[发明专利]只含碳、氢、氧三元素的阻燃聚乳酸纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚乳酸及其纤维阻燃改性领域，特别涉及一种只含碳、氢、氧三元素、无卤非磷的绿色阻燃聚乳酸材料制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)是一种以植物淀粉为原料的线性脂肪族聚酯，因其具有良好的生物相容性、优异的生物可降解性、突出的熔融加工性等优势，被认为是最具前景的生物基可降解材料之一。但是PLA与通用高分子材料一样存在着易燃烧、熔滴严重的问题，限制了PLA在汽车内饰、电子包装等对阻燃要求较高的领域的应用。目前PLA阻燃改性主要采用物理共混改性，国家发明专利CN10831156A公开了一种无卤增韧阻燃PLA共混材料，其中阻燃剂的添加量高达到5～30wt％；国家发明专利CN103694657公开了一种三元复合阻燃体系阻燃聚乳酸材料及其制备方法，其中阻燃剂添加量高达4～22wt％，这些共混阻燃改性的方法存在着阻燃剂添加量过高导致PLA难以熔纺成型，且阻燃剂易析出迁移，破坏材料其他性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服当前聚乳酸共混阻燃改性存在的缺陷，提供一种只含碳、氢、氧三元素的绿色阻燃PLA纤维及其制备方法，该制备方法简单，一方面解决了现有阻燃剂与PLA相容性差导致纤维力学性能差、难以成纤的问题；另一方面缓解了PLA易燃烧、熔滴现象严重的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种只含碳、氢、氧三元素的阻燃聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，包括：

第一步：制备反应型阻燃单体(FR)；

第二步：在真空或惰性气氛下，以Sn(Oct)₂为催化剂，将反应型阻燃单体与丙交酯(LA)在130℃～170℃经开环共聚反应得到阻燃聚乳酸(FR-PLA)；

第三步：将阻燃聚乳酸进行真空干燥，使其含水率≤80ppm，在180℃～220℃下熔纺成型得到只含碳、氢、氧三元素的阻燃聚乳酸纤维。

优选地，所述的反应型阻燃单体为二苯乙炔及其衍生物中的一种或者几种。

优选地，所述的反应型阻燃单体的制备方法包括：将苯乙炔苯酐(PEPE)和甲醇置于浓硫酸中，苯乙炔苯酐、甲醇和浓硫酸的投料比为50～100g：600～1000ml：15～30ml，加热至60℃～90℃回流8h～12h，反应结束后无需分离提纯即可得到中间产物；取中间产物、乙二醇和醇酸锌加到反应容器中，中间产物、乙二醇和醇酸锌的投料比为50～100g∶150～200ml∶0.1～0.5g，升温至90℃～120℃反应6～10h，反应结束后无需分离提纯即可得到反应型阻燃单体4-苯基乙炔邻苯二甲酸乙二醇酯(PEPA)。

优选地，所述的丙交酯为L型，光学纯度≥99％，熔点97～99℃

优选地，所述的第二步中，在所述的开环共聚反应前，先将反应型阻燃单体与丙交酯在60℃～80℃下干燥24小时以上除去水分，将反应容器在80℃～100℃下干燥1h以除去反应容器中的水分。

优选地，所述的开环共聚反应的具体步骤包括：在真空或惰性气氛下，将反应容器升温至130℃～150℃，加入Sn(Oct)₂和丙交酯反应0.5h-2h，得到分子量达5000～20000g/mol，特性粘度为0.2～0.8dL/g的聚乳酸，升温至150℃～170℃，加入反应型阻燃单体，在机械搅拌下反应4h-8h，待所得的阻燃聚乳酸的分子量达100000～150000g/mol，特性粘度为2.5～4dL/g时结束反应，得到阻燃聚乳酸。

优选地，所述的反应型阻燃单体、丙交酯和Sn(Oct)₂的质量比例为：反应型阻燃单体5～10份、Sn(Oct)₂0.2～0.5份和丙交酯94.8～89.5份。

优选地，所述的阻燃聚乳酸的分子量Mn为100000～150000g/mol，分子量分布PDI为1～3，反应型阻燃单体的含量为5～10wt％，熔融温度为150℃～190℃。

本发明还提供了采用上述的制备方法所制备的阻燃聚乳酸。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明中提供的只含碳、氢、氧三种元素的阻燃PLA可直接进行熔纺成型，无需共混改性，制备流程简短，便于工业化推广。

(2)本发明采用共聚的方法制备阻燃PLA，有效避免了阻燃剂与基体相容性差、阻燃剂迁移和析出、多次熔融加工热稳性差等问题，所得阻燃PLA兼具良好的可纺性和阻燃性能。