[发明专利]膨胀型阻燃聚乳酸复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种膨胀型阻燃聚乳酸复合材料及其制备方法，特点是：先将55‑95%的聚乳酸及0.1‑5%的润滑剂投入到高速混合机中高速分散2‑6分钟，得到混合物；然后将混合物与4.5‑40%的膨胀型阻燃剂及0.1‑0.5%的抗氧剂混合5‑20分钟，得到膨胀型阻燃混合物，再将膨胀型阻燃混合物用双螺杆挤出机挤出造粒或用双辊混炼机混合均匀，得到膨胀型阻燃聚乳酸复合材料，双螺杆挤出机各区的温度设置在150‑230℃之间。其优点为：改善了阻燃剂的耐热性、耐水性和阻燃性能。

技术领域

本发明涉及阻燃聚乳酸复合材料技术领域，具体来讲是一种膨胀型阻燃聚乳酸复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸是一种新型的生物降解材料，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。同时，它的热稳定性好，加工温度170～230℃，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和非织造物等，主要用于服装（内衣、外衣）、产业（建筑、农业、林业、造纸）和医疗卫生等领域。但是聚乳酸的极限氧指数只有20%左右，并且燃烧时形成大量的滴落物，限制了航空、电子电器、汽车等领域的应用，因此非常有必要对聚乳酸开展阻燃改性。

工业上较为常用且经济的方法是使用添加型阻燃剂。最常用于聚乳酸的阻燃剂可分为三大类，分别是含卤阻燃剂（尤其是含溴阻燃剂）、金属氢氧化物和膨胀型阻燃剂。

含卤阻燃剂具有良好的阻燃效果，尤其是溴系阻燃剂（如十溴二苯乙烷等）与三氧化二锑（Sb₂O₃）的复配体系，具有较高的阻燃效率；但是，该类阻燃剂在燃烧时会释放出大量的有毒有害的气体（卤代氢和二噁英等），严重危害生命安全和环境安全。

金属氢氧化物在燃烧过程中释放出水蒸气，起到稀释可燃性气体，生成的金属氧化物覆盖在材料表面，起到阻隔作用，具有无毒、无污染等优点；但是它们的阻燃效率低，添加量大，与聚合物基材的相容性差，对材料的力学性能损害很大，从而限制了其在材料中的应用。因此，开发环保、高效、无卤、低毒、低烟的阻燃剂显得尤其重要。

膨胀型阻燃剂（IFR）以磷-氮为主要阻燃元素，在燃烧时能形成膨胀致密的炭层，阻隔空气、可燃性物质和热量的传递，从而实现挥阻燃作用，被认为是最有发展前景的环保型阻燃剂。最早发现的膨胀型阻燃剂由多聚磷酸铵（APP）、季戊四醇（PER）和三聚氰胺（MEL）或者淀粉、木质素等符合，对PLA具有良好的阻燃效果。APP与膨胀石墨（EG）按照一定比例混合对PLA也具有较好的阻燃效果；添加量为15%，两者比例为1:3时，氧指数达到36.5%，并通过V-0级测试。

专利号为ZL2011101182130、名称为“一种膨胀型阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法”的发明专利，其制备的阻燃聚乳酸复合材料具有良好的阻燃性能。申请号为2018113751007、名称为“一种高效阻燃的聚苯基磷酰胺类复合阻燃剂及其制备方法”的发明申请，其公开了聚苯基磷酰胺阻燃PLA，具有良好的阻燃效果。

目前，使用的膨胀型阻燃剂还存在下述缺点：1、与基材的相容性较差，对基材的力学性能损害较大，需要减少添加量；2、阻燃效率还不够高，需要制备更有效的复配体系，提高阻燃效率；3、小分子阻燃剂容易迁移。因此，本发明旨在改善阻燃剂的耐热性、耐水性、低迁移型的同时，通过成炭剂的结构设计与调整，使成炭剂具有较好的成炭效果，与多种酸源复配，都能形成阻燃性能良好的膨胀阻燃体系。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的不足而提供一种膨胀型阻燃聚乳酸复合材料及其制备方法，选用水溶性能低、不易迁移的大分子阻燃剂体系，其改善了阻燃剂的耐热性、耐水性和阻燃性能。

为了达到上述目的，本发明的一种膨胀型阻燃聚乳酸复合材料的技术方案是这样实现的，其包括55-95%的聚乳酸、4.5-40%的膨胀型阻燃剂、0.1-0.5%的抗氧剂及0.1-5%的润滑剂，它们为质量百分比。