[发明专利]阻燃性聚乳酸复合物

说明书

要求优先权

本申请要求于2011年4月15日提交的美国临时专利申请序列第61/475,785号(代理人案卷号12011007)的优先权，该文通过参考结合于此。

技术领域

本发明涉及包含聚乳酸的新颖的复合物，该复合物具有提高的耐热性和阻燃性以改善包含聚乳酸的复合物在使用过程中的结构完整性。

发明背景

塑料制品已经代替玻璃、金属和木材制品，因为塑料可以进行工程设计而不会破碎、生锈或腐烂。塑料制品的耐久性也造成处置难题。而且，许多塑料树脂由石化产品制得，而石化产品有长期供应和成本方面的问题。

因此，人们在努力寻找生物衍生的可持续的热塑性树脂资源，优选的是能降解或堆肥从而解决处置难题的热塑性树脂资源。

已经开发了聚乳酸(也称为聚丙交酯或PLA)作为来自生物可持续源的热塑性树脂，它可以代替源自石化产品的树脂。

发明内容

虽然聚乳酸可能是正被开发的三种最常见的生物衍生树脂中的一种，但是与其意图代替的化石衍生树脂相比，聚乳酸具有明显的缺点，即它具有较差的热挠曲温度。

依据ASTM D648协议，热挠曲温度(HDT)是样品在挠曲载荷下的挠曲的量度。挠曲载荷可以是两组设定中的任一种。在本发明中，使用66磅/平方英寸(psi)或455千帕斯卡(kPa)进行热挠曲的比较测量。

聚乳酸的问题是它在455kPa载荷下的热挠曲温度为约55℃或131°F。换言之，在亚利桑那州夏季日间的汽车内部，PLA不够坚固，因此不能用作模塑为乘客车厢部件的热塑性树脂，不能用作手提式电子器件外壳被放置在座位上，或者不能用作在食品杂货袋中含有易腐食品的一片包装被放置在汽车内的地面上。

PLA的问题是它不具有足够的耐热性，因此实际上不被考虑作为目前在许多普通塑料制品中使用的化石衍生的热塑性树脂的代替品。

PLA的另一个问题是它不是合适的阻燃剂。和许多其他热塑性树脂类似，所述热塑性复合物需包括其他化学物质以使该复合物变成阻燃剂，特别是达到用美国保险商实验室(UL)94测试标准测试时的V-1或V-0等级。

由于监管原因，在阻燃剂的类别中，希望所述阻燃剂基本上没有卤素含量。近年来，已变得更加容易获得无卤阻燃剂。

PLA的另一个问题是它不够韧，即，抗冲击。脆性热塑性复合物，即使是耐热和阻燃的，也不适于商业应用。

本领域所需的是耐热的、阻燃的、抗冲击的聚乳酸复合物，从而这样的复合物可置换耐热的、阻燃的、抗冲击的、热塑性复合物，所述热塑性复合物包括由石化源(通过进入泥土采矿或钻井获得)制成的热塑性树脂。

本发明解决了这个问题，方式为通过将PLA与特定类型的阻燃剂和抗冲改性剂和滴料抑制剂复合，从而所述PLA复合物具有足够的耐热性、阻燃性和抗冲韧性，以允许所述PLA复合物置换常规的热塑性复合物。

可选的，所述PLA复合物可包括一低聚增链剂，据信它可与所述PLA树脂反应以提供额外的抗冲韧性。

本领域长期以来都需要解决上述耐热性问题。PLA的主要制造商天然工作公司(NatureWorks,LLC)在网站(www.natureworksllc.com)公开的出版文献中报导了通过向PLA中加入多达50重量％的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，生成50-50PLA-ABS掺混物，其比纯PLA聚合物树脂的HDT仅仅改善了2℃。向PLA加入多达80重量％的ABS确实可以使HDT提高30℃，但是该混合物事实上已经是PLA改性的ABS聚合物了。

此外，本领域长期以来都需要解决所述耐热性问题，在一些工业中的普遍特征是PLA复合物在66psi下应该最好具有至少65℃的HDT，成为来自生物可持续源的可实际工业应用的热塑性复合物。长期以来，本发明还发现合适的反应物组合以实现和超越在66psi下65℃的目标。

本领域需要一种方法来提高PLA的实际HDT值，同时又能保持所得复合物原则上主要是PLA复合物。

在本发明中，PLA应该保持为主要组分，意味着PLA在复合物中所占的量至少约为30重量％(30%)。