[发明专利]一种无卤阻燃聚乳酸纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于阻燃技术领域，具体涉及一种无卤阻燃聚乳酸纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸由乳酸分子聚合而成，是一种线型热塑性脂肪族聚酯，也是一种具有生物相容性且可生物降解的合成高分子材料。它具有优良的物理和机械性能，如热塑性、较高的熔融指数、透明性、易于加工和高机械强度等。聚乳酸的原料主要来源于甜菜和玉米淀粉等资源，原料充分且可再生，在适当的条件下，聚乳酸可以完全降解为对环境无污染的产物，是理想的绿色高分子聚合物，在农业、医药业、纺织部门和包装业等有广泛的应用。然而，现有聚乳酸材料存在着热稳定性低、易燃烧及燃烧时滴落严重等缺点，限制了其进一步的推广使用。因此，在聚乳酸的生产或加工过程中有必要对其进行阻燃处理。

传统的含卤阻燃体系虽阻燃效率高，但其在燃烧过程中会产生大量有毒烟气，有的还会产生致癌物质，给环境带来严重的危害，因此无卤阻燃剂的研发和应用成为阻燃领域发展的趋势。

纳米材料由于其独特的性能，在工业生产中占据重要的地位。但其在阻燃聚乳酸中仍没有得到广泛的应用。中国专利CN102619023 A 公开的将纳米蒙脱土、阻燃剂和纤维一起作为添加剂制备阻燃增强聚乳酸复合材料。虽然材料可以达到UL94测试的V0级别，但是添加剂的含量过高，影响了聚乳酸材料本身的优异性能。中国专利CN101880448 A公布了一种纳米碳酸钙和纳米二氧化钛改性聚乳酸材料的方法。此方法虽然提高了材料的阻燃性能，但不能通过UL94燃烧测试的V0级别，且纳米材料填充物含量高时，由于表面能的影响与聚合物的相容性较差，会在复合材料中发生团聚，降低复合材料的阻燃性能和力学性能。中国专利CN102329487 A公开了一种功能化碳纳米管阻燃聚乳酸的制备方法。此阻燃材料添加剂的含量低，阻燃效率高，但是需要先制造聚乳酸母粒，使工艺复杂化，且为解决材料的滴落问题，需要另外添加抗滴落剂。

因此，有必要探索更为高效且制备工艺简单的聚乳酸阻燃材料，以使材料在达到一定阻燃级别的同时也能够降低添加剂对材料力学性能的影响。

发明内容

本发明的目的是克服现有聚乳酸材料阻燃技术中存在的含卤阻燃剂危害环境、无机阻燃剂添加量高的缺点，提供一种阻燃效率高、材料力学性能得到更好保持的无卤阻燃聚乳酸纳米复合材料。

为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是：

一种无卤阻燃聚乳酸纳米复合材料，可经挤出加工或密炼加工而成，按重量计，所述无卤阻燃聚乳酸纳米复合材料的原料配方包括：67~87%聚乳酸、3~18%含磷阻燃剂、9~12%可膨胀石墨和1~5%纳米阻燃协效剂，其中所述纳米阻燃协效剂为纳米铁酸盐。

优选地，所述含磷阻燃剂选自聚磷酸铵、密胺包裹聚磷酸铵、磷酸二氢铵、红磷和环磷腈中的一种或多种。

优选地，所述可膨胀石墨选自普通可膨胀石墨、超细可膨胀石墨、低硫可膨胀石墨或高纯可膨胀石墨中的任一种或多种。本发明中所指的普通可膨胀石墨、超细可膨胀石墨、低硫可膨胀石墨或高纯可膨胀石墨通常是符合以下指标的：

普通可膨胀石墨：32~150目，筛上物≥80%，含碳量85~99.5%，硫含量≤2.5%；

超细可膨胀石墨：-100 ~ -325目，筛下物≥80%，含碳量85~99%，硫含量≤2.5%；

低硫可膨胀石墨：32~100目，筛上物≥80%，含碳量90~99.5%，硫含量≤0.02%；

高纯可膨胀石墨：32~100目，筛上物≥80%，含碳量≥99.8%，硫含量≤2.5%；

本领域的技术人员应当可以根据以上可膨胀石墨的名称区分和选择出这些材料。

优选地，所述纳米铁酸盐选自铁酸镍、铁酸锌、铁酸钴、铁酸铜、铁酸钛和铁酸锰中的一种或多种。

上述的无卤阻燃聚乳酸纳米复合材料，可通过如下的塑料加工方法制备而成：

先将聚乳酸、含磷阻燃剂、可膨胀石墨和纳米阻燃协效剂在70~90?C烘箱中干燥12小时以上，除去水分；再按原料配方量分别称取聚乳酸、含磷阻燃剂、可膨胀石墨和纳米阻燃协效剂并混合均匀，将混合料送入螺杆挤出机或密炼机中，在180~230℃的加工温度下熔融共混，再经冷却、烘干，即得到所述的无卤阻燃聚乳酸纳米复合材料。