[发明专利]一种阻燃聚乳酸材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及阻燃聚合物材料技术领域，特别涉及一种阻燃聚乳酸材料的制备方法。

背景技术

在石油资源日益枯竭和全球提倡低碳环保的今天，非石油基高分子材料越来越受到人们的关注。聚乳酸(PLA)主要通过可再生资源(例如玉米、木薯等的提取物)发酵、脱水、纯化、聚合得到，废弃后又可以通过堆肥方式分解成二氧化碳和水返回自然界，实现在自然界中的循环，是一种极具发展前景非石油基聚合物。与其他非石油基聚合物相比，PLA具有良好的机械性能、光学性能和加工性能，已广泛应用于建筑、织物、包装、电子、电气、汽车等领域。然而，PLA高度易燃，氧指数仅为19～22vol％，无法用UL-94垂直燃烧法分级，且燃烧过程中存在严重的熔滴现象(滴落的高温熔体易造成二次燃烧和人员烧伤)，这极大限制了其进一步应用(Polymers for Advanced Technologies,2009,20:1114-1120)。因此，改善PLA的阻燃性和抗熔滴能力对拓展PLA制品的应用具有十分重要的意义。

相对于传统含卤阻燃剂，膨胀型阻燃剂(IFR)具有无毒、环保、价廉的优势，在聚合物的阻燃研究中得到了学术界和工业界的广泛关注。然而，多数传统IFR对PLA的阻燃效果有限，在含量高达40wt％时垂直燃烧级别仅为V-2级(Polymers For Advanced Technologies 2008,19:628-635)，其主要原因在于PLA熔体粘度低，IFR形成的炭层随熔体滴落而无法覆盖在材料表面。现有抑制聚合物熔滴的方法主要包括交联聚合物基体、添加纳米填料、开发新阻燃剂，这些方法虽然有一定的抑制熔滴效果，但是存在成本高、应用局限性大等缺点。此外，IFR的另外一个问题是添加量仍然较大，导致成本增大，不利于PLA产品的推广。为了充分利用传统IFR，并降低阻燃剂使用量，需要提出一种有效、简单易行、便于实际应用的方案来提高PLA的抗熔滴能力，从而提高其阻燃性。

研究发现，天然植物纤维在燃烧过程中具有以下特点：①增大聚合物熔体粘度；②对聚合物熔体具有拖曳作用，阻碍熔体向下滴落，起到抑制熔滴的作用。研究表明聚合物/天然纤维复合材料燃烧过程中不存在熔滴现象，具有类似木质纤维素的燃烧特点(Polymer International 2010,59:242-248；Journal of Thermoplastic Composite Materials,2010,23:871-893)。此外，从组成结构来看，天然植物纤维中含有大量羟基和六元环，燃烧过程中能够产生较多残炭，因此可以用作绿色环保型碳源(Polymer Engineering And Science 2012,52:2620-2626)。

本发明利用无卤阻燃剂IFR作主阻燃剂，可再生及生物降解的苎麻纤维作碳源和抗熔滴剂制备阻燃PLA材料。低含量的IFR和苎麻纤维即可使该阻燃PLA材料的极限氧指数达到32vol％，垂直燃烧等级达到V-0级，并且赋予其良好的抗熔滴能力。本发明提供的方法制备过程简单，通过传统的高分子加工方法即可实现，工艺易于掌握，绿色环保，生产成本低，容易实现大批量生产。从现有阻燃PLA的专利来看，利用传统IFR制备阻燃PLA的专利较少，利用低含量的传统IFR阻燃PLA的专利更是不多见；此外，目前尚无利用传统IFR复配少量苎麻纤维制备阻燃PLA的专利。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种阻燃聚乳酸材料的制备方法。并使其具有制备过程简单，工艺易于掌握，阻燃剂成本低，实用性强，容易实现大批量生产等优点，可抑制PLA材料垂直燃烧过程中的熔滴现象，使其通过UL-94V-0级，从而实现低含量IFR阻燃PLA的目的。

本发明用于实现上述目的的技术方案如下：

一种阻燃聚乳酸材料的制备方法，主要原料按以下重量百分比构成：聚乳酸PLA 80％，膨胀型阻燃剂IFR 12％～18％，苎麻纤维8％～2％，其制备方法包括以下步骤：

(1)原料干燥：将PLA、IFR、苎麻纤维在70～80℃下真空干燥4～5h，直到水分重量含量低于0.01％；

(2)PLA/IFR预混物制备：将步骤(1)中干燥的PLA和IFR通过高速混合机混合均匀得到PLA/IFR预混物；