配製而
成聚乳酸100份，竹纖維160份，聚磷酸銨25份，三聚氰胺磷酸銨5份，三聚氰胺聚磷酸銨5份，密胺包裹聚磷酸銨35份，鈦酸酯偶聯劑2份，矽烷偶聯劑3份，液體石蠟1份，聚乙二醇 1份，甘油1份；
將上述原料中的聚乳酸、竹纖維、聚磷酸銨、三聚氰胺磷酸銨、三聚氰胺聚磷酸銨、 密胺包裹聚磷酸銨加入密煉機中，在180°C和60轉/分轉速的條件下，添加鈦酸酯偶聯劑、 矽烷偶聯劑、液體石蠟、聚乙二醇和甘油，然後熔融共混20分鐘，即得到阻燃聚乳酸/竹纖維複合材料。乾燥後壓板，裁切成130X13X3mm的標準樣條進行檢測，垂直燃燒可以達到 UL-94V-0 級別。實施例5:本實施例阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料由以下原料按重量比例配製而
成聚乳酸100份，竹纖維160份，聚磷酸銨25份，三聚氰胺磷酸銨5份，三聚氰胺聚磷酸銨5份，密胺包裹聚磷酸銨20份，環氧包裹聚磷酸銨10份，聚氨酯包裹聚磷酸銨5份，矽烷包裹聚磷酸銨5份，鈦酸酯偶聯劑2份，矽烷偶聯劑2份，鋁酸偶聯劑1份，液體石蠟1份，聚乙二醇1份，甘油1份；將上述原料中的聚乳酸、竹纖維、聚磷酸銨、三聚氰胺磷酸銨、三聚氰胺聚磷酸銨、 密胺包裹聚磷酸銨、環氧包裹聚磷酸銨、聚氨酯包裹聚磷酸銨、矽烷包裹聚磷酸銨加入密煉機中，在180°C和60轉/分轉速的條件下，添加鈦酸酯偶聯劑、矽烷偶聯劑、鋁酸偶聯劑、液體石蠟、聚乙二醇和甘油，然後熔融共混20分鐘，即得到阻燃聚乳酸/竹纖維複合材料。乾燥後壓板，裁切成130X13X3mm的標準樣條進行檢測，垂直燃燒可以達到 UL-94V-0 級別。實施例6 本實施例阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料由以下原料按重量比例配製而成聚丁二酸丁二醇酯 100份，竹纖維160份，聚磷酸銨70份，鈦酸酯偶聯劑6份，甘油5份； 將上述原料中的聚丁二酸丁二醇酯、竹纖維、聚磷酸銨加入密煉機中，在130°C和60轉/分轉速的條件下，添加鈦酸酯偶聯劑和甘油，然後熔融共混20分鐘，即得到阻燃聚丁
二酸丁二醇酯/竹纖維複合材料。 乾燥後壓板，裁切成130X13X3mm的標準樣條進行檢測，垂直燃燒可以達到 UL-94V-0 級別。
成
實施例7
本實施例阻燃生物可降解樹脂
竹纖維複合材料由以下原料按重量比例配製而
聚丁二酸丁二! 竹纖維聚磷酸銨鈦酸酯偶聯劑甘油
100 份， 25份， 50份， 1份， 1份；
將上述原料中的聚丁二酸丁二醇酯、竹纖維、聚磷酸銨加入密煉機中，在120°C和 30轉/分轉速的條件下，添加鈦酸酯偶聯劑和甘油，然後熔融共混15分鐘，即得到阻燃聚丁
二酸丁二醇酯/竹纖維複合材料。乾燥後壓板，裁切成130X13X3mm的標準樣條進行檢測，垂直燃燒可以達到 UL-94V-0 級別。如果將上述實施例中的聚磷酸銨替換為聚磷酸銨、密胺包裹聚磷酸銨、環氧樹脂包裹聚磷酸銨、矽氧烷包裹聚磷酸銨、聚氨酯包裹聚磷酸銨、三聚氰胺聚磷酸銨或/和三聚氰胺磷酸銨中的一種或多種組合；鈦酸酯偶聯劑將替換為矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑或/ 和鋁酸偶聯劑中的一種或多種組合；將甘油替換為液體石蠟、甘油或/和聚乙二醇中的一種或多種組合，也可得到與上述實施例中相似的阻燃結果。
竹纖維複合材料由以下原料按重量比例配製而實施例8
本實施例阻燃生物可降解樹脂成
聚丁二酸丁二醇酯100 份，
竹纖維160 份，
聚磷酸銨35份，
密胺包裹聚磷酸銨20份，
環氧包裹聚磷酸銨10份，
聚氨酯包裹聚磷酸銨5份，
鈦酸酯偶聯劑3份，
矽烷偶聯劑2份，
甘油5份；
將上述原料中的聚丁 二酸丁二
