[发明专利]一种阻燃聚乳酸材料

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种阻燃聚乳酸材料。

背景技术

聚乳酸作为一种非石油基可生物降解高分子材料，一直是材料科学领域中研究的重大主题。聚乳酸合成及改性工艺的不断发展，使得聚乳酸在多个领域内替代传统塑料逐渐成为可能。而聚乳酸产业化的逐渐成熟，也使得越来越多的聚乳酸产品将会出现，像聚乳酸塑料袋、餐具、高尔夫球钉等产品已经在市面上流通了。但是聚乳酸材料易燃烧，且燃烧时熔滴现象严重，限制了其在电子产品、汽车内饰件、家具、办公自动化设备的壳体等有阻燃要求领域的应用，因此需要对其进行阻燃改性。

卤系阻燃剂因其使用后会造成环境问题，已经逐渐停止其在高聚物中的阻燃应用。目前应用于聚乳酸的阻燃剂主要为膨胀型阻燃剂和无机阻燃剂两类。然而膨胀型阻燃剂及无机阻燃剂应用时主要限制问题在于其添加量较大，会影响聚乳酸物理机械性能，因此其阻燃效率仍有待提高。在专利文献CN1823127、CN101787185A、CN101260227、CN101724236A、CN101440156、CN101696319A中分别报道了一系列常规无卤阻燃剂和常规膨胀型阻燃剂阻燃聚乳酸的应用。

膨胀型石墨与酸源复配后能起到很好的协同阻燃聚乳酸作用，两者复配后能够使聚乳酸降解后更易成炭（Polymer Degradation and Stability，2011，96：183-189），从而在总添加量仅为15wt%时就能达到很好的阻燃效果。然而在实验过程中发现，膨胀型石墨的加入使聚乳酸力学性能有一定程度降低，因此有必要提高阻燃效率，使聚乳酸能在获得良好阻燃性能的同时，保持较高的力学性能。

膨胀型石墨作为石墨层间化合物的一种，是广泛应用在阻燃领域的一种无机阻燃剂。然而其他形式的石墨层间化合物在阻燃领域的应用尚未见公开报道。如具有高效催化作用的石墨层间化合物常被用于各种化学合成反应中。具有催化作用的添加剂在阻燃过程中能够起到促进酸源脱水交联、催化聚合物成炭的作用（Polymer Degradation and Stability, 2009,94:201-207；Polymers for Advancec Technologies, 2003,14:3-11）。

实验发现将具有高效催化作用的石墨层间化合物如过渡金属石墨层间化合物与膨胀阻燃剂复配阻燃聚乳酸能够进一步降低阻燃剂总体用量，制备出具有良好综合性能的阻燃聚乳酸材料。由于这些石墨层间化合物不仅本身可作为炭源使用，而且具有高效催化作用，可以有效地利用聚乳酸本身作为含氧聚合物的特征，催化其降解交联成炭，从而保护基体，获得高效阻燃作用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种高效阻燃聚乳酸材料。

本发明的阻燃聚乳酸材料为聚乳酸树脂、石墨层间化合物、阻燃剂、抗氧剂、协同剂、成炭剂共混而成的混合物；

每100重量份的阻燃聚乳酸材料中含有聚乳酸树脂80～95份、石墨层间化合物1～15份、阻燃剂2～10份、抗氧剂0.01～1份、成炭剂1～14份、协同剂0.5～1份；其中石墨层间化合物和成炭剂总的重量份数为2～16份。

所述的石墨层间化合物为含有催化组分或稀土的石墨；

所述的催化组分为Al、Mn、Fe、Co、Ni、Cd、Ti、Nd、Sb的氯化物或溴化物；

所述的阻燃剂为多聚磷酸胺、密胺聚磷酸盐、季戊四醇二磷酸酯中的一种或多种；

所述的抗氧剂为四（β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基））丙酸季戊四醇酯（抗氧剂1010）、β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸十八酯（抗氧剂1076）、3，5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯（抗氧剂1222）、三（2，4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯（抗氧剂168）中的一种或多种。

所述的成炭剂为季戊四醇、山梨醇、淀粉、木质素、聚碳酸酯、尼龙、酚醛树脂、环氧树脂中的一种或多种。

所述的协同剂为粘土或固体超酸；

所述的粘土为钠基蒙脱土、烷基铵盐插层蒙脱土、季鏻盐插层蒙脱土中的至少一种；

所述的固体超酸为金属氧化物负载硫酸根的固体超强酸、蒙脱土超强酸、沸石超强酸中的至少一种。

本发明采用具有高催化性能的石墨层间化合物作为主炭源，与阻燃剂复配形成绿色、高阻燃性能的膨胀型阻燃剂，石墨层间化合物中的催化组分能够催化石墨炭源和酸源之间的物理化学协同作用，同时促进含氧聚合物聚乳酸的降解成炭作用，从而进一步提高阻燃体系的阻燃效率，降低阻燃剂用量，改善整个体系的力学性能。

具体实施方式