[发明专利]一种表面改性镁盐晶须制备可降解阻燃型复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种表面疏水改性镁盐晶须结合膨胀阻燃体系，从而制备可降解的阻燃型脂肪族聚酯复合材料的方法。

背景技术

高分子材料已经成为现代科学技术及国民经济建设的重要支柱，其大部分来源于石油，且其中的大部分难于降解。石油资源的日渐匮乏和环境保护的压力促使发展低碳、环境友好的高分子材料成为重要的工作。无机纤维-膨胀阻燃体系-可降解聚合物复合材料是一种新型的绿色可降解阻燃复合材料，可生物的塑料（主要指脂肪族聚酯材料）可作为无机纤维-膨胀阻燃体系-可降解聚合物复合材料的基体材料。

脂肪族聚酯（如PLA、PBS、PBAT等）是已商品化的高分子材料，具有优异的生物可降解性能，是一种绿色合成树脂。但是脂肪族聚酯普遍存在阻燃性能、力学性能较差等缺点，影响了其工业化推广应用。无机纤维具有比强度高、来源广泛、价格低廉、对加工设备磨损小的优点，结合膨胀阻燃体系与脂肪族聚酯材料复合后得到的复合材料具有阻燃性和可生物降解性，同时可大大降低复合材料的生产成本。

目前，新型、高效、无卤阻燃剂的应用已成为阻燃科学研究的重要发展方向，无卤阻燃剂的研究主要集中在金属水合物、红磷和膨胀型阻燃剂（也称膨胀阻燃体系）三个方面。膨胀阻燃体系一般是指以磷、氮、碳为主要核心成分的复合阻燃剂，主要应用于塑料行业，其次为合成纤维、橡胶、涂料、纸张和木材等领域。陈晓平等在《中国塑料》2010年第24卷第10期1-8页的论文中，概述了膨胀阻燃体系的发展，对目前常用的无卤阻燃剂做了相应的总结，对用于聚合物中的新型，多功能、无污染的膨胀型阻燃剂的应用做了展望。

镁盐晶须-膨胀阻燃体系-可降解聚合物复合材料发展受到了相容性的限制，改善复合材料的两相界面结合，提高无机纤维原料在基体中的分散性，是提高复合材料使用性能的关键问题。无机纤维的主要成分是xMg(OH)₂·yMgSO₄·zH₂O或氢氧化镁晶须增强材料的一种或者混合物，但是由于具有较强的极性和亲水性，晶粒趋向于二次凝聚，镁盐晶须难以在非极性的聚合物中均匀分散。因此，如果用未经表面处理的镁盐晶须填充聚合物，聚合物的其他性能(如力学性能和加工性能等)会严重恶化。

其在聚合物中的相容性和分散性，就必须对其进行表面改性，以改变其天然亲水疏油的表面性质，提高其与聚合物的相容性，降低其对聚合物产品加工性能以及力学性能的影响，甚至使它们有所提高。根据其作用机理的不同，可以分为外相容剂和内相容剂两类。外相容剂主要通过化学键连接或相近的溶解度参数提高两相界面结合强度；内相容剂主要用于改善基体中增强纤维的分散状况及界面相的有序性。通常，用于改善镁盐晶须原料与聚合物基体的界面改性剂有硬脂酸钠、硬脂酸锌、硅烷偶联剂、异氰酸酯类偶联剂及各种极性与非极性单体的共聚物、接枝物等。

陈阳娟等在2《AmericanChemicalSociety》2010年第49期8200-8208页发表的论文中，采用聚磷酸铵和三聚氰胺为酸源和气源，制备了PBS/膨胀阻燃复合材料，得到了一定阻燃效果的复合材料，但是其力学性能表现出明显下降。

高山俊等在中国专利申请201510140442.0中公开了一种阻燃聚丁二酸丁二醇酯/淀粉复合材料及其制备方法，添加了甘油糊化淀粉，得到了具有一定阻燃性能的复合材料。

Kuan等在《AppliedPolymerScience》2006年第102期2935-2945页发表的论文中，采用聚磷酸铵（APP）作为阻燃剂，并通过水交联技术制备了具有阻燃性能和抗熔融滴落性能的PBS。但是，由于APP在热水中有部分的溶解损失，且PBS存在一定程度的水解，导致水交联后的样品出现孔洞，水交联时间越长，孔洞越多、尺寸越大，这样反而使得材料的力学性能和热稳定性下降。

上面的阻燃改性剂和技术可显著提高脂肪族聚酯，尤其是PBS基体的阻燃性能，但在阻燃性能提高的同时，伴随着力学性能的显著下降。如何协调阻燃性能和力学性能之间存在的矛盾，使材料阻燃性能提高的同时，降低对材料力学性能的影响，是复合材料阻燃领域所面临的一个重要问题。但目前相关报道较为匮乏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面改性的镁盐晶须结合膨胀阻燃体系制备可降解阻燃型复合材料的方法，通过表面改性剂对镁盐晶须进行疏水处理，经疏水处理的镁盐晶须在聚合物中的分散程度增大，对基体树脂起到增强作用，同时结合膨胀阻燃体系的添加，提升复合材料的阻燃性能。镁盐晶须在复合材料中起到了协效阻燃作用，有利于复合材料阻燃性能的提升。