.醇酯、竹纖維、聚磷酸銨、密胺包裹聚磷酸銨、環氧包裹聚磷酸銨、聚氨酯包裹聚磷酸銨加入密煉機中，在130°C和60轉/分轉速的條件下，添加鈦酸酯偶聯劑、矽烷偶聯劑和甘油，然後熔融共混15分鐘，即得到阻燃聚丁二酸丁二醇酯/竹纖維複合材料。 乾燥後壓板，裁切成130X13X3mm的標準樣條進行檢測，垂直燃燒可以達到UL-94V-0 級別。實施例9:本實施例阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料由以下原料按重量比例配製而成聚丁二酸丁二醇酯100份，竹纖維160份，聚磷酸銨25份，三聚氰胺磷酸銨5份，三聚氰胺聚磷酸銨5份，密胺包裹聚磷酸銨20份，環氧包裹聚磷酸銨5份，矽烷包裹聚磷酸銨5份，聚氨酯包裹聚磷酸銨5份，
0123]鈦酸酯偶聯劑1份，
0124]矽烷偶聯劑1份，
0125]鋁酸偶聯劑1份，
0126]液體石蠟1份，
0127]聚乙二醇1份，
0128]甘油2份；將上述原料中的聚丁二酸丁二醇酯、竹纖維、聚磷酸銨、三聚氰胺磷酸銨、三聚氰胺聚磷酸銨、密胺包裹聚磷酸銨、環氧包裹聚磷酸銨、聚氨酯包裹聚磷酸銨、矽烷包裹聚磷酸銨加入密煉機中，在120°C和60轉/分轉速的條件下，添加鈦酸酯偶聯劑、矽烷偶聯劑、鋁酸偶聯劑、液體石蠟、聚乙二醇和甘油，然後熔融共混20分鐘，即得到阻燃聚丁二酸丁二醇酯/竹纖維複合材料。乾燥後壓板，裁切成130X13X3mm的標準樣條進行檢測，垂直燃燒可以達到 UL-94V-0 級別。對比例1 由以下原料按重量比例配製成對比用的聚乳酸/竹纖維複合材料聚乳酸100份，竹纖維25份，矽烷偶聯劑1份，甘油1份；將上述原料中的聚乳酸、竹纖維加入密煉機中，在170°C和30轉/分轉速條件下， 添加矽烷偶聯劑與甘油，然後熔融共混5分鐘，即得聚乳酸/竹纖維複合材料。乾燥後壓板，裁切成130X13X3mm的標準樣條進行檢測，垂直燃燒結果表明樣條劇烈燃燒，達不到UL-94阻燃級別。對比例2:由以下原料按重量比例配製成對比用的聚丁二酸丁二醇酯/竹纖維複合材料聚丁二酸丁二醇酯 100份，
8
竹纖維鈦酸酯偶聯劑甘油
160 份， 6份， 5份；將上述原料中的聚丁二酸丁二醇酯、竹纖維加入密煉機中，在130°C和60轉/分轉速的條件下，添加鈦酸酯偶聯劑和甘油，然後熔融共混20分鐘，即得到聚丁二酸丁二醇酯/ 竹纖維複合材料。乾燥後壓板，裁切成130X13X3mm的標準樣條進行檢測，垂直燃燒結果表明樣條劇烈燃燒，達不到UL-94阻燃級別。對比例3:由以下原料按重量比例配製成對比用的阻燃聚乳酸/竹纖維複合材料聚乳酸100份，竹纖維160份，氫氧化鎂70份，矽烷偶聯劑6份，甘油5份；將上述原料中的聚乳酸、竹纖維、氫氧化鎂加入密煉機中，在190°C和轉速為100 轉/分的條件下，添加矽烷偶聯劑與甘油，然後熔融共混30分鐘，即得到阻燃聚乳酸/竹纖維複合材料。乾燥後壓板，裁切成130X13X3mm的標準樣條進行檢測，垂直燃燒結果表明樣條達不到UL-94阻燃級別。對比彳列4:由以下原料按重量比例配製成對比用的阻燃聚乳酸/竹纖維複合材料聚乳酸100份，竹纖維160份，氫氧化鋁70份，矽烷偶聯劑6份，甘油5份；將上述原料中的聚乳酸、竹纖維、氫氧化鋁加入密煉機中，在190°C和轉速為100 轉/分的條件下，添加矽烷偶聯劑與甘油，然後熔融共混30分鐘，即得到阻燃聚乳酸/竹纖維複合材料。乾燥後壓板，裁切成130X13X3mm的標準樣條進行檢測，垂直燃燒結果表明樣條達不到UL-94阻燃級別。對比仿Ij5:由以下原料按重量比例配製成對比用的阻燃聚丁二酸丁二醇酯/竹纖維複合材料聚丁二酸丁二醇酯 100份，竹纖維160份，氫氧化鎂70份，鈦酸酯偶聯劑6份，
甘油5份；將上述原料中的聚丁二酸丁二醇酯、竹纖維、氫氧化鎂加入密煉機中，在130°C和 60轉/分轉速的條件下，添加鈦酸酯偶聯劑和甘油，然後熔融共混20分鐘，即得到阻燃聚丁
二酸丁二醇酯/竹纖維複合材料。乾燥後壓板，裁切成130X13X3mm的標準樣條進行檢測，垂直燃燒結果表明樣條達不到UL-94阻燃級別。對比例6:由以下原料按重量比例配製成對比用的阻燃聚丁二酸丁二醇酯/竹纖維複合材料聚丁二酸丁二醇酯 100份，竹纖維160份，氫氧化鋁70份，鈦酸酯偶聯劑6份，甘油5份；將上述原料中的聚丁二酸丁二醇酯、竹纖維、氫氧化鋁加入密煉機中，在130°C和 60轉/分轉速的條件下，添加鈦酸酯偶聯劑和甘油，然後熔融共混20分鐘，即得到阻燃聚丁
二酸丁二醇酯/竹纖維複合材料。乾燥後壓板，裁切成130X13X3mm的標準樣條進行檢測，垂直燃燒結果表明樣條達不到UL-94阻燃級別。將實施例1，6與對比例1，2進行比較可以看出在未添加本發明方案中的阻燃劑情況下，竹纖維與生物可降解樹脂如聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯複合所得到的生物可降解樹脂/竹纖維複合材料劇烈燃燒，達不到UL-94阻燃級別；在添加本發明方案中的無滷磷氮阻燃劑後，生物可降解樹脂/竹纖維複合材料達到UL-94V0級別，說明本發明技術方案可以有效克服生物可降解樹脂/竹纖維複合材料易燃的缺點。從實施例2，6與對比例3，4，5，6進行比較可以看出在本發明方案中阻燃技術的阻燃效率明顯高於現有無滷氫氧化物技術，在阻燃劑添加量相同的情況下，實施例2，6中所製備複合材料達到UL-94V0級別，而對比例3、4，5，6中無論添加氫氧化鎂或氫氧化鋁的複合材料均達不到UL-94阻燃級別。
權利要求
1. 一種阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料，其特徵在於，按重量份計的組分及含量為生物可降解樹脂 100份，所述生物可降解樹脂選自聚乳酸或聚丁二酸丁二醇酯； 所述界面改性劑選自矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑或鋁酸偶聯劑中的一種或多種； 所述增塑劑選自液體石蠟、甘油或聚乙二醇中的一種或多種； 所述無商磷氮阻燃劑選自聚磷酸銨、密胺包裹聚磷酸銨、環氧樹脂包裹聚磷酸銨、矽氧烷包裹聚磷酸銨、聚氨酯包裹聚磷酸銨、三聚氰胺聚磷酸銨或三聚氰胺磷酸銨中的一種或多種。
2.權利要求1所述的阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料的製備方法，其特徵在於， 按重量份將生物可降解樹脂100份、竹纖維25-160份、無商磷氮阻燃劑50-70份、界面改性劑1-6份和增塑劑1-5份放入密煉機中，控制溫度在120-190°C，熔融共混5 30分鐘； 所述生物可降解樹脂選自聚乳酸或聚丁二酸丁二醇酯； 所述界面改性劑選自矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑或鋁酸偶聯劑中的一種或多種； 所述增塑劑選自液體石蠟、甘油或聚乙二醇中的一種或多種；所述無滷磷氮阻燃劑選自聚磷酸銨、密胺包裹聚磷酸銨、環氧樹脂包裹聚磷酸銨、矽氧烷包裹聚磷酸銨、聚氨酯包裹聚磷酸銨、三聚氰胺聚磷酸銨或三聚氰胺磷酸銨中的一種或多種。竹纖維無滷磷氮阻燃劑界面改性劑增塑劑25-160 份，50-70 份， 1-6 份， 1-5 份；
全文摘要
本發明公開了一種阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料及其製備方法，特徵是按重量將生物可降解樹脂100份、竹纖維25-160份、無滷磷氮阻燃劑50-70份、界面改性劑1-6份和增塑劑1-5份在120-190℃熔融共混5～30分鐘；所製備得到的阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料克服了生物可降解樹脂/竹纖維複合材料容易燃燒的缺點，阻燃級別達到UL-94V0；與採用無滷無機氫氧化物阻燃如氫氧化鎂、氫氧化鋁的阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料相比，本發明的阻燃生物可降解樹脂/竹纖維複合材料阻燃效率高，且無毒環保；本發明的製備方法工藝簡單，易於工業化實施，生產成本低。
文檔編號C08K3/32GK102241879SQ20111015857
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月14日 優先權日2011年6月14日
發明者張明旭, 彭偉, 戴廣龍, 聶士斌, 胡源 申請人:安徽理工大學